20 MILIARDI DI ANNI FA

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20 Miliardi di anni fa circa

IN UN PUNTO OSCURO DELL' UNIVERSO, UNA CONCENTRAZIONE DI PARTICELLE ELEMENTARI E DI RADIAZIONI ESTREMAMENTE COMPRESSE STANNO RAGGIUNGENDO LO STATO CRITICO (*)

Se conteggiamo i 20 miliardi nell'ambito ristretto di un anno solare tutta la nostra civiltà occupa solo 5 secondi (vedi fondo pagina)

"...IN PRINCIPIO ERA IL VUOTO; E DAL VUOTO, PER UNA DEBOLE FLUTTUAZIONE QUANTISTICA É EMERSO CON IL LACERANTE SCOPPIO DEL BIG BANG, L'UNIVERSO, LA MATERIA, IL TEMPO, LO SPAZIO..." (Einstein)(**)

"....L'UNIVERSO DELLE ORIGINI ERA IL VUOTO ASSOLUTO E IL VUOTO (lo accertiamo sperimentalmente) É SOGGETTO A FLUTTUAZIONI E ALLA CREAZIONE DI UNA PARTICELLA-ANTIPARTICELLA".... (P. Davies) (***)

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(*) 20 Miliardi di anni fa circa: questa data è soggetta a continue revisioni, man mano che si succedono nuove osservazioni e nuove scoperte; attualmente (notizie anni 2000) si suppone che l'età dell'universo non superi i 13,7 miliardi di anni con un'incertezza di soli 200 milioni di anni.

"IN UN PUNTO OSCURO DELL' UNIVERSO": questa espressione non deve essere presa alla lettera, per almeno due motivi:  1) noi per ora non sappiamo cosa esistesse prima del Big - Bang, cioè non sappiamo se c'era o no un universo nel quale individuare attraverso certe coordinate un punto distinto da un altro (se non c'è nulla non si può determinare la posizione di nulla);  2) se si ammette, come di solito, che lo spazio nasce al momento del Big - Bang, prima di esso non ci sono punti, ma un solo punto (si parla appunto di singolarità della situazione). 

"UNA CONCENTRAZIONE DI PARTICELLE ELEMENTARI": nella teoria del Big - Bang si ammette che nei primi istanti (miliardesimi di miliardesimi di miliardesimi di ...... di secondo = 10 -43 secondi) esistesse solo energia; la materia nasce solo un poco più tardi, in forme attualmente presenti solo all'interno delle supernovae quando la temperatura raggiunge valori superiori ai miliardi di °C.

(**) "CON IL LACERANTE SCOPPIO DEL BIG BANG": questa è una frase puramente poetica (non so dire se dell'autore o del traduttore):  1) lacerare si riferisce al rompere qualcosa di esistente: se prima del Big - Bang c'è il nulla, la lacerazione non è possibile;  2) lacerante scoppio potrebbe far pensare ad un rumore che lacera l'apparato uditivo, ma ciò non è possibile perché nel vuoto il suono non esiste;;  3) scoppio del Big - Bang è una contraddizione perché lo scoppio è la rottura (lacerazione) del contenitore nel quale avviene una esplosione e al momento del Big - Bang non ci sono contenitori, e anche adesso è difficile pensare che il nostro universo si trovi dentro qualcosa.

(***) "L'UNIVERSO DELLE ORIGINI ERA IL VUOTO ASSOLUTO": è opportuno fare qualche precisazione:  1) come si è detto alla nota precedente, non conviene parlare di universo delle origini, altrimenti si deve ammettere che l'universo sia preesistente rispetto al Big - Bang;  2) l'aggettivo assoluto è assolutamente fuori luogo, proprio perché non conosciamo lo stato preesistente.

IL VUOTO (lo accertiamo sperimentalmente) É SOGGETTO A FLUTTUAZIONI: questo è vero oggi, ma solo perché oggi il vuoto assoluto non esiste: in ciascun punto dell'attuale universo c'è qualcosa, o materia oppure energia, in atto o potenziale. Ad esempio lo spazio interno all'atomo (tra nucleo e nuvola di elettroni) è vuoto di materia, ma è estremamente pieno di energia (se non ci fosse tale energia gli elettroni cadrebbero nel nucleo per attrazione elettrica, oppure si disperderebbero perché si respingono fra loro, oppure il nucleo si romperebbe perché i protoni hanno carica elettrica uguale). L'energia di cui si parla non è però statica, ma pulsante perché fatta di onde elettromagnetiche e quindi variabile nello spazio e nel tempo; può accadere che tale energia subisca variazioni così grandi da ricadere nel principio di equivalenza fra massa ed energia. 

In definitiva, non è il vuoto a FLUTTUARE, ma l'energia che riempie il vuoto di materia.

"CREAZIONE DI UNA PARTICELLA - ANTIPARTICELLA": quando una parte di energia si trasforma in materia, si rompe un equilibrio dinamico, che porta delle conseguenze. Supponiamo che parte dell'energia all'interno di un atomo si trasformi in materia: questo significa che l'energia restante è insufficiente a mantenere l'atomo in equilibrio, costringendo per esempio gli elettroni ad avvicinarsi al nucleo. Ma ciò non è possibile almeno per quanto oggi è noto. Ne segue che nella trasformazione deve crearsi una coppia di particelle, una di materia e l'altra di antimateria: queste due forme non possono però coesistere nello stesso luogo, per cui le due particelle, subito dopo la loro nascita, si riaccoppiano producendo la stessa quantità di energia che le aveva generate (annichilimento), ristabilendo l'equilibrio preesistente. L'energia prodotta nell'annichilimento è la stessa in quantità di quella di partenza ma con intensità diversa, per cui il processo è saltuario e casuale, non sistematico. Per chiarire la differenza fra quantità uguale ma intensità diversa basta pensare ai processi termici: un ago arroventato ha intensità di calore molto grande (alta temperatura) ma poca quantità, tanto che basta una piccola quantità di acqua per raffreddarlo. L'acqua che ha raffreddato l'ago arroventato ha assorbito tutto il suo calore, ma non si è a sua volta portata alla temperatura dell'ago (bassa temperatura).

Tutti gli astronomi di oggi ritengono che l'Universo abbia avuto origine dal Big Bang (termine coniato dal cosmologo inglese Fred Hoyle, che con questo appellativo intendeva in realtà mettere in ridicolo la teoria, ma l'espressione finì per attecchire perdendo la connotazione negativa).

Sembra che sia  avvenuto circa 10-20 miliardi di anni fa, e che sia in continua espansione  in modo tale da mantenere fisse le proporzioni reciproche tra le distanze delle galassie (legge di Hubble, 1929).(*)

Questa teoria venne proposta dopo le osservazioni di Hubble e nasce dalla considerazione del fatto che, se l'espansione fosse sempre proceduta al ritmo attuale, le galassie avrebbero dovuto essere riunite nello stesso punto, ad un istante nel passato, calcolabile dividendo la distanza percorsa per la velocità di fuga.

Nell'istante del Big Bang l'universo aveva volume nullo e temperatura infinita, ma, con il procedere dell'espansione, la temperatura diminuì. I primi secondi sono probabilmente molto ricchi di avvenimenti...

COME  IL TEMPO, LO SPAZIO, LA MATERIA

...che si sono verificati ad un ritmo elevatissimo ed hanno determinato la futura struttura dell'universo, che ha avuto inizio dalle sostanze più semplici (protoni, neutroni ed elettroni) in una forma dissociata.

Attimi dopo la temperatura era scesa a  miliardi di gradi e nell'universo dovevano trovarsi soprattutto fotoni, elettroni e neutrini, insieme a pochi protoni e neutroni. CON l'esplosione iniziale, la temperatura era scesa a miliardI di gradi,  protoni e neutroni cominciarono ad unirsi.

Da questo momento in poi l’universo continuò ad espandersi, raffreddandosi, permettendo la formazione di zone più dense, in cui l’attrazione gravitazionale tra le particelle di materia permise la loro aggregazione e l’avvio di un moto rotatorio, che diede origine alle galassie. (**)

Con il passare del tempo, al contrarsi progressivo delle nubi di H ed He, si verificarono collisioni fra gli atomi che innescarono le reazioni di fusione nucleare e diedero origine alle stelle.

Oggi la teoria del Big Bang non si trova di fronte a problemi insormontabili, seppure esistano ancora questioni irrisolte, Anzi, si può affermare che le previsioni di questa teoria abbiano superato tutte le verifiche cui sono state sottoposte e si ritiene che qualunque nuova teoria cosmologica non potrà fare a meno di incorporare l'idea di un big bang. Tuttavia il modello del Big Bang arriva solo fino ad un certo punto e non ci spiega com'era l'universo prima dell'espansione e che cosa accadrà nel lontano futuro, quando anche l'ultima stella avrà esaurito il suo combustibile nucleare.

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(*) per chiarire il fenomeno si immagini che le galassie siano disegnate su un palloncino: quando il palloncino viene gonfiato, le distanze assolute fra i disegni aumentano, ma rimangono invariate le loro proporzioni in quanto tutte subiscono la stessa distorsione. La somiglianza con il palloncino finisce qui, perché noi non conosciamo la forma reale dell'universo, in quanto non possiamo dire se l'espansione è stata identica in tutte le direzioni a partire dal punto iniziale del Big - Bang. E neppure possiamo dire cosa c'è ora dentro il palloncino, perché guardare lontano nello spazio, verso il centro dell'universo attuale, significa in realtà guardare lontano nel tempo. Infatti noi conosciamo le cose quando ce ne giunge notizia, per esempio usando come messaggero la luce: se la luce impiega 1.000 anni ad arrivare, noi sappiamo cosa accadde 1.000 anni or sono e nulla sappiamo di ciò che accade oggi.

(**) non è semplice chiarire perché si innesta il moto rotatorio delle galassie (e degli altri corpi celesti come il Sole o la Terra) partendo dall'ipotesi che l'esplosione iniziale abbia proiettato i frammenti (materia ed energia) in modo omogeneo in tutte le direzioni. Il moto rotatorio infatti si può innescare quando le traiettorie degli oggetti non sono n´ parallele né divergenti, ma convergenti. In questo caso fra gli oggetti si sviluppano forze di attrazione gravitazionale sufficientemente grandi da produrre aggregazioni sempre più ampie, dotate di forze non baricentriche che appunto determinano la nascita di momenti e quindi di moti rotatori. Il moto rotatorio a sua volta è "più stabile" (grazie al momento di inerzia) del moto rettilineo e quindi si mantiene pressoché inalterato nel tempo, almeno nel vuoto relativo dello spazio intergalattico. Ne segue che possiamo immaginare la nascita delle aggregazioni di materia secondo due modelli: 1) traiettorie della materia primordiale non perfettamente rettilinee e divergenti dal punto iniziale; 2) non omogeneità nella distribuzione della materia iniziale, cioè in alcuni punti c'era più materia che in altri, e la materia più densa attrae quella meno densa, determinando traiettorie curve.

PER RISOLVERE IL "GRANDE GIALLO" DELLA NASCITA DELL' UNIVERSO E DELLA SUA EVOLUZIONE GLI  ASTROFISICI  DISPONGONO OGGI DI 3 IMPORTANTI STRUMENTI PER SIMULARNE LA SUA FORMAZIONE

primo: SONO LE OSSERVAZIONI (indagini con radiotelescopi) CHE COMPIONO GLI ASTRONOMI

secondo: HANNO ALCUNE CONOSCENZE DELLE LEGGI FISICHE CHE PRESIEDONO SIA AI FENOMENI TERRESTRI CHE A QUELLI CELESTI

terzo: COME PERFETTO STRUMENTO PER L'INDAGINE COSMOLOGICA DISPONGONO DELLA MATEMATICA, CHE PERMETTE DI RICOSTRUIRE EQUAZIONI TEORICHE E SIMULARE IN LABORATORIO SPERIMENTALMENTE ALCUNE FASI SUBNUCLEARI

I modelli cosmologici attuali si sviluppano grazie alle scoperte rivoluzionarie compiute in questo secolo nel campo della fisica, grazie a scienziati quali 

MaxwelL:  che sintetizzò in un gruppo unico e ristretto di formule tutte le leggi concernenti la teoria della luce, dell’elettricità e del magnetismo (avviando in questo modo il processo di unificazione nell’interpretazione dei fenomeni naturali);

Planck;  che elaborò la teoria dei quanti, che costituisce, insieme alla teoria della relatività formulata da Einstein, una svolta rivoluzionaria nello sviluppo della fisica moderna;

Einstein: CHE PERò pensò  ancora ad un universo omogeneo, eterno ed immobile, in accordo con il modello cosmologico allora accettato; (*)

Hubble: CHE annunciò di possedere le prove dell’espansione dell’universo, MA  solo nel 1929.

RITORNIAMO AI MODELLI SPERIMENTALI.

IN BASE A QUESTI MODELLI SI SUPPONE CHE LA FLUTTUAZIONE QUANTISTICA ABBIA FATTO NASCERE IN UN PUNTO D'INFINITESIMA ESTENSIONE UNA FONTE DI ENERGIA E CALORE (temperatura di 1032 °C)

SIAMO NELLA FASE IN CUI NON ESISTE ANCORA NULLA DI CIÒ CHE CHIAMIAMO MATERIA. LO SI PUÒ FORSE IMMAGINARE COME UN FATTO DI ENERGIA PURA, IL MANIFESTARSI ASSOLUTO DELL'ESSERE

AVVIENE ORA IL BIG BANG E IN QUESTA ESPLOSIONE C'ERAVAMO TUTTI NOI, POICHÉ DA QUESTA "SFERA DI FUOCO" NASCERANNO QUELLE PARTICELLE CHE ANDRANNO FORMARE I PRIMI ATOMI DELLA MATERIA DELL'UNIVERSO, POI DELLA VITA(**)

SONO QUELLE PARTICELLE DI CUI SIAMO COSTITUITI NOI TUTTI ESSERI VIVENTI E TUTTA LA MATERIA CHE CI CIRCONDA. SIAMO NELLA FASE E NEL PRECISO ISTANTE DOVE ABBIAMO LA NASCITA DEL TEMPO(***)

(*) era ovvio sino alla teoria del Big - Bang pensare che l'universo fosse un contenitore più o meno grande, infinito oppure no, eterno o caduco, che le stelle erano destinate a riempire nel futuro o avevano sempre riempito. Nella concezione creazionista non c'era motivo di pensare che Dio non avesse creato l'universo tutto insieme per tutto il tempo da lui stesso prestabilito. Quando le osservazioni astronomiche mostrano che le galassie si muovono avvicinandosi o allontanandosi fra loro, nascono le domande: quanto è grande? quando è nato? che forma ha? ha un confine? quanto tempo vivrà? è unico? ed altre ancora, quasi a piacere. 

E' questo un meraviglioso esempio del fatto che il progresso della conoscenza produce più domande che risposte, contrariamente a quanto sosteneva in generale la scienza del XIX secolo!

(**) è questa la base della visione deterministica  del nostro esistere: data una causa, si ha una conseguenza; questa conseguenza è causa di un'altra conseguenza e così via all'infinito. In pratica posso pensare che tutto ciò che è avvenuto nel passato sia stato solo per produrre me risalendo di effetto in causa! Oggi questa visione si può correggere parzialmente introducendo una funzione probabilistica, cioè dicendo che una causa può dar luogo a diversi effetti, fra i quali uno ha maggiore probabilità degli altri di verificarsi nella concretezza. Però, al verificarsi successivo delle stesse condizioni iniziali, non è detto che debba verificarsi lo stesso effetto, proprio come accade in quasi tutti i giochi. Naturalmente anche questo modo probabilistico di considerare la successione causa - effetto può non essere vera perché solo apparentemente le condizioni iniziali possono apparirci uguali.

(***) SIAMO COSTITUITI NOI TUTTI ESSERI VIVENTI: tutti gli organismi viventi che noi conosciamo sono costituiti dai 92 elementi della scala periodica, singolarmente o in in miriadi di combinazioni. Tuttavia non possiamo escludere a priori che siano possibili altre forme di vita, del tutto diverse da quelle terrestri, magari costruite con quella cosa che chiamiamo antimateria. Per il momento ci conforta l'osservazione che in tutte le parti di universo per ora esplorate materia ed energia sono le stesse che sulla Terra.

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I significati di spazio e di tempo sono stati modificati più volte nella storia dell’ uomo.

Ancora oggi l’orologio  ci abitua ad una misura del tempo organizzata come una successione di periodi numerabili, in quanto equivalenti, la cui continua somma ci indica il passare del tempo. 

Il significato di tale misurazione appartiene alla concezione temporale idealizzata dalla fisica classica, per la quale lo spazio ed il tempo sono assoluti , anzich´ relativi; lo spazio infatti e’ considerato in guisa di un contenitore vuoto statico ed infinito, nel quale un tempo matematico ed astratto, scorre linearmente ed uniformemente senza nessuna interazione con qualsiasi evento esterno. Tale finzione interpretativa acquisisce un senso approssimato, solo nel caso delle immediate vicinanze che cadono sotto la nostra esperienza, cioè in relazione allo spazio localizzato che è a portata della percezione sensoriale dell’ uomo, là dove si può ritenere che la velocità della luce sia istantanea, per cui gli eventi possono essere considerati simultanei ed indipendenti dall’ osservatore. 

Newton  sistematizzò tale assunzione aprioristica delle relazioni tra spazio e tempo nel quadro cognitivo della fisica classica, che in seguito è stata demolita dalla “fisica relativistica” di Einstein, il quale, già nel 1905, comprese la impossibilità di percezione simultanea degli eventi, dal momento che gli esperimenti di Michelson e Morley (4) dimostrarono la costanza della velocità di propagazione della radiazione, misurata in relazione al moto della terra.

Dato che oggi il sistema elettronico di comunicazioni ci permette di delocalizzare la nostra attenzione in una dimensione globale è importante capire la traccia della evoluzione dei concetti si spazio e tempo, per comtemporaneizzarla in modo che sia utile a comprendere le condizioni di vita e di sviluppo dell’ era digitale.

Ricordiamo innanzitutto che la velocità della radiazione è molto alta, cioè 300.000 chilometri al secondo (misurata approssimativamente nel vuoto), e ciò significa fare in un secondo circa 8 volte il giro della terra 

Per quanto elevata la velocità della luce, in paragone alle nostre esperienze, essa non è infinita ; ciò significa che quando osserviamo il Sole la mattina, di fatto esso si era già elevato sulla linea dell’ orizzonte, circa 8 minuti prima che lo potessimo vedere; similmente la Luna , essendo molto più vicina del Sole, sorge all’ orizzonte circa 5 secondi prima di osservarla, mentre la stella più vicina a noi, dopo il Sole, è distante approssimativamente quattro anni luce, - se dovesse esplodere e sparire - noi continueremo a percepirla presente nel cielo per altri quattro anni.

Einstein sentenziò : ’Looking at the stars is looking at history of the Universe”. ( Osservando le stelle vediamo la storia dell’universo)

La propagazione della “radiazione luminosa” richiede pertanto una durata di tempo più o meno elevata a seconda della densità del mezzo in cui interagisce, e ciò da ragione del fatto che il tempo oggettivamente esiste, infatti una velocità infinita della “luce” non necessiterebbe di alcuna percezione del tempo. Infatti E. Kant asserì, in accordo con le idee di Newton, che il tempo era solo una illusione dell’ immaginario umano . Le concezioni relativistiche si sono affermate nella scienza del secolo scorso ed hanno diametralmente rovesciato le precedenti concezioni della fisica classica; è quindi opportuno, vivendo agli inizi del terzo millennio, che tali concetti innovativi vengano acquisiti anche dai giovani e giovanissimi, per non confinarli in una visione del mondo obsoleta e incongruente con l’ epoca scientifica e tecnologica nella quale vivono.

Le deduzioni sulle modalità di pensare che conseguono a queste considerazioni sulla relatività sono assai ampie. Infatti se la velocità della luce è finita nessuno può dire di sapere cosa avviene nel presente. Di conseguenza siamo costretti ad assumere una mentalità probabilistica, proprio in quanto il presente è inosservabile nell’ istante medesimo in cui avviene; ciò indubbiamente vale quanto più abbandoniamo una percezione del mondo macroscopico direttamente percepito dai nostri sensi, e cerchiamo di verificare i fondamenti del microcosmo in cui avvengono le interazioni tra energia e materia, mediante misure che permettono di estrarre una informazione strumentalmente percepibile, per dare sviluppo alle nostre conoscenze.

E’ pertanto opportuno sottolineare che il tempo, come lo misuriamo con orologi stazionari in base ad una successione di durate temporali prestabilite, ha un valore significativo del tutto convenzionale, appropriato soltanto ad una osservazione a dimensione locale di eventi macroscopici sensorialmente accessibili, tali da poter considerare spazio e tempo, come in possesso di un carattere assoluto e pertanto estraneo alle reali dimensioni relativistiche dei fenomeni naturali. Tale limitativa interpretazione in vero dimostra di non aver alcun senso  compiuto, non solo nella scienza dell’ indagine del micro-cosmo atomico e molecolare, ma anche quando il nostro pensiero si impegna a ragionare in dimensione delocalizzata dello spazio, come è ad es. la dimensione globale del World Wide Web.

L’ era digitale pertanto induce la necessità di una più coscienziosa comprensione della natura relativistica dello spazio / tempo : infatti prima della teoria delle relatività , la possibilità di assumere la concezione di falsa simultaneità nel tempo tra eventi unicamente separati dalla dimensione spaziale, ha generato la conseguenza di acquisire certezza nella interpretazione di relazioni di causa ed effetto tra eventi considerati linearmente successivi.

L’ idea di base che in seguito è risultata essere fuorviante, già compresa dall’ analisi  scientifica del microcosmo a partire dal 1927 (Principio di Indeterminazione della Meccanica Quantistica), in sostanza  è quella che esista una fittizia traiettoria nella dinamica della successione temporale degli eventi, in modo tale da poter assumere che il precedente sia la causa del successivo come è deducibile dall'osservazione di una palla da biliardo che urta un’altra palla che di conseguenza si mette in moto, senza che venga considerata l’azione del giocatore. Quindi la impostazione causale è del tutto arbitraria se viene estesa al di fuori  di un universo meccanico locale, proprio in quanto fa assumere l’ idea di una generale relazione esatta tra spazio / tempo e causalità, che in ultima analisi significa concepire il futuro perennemente come prosecuzione lineare degli eventi passati, anzichÉ essere per sua natura indeterminato, proprio in quanto viene ad essere funzione delle azioni che non sono la sintesi di attività simultanee e compresenti, ma che in vero possono appartenere sia alla sfera del passato, ma anche e quella della intuizione percettiva, ovvero dell’ immaginazione del futuro.

Infatti la percezione umana, non è prodotta solo da una acquisizione adattiva di dati provenienti dall’ esterno, ma da una elaborazione di informazione creativa attuata dal cervello inclusiva dell’ immaginario mentale proprio della nostra specie.

Durante il Rinascimento l’ arte si rese conto della possibilità di effettuare una ricostruzione mentale rappresentativa della terza dimensione spaziale mediante la prospettiva, delineandola nell’ ambito di una rappresentazione di un disegno bidimensionale; oggigiorno, per certi aspetti, similmente a quel tempo, l’ immaginario percettivo, che è consistente con le nostre attività di pensiero, rende oggi necessario il superamento della concezione dualistica dello spazio e del tempo, considerati entità distinte di per se stesse esistenti, indipendentemente cioè dalle attività di percezione del soggetto.

Il cervello infatti trasforma la informazione spazio-temporale degli eventi ricevuta dall’ occhio su una struttura bidimensionale della retina, in onde bio - elettriche, nei due emisferi cerebrali, per poi definire le forme delle immagini, su base genetica, le quali ci permettono di interpretare la struttura tridimensionale della materia e  ci indicano la probabilità delle nostre interazioni corporee del mondo circostante, in vero con qualche possibilità di errore. Quindi dall’informazione del passato ed il confronto mnemonico, il cervello riesce a  fare la previsione delle probabili interazioni future con l’ambiente, realizzando in tal guisa la nostra percezione del mondo materiale circostante.

La precedente significazione della percezione cerebrale emerge da una più cosciente rappresentazione cerebrale dello spazio tempo, non più correlata alla semplice visione oculare delle regioni vicinali della percezione sensoriale, in quanto essa risulta essere una esigenza epocale di innovazione cognitiva espressa in modo da permettere ai giovani di interpretare creativamente le relazioni sussistenti tra realtà e virtualità che si attuano nel mondo delocalizzato della informazione globale.

Molti bambini ad es., ancora si stupiscono quando vedono alla TV che la mezzanotte del capodanno in Australia avviene quasi un giorno prima dalla stessa manifestazione a Firenze; pertanto in un mondo dove con un click del mouse, o con un telefonino, si può parlare con un amico  dall’altro capo della terra, diviene assurdo mantenere una interpretazione dell’evento come se fosse una semplice estensione in modo sensoriale localizzato e simultaneo, al quale da tempo siamo stati abituati a pensare come fosse reale; tale erronea estensione cognitiva ,  purtroppo priva i giovani di una più appropriata acquisizione concettuale, che di fatto è alla base della scienza moderna e tramite la quale sono attuate le moderne tecnologie di comunicazione elettronica.

E’ necessario pertanto che la nuova dimensione del sapere non rimanga nascosta alla formazione mentale di base dei giovani, altrimenti favoriremo la loro incoscienza ed incapacità di gestire il loro avvenire, proprio in quanto il mondo scientifico e tecnologico contemporaneo sembrerà loro un inspiegabile mistero, nascosto dietro il  semplice cliccare e il pigiare tasti. La mancanza di coerenza tra concezioni e condizioni di vita provoca una privazione, che può generare intense ed estese dissociazioni psichiche tra i giovani ed il mondo di informazione globale in cui sono immersi.

Bisogna quindi attuare progettazioni educative nelle quali i giovani possano rendersi conto di come, nella vita quotidiana sia ancora possibile distinguere tra la dimensione dello spazio e la dimensione del tempo, a patto di capire bene gli errori storicamente commessi nell’aver concettualizzato una interpretazione per la quale il movimento è  considerato essere solo un trasferimento di forme invarianti osservabili  entro una dimensione localizzata. Pertanto la progettazione educativa di  scienza e tecnologia per i giovani è oggi particolarmente importante, ed è necessario realizzarla in modo che essi comprendano come e quando  possiamo ancora utilizzare di comodi modelli cognitivi semplificati per la vita di ogni giorno; ma al contempo è importante saper leggerne i limiti concettuali, al fine di poter ragionevolmente distinguere ciò che è oggettivamente errato nella descrizione semplificata dello spazio/tempo. L’ interpretazione più immediata ed abituale ha pertanto  ancora valore, ma solo se circoscritta alla situazione locale, mentre in caso di necessari approfondimenti e riflessioni più generali, essa diviene ingannevole come un film, nel quale si riproduce il movimento sulla base di una successione di foto statiche riprese ad istanti successivi del moto. In vero lo spazio e il tempo sono due aspetti indistinguibili della percezione; di fatto mentre il film può essere riavvolto all’ indietro rovesciando fittiziamente le relazioni tra futuro e passato, nella realtà lo svolgimento spazio / temporale è unitario ed irreversibile.

Per evitare di ricadere negli errori cognitivi del passato è necessario  porre attenzione ai significati del linguaggio; ad es. facciamo un errore di significazione, quando scambiamo la distanza che dipende dalla  velocità del moto, con la misura statica della lunghezza tra due eventi.

Il concetto di distanza contiene inclusa la dimensione del tempo, come già avevano compreso gli antichi greci, trattando dei paradossi di Zenone. Infatti è la velocità del moto quella che definisce la distanza effettiva di una qualsiasi lunghezza. Ad es. certamente la lunghezza di una strada tra due punti, a parte gli errori di misura, è  costante; ma la distanza concreta dipende dalla velocità (cioè dalla  relazione dello spazio sul tempo), che deve prendere in considerazione la rapidità possibile del mezzo utilizzato per passare da un capo all’altro della lunghezza stradale misurata staticamente.

Queste riflessioni sulla relatività indirizzate al fine di evitare confusione mentale in relazione al significato dello spazio / tempo, sono oggi definitivamente importanti se non vogliamo risulti incomprensibile il mondo contemporaneo basato sulla comunicazione globale di onde di energia, che viaggiano a velocità che si approssimano  a quelle della luce, le quali permettono gli scambi di informazione interattiva e di conseguenza anche i nuovi aspetti della organizzazione economica e del lavoro della società della condivisione delle conoscenze.

Einstein si rese perfettamente conto della difficoltà di superare le antiquate concezioni dello spazio / tempo. Egli infatti scrisse : <<"Non siamo meglio, nelle nostre speculazioni, di un pesce che si sforza di comprendere cosa sia l’acqua." >> (“We are no better in our speculations than a fish which should strive to become clear as to what is water”) , ciò perché il tempo relativistico da rigido e linearmente immutabile, diviene con la relatività spazio - temporale, intrinsecamente flessibile, essendo relativo alla percezione dell’ osservatore; comunque dobbiamo essere coscienti che nel mondo contemporaneo per molteplici aspetti interpretativi del mondo contemporaneo è necessario superare la falsa concezione dualistica dello spazio - tempo, concepita per interpretare un dominio localizzato di esperienze sensoriali empiriche a cui oggi non è più sufficiente far riferimento.

Un esempio della inapplicabilità delle concezioni statiche nell’ ambito  di eventi dinamici, (dove spazio e tempo, appartenendo ad una unica dimensione detta “ Cronotopo“ possono mescolarsi -Vedi Nota), è relativo alla comprensione della corrente di elettricità, che certamente è importante nella vita contemporanea.

NOTA: “Cronotopo” termine composto da Crono =tempo e Topos = spazio introdotto dalla teoria della relatività per indicare l'insieme spazio-tempo; cioè lo spazio relativamente alla sua dimensione temporale ovvero il tempo nella sua proiezione spaziale; ciò in quanto Einstein comprese, e successivamente fu sperimentalmente dimostrato, che la massa di una particella in movimento determina una distorsione dello spazio tempo nelle sue vicinanze.)

Le cariche elettriche statiche degli elettroni essendo tutte negative dovrebbero respingersi creando una resistenza molto intensa al fluire delle cariche in un filo metallico, infatti se esse fossero concepite come il trasporto di una successione di singole particelle statiche, la resistenza al moto sarebbe elevatissima; ma effetti induttivi della dinamica di sviluppo del campo elettromagnetico, variano la resistenza prodotta delle cariche elettriche dello stesso segno, diminuendo la resistenza media del flusso di elettricità. Infatti il campo elettromagnetico non è definibile come somma delle proprietà statiche di singole particelle cariche, ma viene a dipendere dalle loro interazioni dinamiche per le quali spazio e tempo appartengono alla stesso indistinguibile insieme. 

Concludo questi cenni, puntualizzando ancora il fatto che, vivendo in un  mondo elettrificato ed automatizzato nonch´ fortemente connesso dalla informazione elettronica, vengono gradualmente a modificarsi tutti i processi di produzione e di relazione commerciale a livello globale, mediante la utilizzazione della rete del WWW, e di conseguenza variano con rapidità le condizioni di sviluppo sociale ed economico del prossimo millennio. Quanto sopra è indubbiamente un bene, come ogni cambiamento che valorizza la libertà dell’ uomo dal lavoro - fatica e l’ incremento della comunicabilità tra gli uomini, ma certamente diviene sempre più necessario e doveroso, condurre i giovani a saper interpretare le basi cognitive che nel secolo scorso, sono state il fondamento concettuale di una così ampia e profonda trasformazione, affinché essi possano esprimere nell’arte e nella scienza e nel lavoro, una percezione adeguata a gestire coscientemente la propria vita e quella di uno sviluppo sociale ed economico creativo nel prossimo futuro.

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IL BIG BANG HA LA DURATA DI 10 ALLA MENO 43 SECONDI E QUESTA SFERA DI FUOCO INIZIA ORA A DILATARSI. ALLARGANDOSI PERDE LA SUA ENERGIA, DISPERDE IL SUO CALORE, SI ESPANDE NELL'INFINITO (!?)

INFATTI DOPO QUESTO INFINITESIMO ATTIMO, LO SCENARIO CAMBIA, PERCHE' AVVIENE (secondo la legge di Hubble) L'ESPANSIONE DELL' UNIVERSO, CIOE' ASSISTIAMO ALLA NASCITA DELLO SPAZIO COME LO PERCEPIAMO NOI

La legge di Hubble - Hubble scoprì che più le galassie sono distanti, più si allontanano velocemente. Scoprì quindi la legge che afferma che il rapporto tra la distanza della galassia e la sua velocità di recessione è costante: M: dove v è la velocità e d è la distanza; la costante H è chiamata costante di Hubble.

Le osservazioni di Hubble, portarono alla conclusione che in un universo in espansione uniforme, in tempi passati le galassie dovevano essere più vicine tra loro. La galassia a spirale M33 fu uno dei primi oggetti studiati da Hubble nel suo tentativo di determinare la scala di distanze dell’universo. Basandosi sull’osservazione di variabili cefeidi (costellazione)  in M33, Hubble dimostrò che essa si trova molto oltre i limiti noti della Via Lattea e quindi deve essere una galassia indipendente, analoga alla nostra. Negli anni ’20 e ’30 cambiò la concezione dell’universo, così come era accaduto con la rivoluzione copernicana: dimostrò che la Via Lattea è una tra le milioni di galassie esistenti in un universo in espansione

Si deve POI  a George Gamow nel 1946 il modello cosmologico standard secondo cui l'Universo ha avuto inizio dalle particelle più semplici (protoni, neutroni ed elettroni) in una forma dissociata e che i nuclei si siano formati a partire da questa materia prima: si tratta della cosiddetta teoria del Big Bang, che trovò in seguito diverse conferme sperimentali, tra le quali quella degli scienziati Robert Wilson ed Arno Penzias che nel 1965 scoprirono una radiazione termica diffusa in ogni direzione dell'Universo, considerata come il residuo del calore irraggiato dal Big Bang.(**)

APPAIONO LE PRIME PARTICELLE ELEMENTARI, TUTTE QUELLE CHE FINO AD OGGI CONOSCIAMO (circa 40). SONO GLI  ELETTRONI, NEUTRINI, FOTONI, ASSIONI, X; I GLUONI E I QUARK E ALTRE LA CUI ESISTENZA DAI FISICI É ATTUALMENTE SOLO IPOTIZZATA

LA TEMPERATURA SCENDE AL DI SOTTO DI 1028 GRADI CELSIUS, E OGNI PARTICELLA CHE SI è CREATA HA IL SUO OMOLOGO E CONTRARIO, IDENTICA IN TUTTO MA DI CARICA OPPOSTA. SIAMO AL PRIMO "DUALISMO".(***)

IL DUALISMO POSITIVITÀ NEGATIVITÀ, PORTA A RECIPROCI ANNICHILIMENTI, CON RESTITUZIONE AL PLASMA DELLA SUA ENERGIA, CHE NON VA PERSA MA ASSORBITA DA ALTRE PARTICELLE COMPRESE QUELLE GIA' VAGANTI

E SONO QUESTE, I QUARK SCAMPATI ALL'ANNICHILIMENTO-ESTINZIONE, CHE PORTANO CON LA LORO UNIONE, INTERAZIONI FORTI, SCAMBIO DI FOTONI, ALLA PRIMA (DA NOI CONCEPITA) NASCITA DELLA MATERIA

(*) La legge di Hubble: come si è detto più sopra, guardare più lontano nello spazio significa in realtà guardare più lontano nel tempo. Sin verso la fine del 1800 si credeva che l'universo coincidesse con la Via Lattea e che ciò che si vedeva era l'attualità. Scoperto che la velocità della luce è limitata, scoperto che la Via Lattea è una piccolissima porzione dell'universo, si dovette ammettere che la velocità di fuga delle galassie osservata oggi è in realtà la velocità di fuga da esse posseduta nel passato più o meno remoto. E' ovvio quindi che andando sempre più indietro nel tempo, noi oggi vediamo eventi accaduti in momenti sempre più vicini al Big - Bang, e perciò osserviamo velocità di fuga sempre più grandi.

(**) supponiamo di cuocere un cosciotto di pollo nel forno. Si riscalda solo il cosciotto? No. Si riscalda anche l'aria interna, si riscaldano le pareti, ecc. Se andiamo a misurare dopo qualche tempo la temperatura  dell'aria e delle pareti possiamo ricavare la temperatura iniziale se disponiamo di una opportuna legge fisica di decadimento del calore. Nel caso dell'universo si è verificata proprio tale situazione: fatte le opportune ipotesi sull'entità dell'energia iniziale, dell'espansione, ecc. Gamow fece una previsione su quale temperatura dovesse esserci dentro il forno - universo: Wilson e Penzias verificarono che quella previsione era esatta, confermando così sperimentalmente l'esattezza della teoria del Big - Bang, almeno sotto tale aspetto. Oggi si accetta che la temperatura residua nello spazio intergalattico, lontano dalle fonti di calore rappresentate dalle stelle (lontano dal cosciotto di pollo che si raffredda in modo diverso!) è di circa 2,73 °K, cioè circa 200 °C sotto zero.

(***) il numero 1028 vuol dire 1 seguito da 28 zeri, cioè 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000 °C, cioè ancora 10 miliardi di miliardi di miliardi di gradi Celsius (ogni miliardo contiene 9 zeri quindi per arrivare a 28 zeri dobbiamo dire 10 seguito da tre volte miliardi). 

Le particelle di antimateria non sono perfettamente identiche a quelle di materia ordinaria, ma sono di un nonnulla meno energiche. E' per questo motivo che al momento del Big - Bang la materia ha avuto il sopravvento rispetto all'antimateria. Niente vieta di pensare (solo pensare per ora) che in qualche regione del nostro universo si trovino stelle, galassie, ecc. composte di antimateria.

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Le particelle elementari del plasma formano per fusione nucleare enormi ammassi di nuclei di idrogeno (1H) e di elio (4He) con tracce di 2H, 2He e 7Li. Questa materia non è abbastanza densa e calda per produrre gli elementi più pesanti.

Gli ammassi di idrogeno ed elio, per “collasso gravitazionale”, diventano galassie. Si ha collasso gravitazionale quando l’energia potenziale dell’ammasso è il doppio della sua energia cinetica. Gli ammassi più densi, nelle galassie possono diventare delle stelle. Questo avviene quando, per effetto della enorme contrazione gravitazionale, l'idrogeno si riscalda a temperature di qualche diecina di milioni di gradi innescando una reazione di fusione nucleare. In questa reazione due nuclei di deuterio sono fusi in un nucleo di elio, liberando una enorme quantità di energia (luce, calore, onde elettromagnetiche) che la stella disperde nello spazio. (*)

Tutte le stelle, infatti, nascono e muoiono dopo aver esaurito il loro combustibile nucleare. Le piccole stelle, come il nostro Sole, si trasformeranno in “nane bianche”. Le stelle giganti finiscono in modo più spettacolare trasformandosi prima in stelle rosse, quindi in stelle blu e bianche ed esplodendo alla fine come “supernovae”. Questo perché le stelle giganti dopo aver esaurito l’idrogeno, iniziano a fondere l’elio dando nuclei sempre più pesanti, fino ad arrivare a quello di ferro. La temperatura delle stelle giganti aumenta perché la reazione di sintesi degli elementi pesanti è fortemente esotermica.(**)

Ad esempio:

* *       tre nuclei di elio formano un nucleo di carbonio (12C) a circa 100 milioni di gradi

* * *       due nuclei di carbonio formano un nucleo di magnesio (24Mg) a circa 600 milioni di gradi

        il nucleo di ferro (56Fe) si forma a circa sei miliardi di gradi. 

 Il ferro, l’elemento più pesante prodotto per fusione nucleare, è stabile e pertanto è molto presente così come i nuclei degli isotopi la cui massa è multipla di quella del 4He.

 Gli elementi più pesanti del ferro non si formano per fusione ma per fissione nucleare. Quando la temperatura raggiunge i dieci miliardi di gradi, la cattura di un nucleo di 4He produce nuclei instabili che decadono liberando un gran numero di neutroni. Un neutrone, non avendo carica, può entrare in un nucleo già formato trasformandosi in un protone e in un elettrone e dando così un nucleo più pesante. In questo modo si producono gli isotopi più pesanti compresi tra il 56Fe e il 209Bi

 Quando la stella gigante tenta di produrre gli elementi più pesanti del 209Bi esplode disperdendo tutto il suo materiale nello spazio. Poiché miliardi di stelle giganti sono esplose come supernovae in miliardi di anni, l’abbondanza cosmica degli elementi nell'universo è abbastanza omogenea.

Come si nota TUTTI GLI ELEMENTI dispersi nello spazio come nubi e polveri, (eccetto la parte di idrogeno e di elio prodotta nel Big Bang) SONO STATI PRODOTTI nelle stelle giganti e sono stati dispersi nello spazio dalle esplosioni delle supernovae. In questo senso noi e tutto quello che ci circonda veniamo dalle stelle!(***)

 La teoria del Prof. Hubble, oggi pienamente accettata, ha ricevuto molte conferme: tra queste l’espansione piatta dell’Universo che continua ancor oggi e la conseguente bassissima temperatura (-270  °C) dello spazio cosmico. 

(*) il deuterio è una forma "pesante" di idrogeno in quanto nel suo nucleo si trovano un protone, con carica positiva, e un neutrone, senza carica. Le sue caratteristiche chimiche sono identiche a quelle dell'idrogeno "normale", sono diverse invece le caratteristiche fisiche. Oltre il deuterio in natura si trova anche il tritio (si legge trizio, alla latina) che contiene nel nucleo ancora un altro neutrone. Se diciamo 1 il peso dell'idrogeno, il deuterio pesa 2 e il tritio pesa 3. Queste 3 forme sono gli isotopi dell'idrogeno (isotopo = stesso posto nella scala periodica degli elementi). In forma simbolica l'idrogeno è rappresentato da 11H, il deuterio da 12H e il tritio da 13H: il numero a sinistra in basso rappresenta la carica e il numero in alto il peso atomico.

(**) il processo è piuttosto complesso; in modo semplificato la successione è la seguente: 1) l'addensamento iniziale di idrogeno che costituisce la stella produce un aumento di temperatura nel suo nucleo tale da far avvenire la fusione di deuterio in elio; 2) finito l'idrogeno, la stella collassa ancora (il nucleo diventa ancora più denso) aumentando di nuovo di temperatura in modo tale da produrre la fusione di nuclei più pesanti dell'idrogeno; 3) finito questo nuovo elemento la stella collassa ancora raggiungendo temperature ancora più alte che consentono la fusione di nuclei ancora più pesanti; 3) infine non ci sono più possibilità di fusione nucleare e la stella esplode nella sua parte esterna e collassa nel nucleo diventando una stella di neutroni oppure un buco nero, a seconda della sua massa iniziale.

(***) questo processo continua ancora oggi in tutto lo spazio esplorato. Purtroppo la successione descritta alla nota precedente avviene in tempi di migliaia di anni, e poiché le nostre osservazioni sono troppo giovani, non abbiamo ancora verifiche sperimentali di assoluta certezza. Avendo però osservato i resti di supernovae del passato, è possibile fare previsioni e verificare man mano che passa il tempo se accade ciò che è stato previsto.

 DOPO IL PRIMO MILIARDESIMO DI SECONDO LA TEMPERATURA é SCESA A 10 ALLA 13 GRADI, E L'UNIVERSO è PRONTO IN QUESTA CONDIZIONE A DAR VITA AL PROTAGONISTA ASSOLUTO DELL'UNIVERSO: ALL' ATOMO

CHE COSA E' ACCADUTO IN QUESTO MILIARDESIMO DI SECONDO? CHE I  QUARK SOPRAVVISSUTI SONO RIUSCITI A COMBINARE UNA "UNIONE"  CON I GLUONI, CHE VANNO A FORMARE DUE "genitori distinti" (1 positivo, 1 negativo) UNO É IL PROTONE, L'ALTRO IL NEUTRONE(*)

NELLA TEORIA DEL NUCLEO DELL'ATOMO, IL PROTONE E IL NEUTRONE SONO SPESSO CONSIDERATI COME DUE STATI DIFFERENTI DI UN'UNICA PARTICELLA: CIOE'  IL NUCLEONE (MENO STABILE SE MANCA PERO' IL NEUTRONE)

PASSA UNA ETERNITÀ, 100 SECONDI, LA TEMPERATURA É SCESA A UN MILIARDO DI GRADI. A QUESTA TEMPERATURA I DUE "single" SONO SPESSE VOLTE COSTRETTI A UNIRSI ANDANDO A FORMARE UN'INSIEME, UN PARTICOLARE NUCLEO

MA CI SONO ANCORA PARTICELLE VAGANTI, E ALCUNE SI ANNICHILISCONO A VICENDA. UNA MOLTO PICCOLA, SCAMPATA ALLA LOTTA, SI RIFUGIA VICINO AL NUCLEO; ED É UN ALTRO GRANDE PROTAGONISTA DELLA MATERIA , E' L'ELETTRONE

SECONDO ALCUNE IPOTESI MODERNE IL NUCLEONE SI PUO' CONCEPIRE COME SEGUE: AL CENTRO UNA SPECIE DI NOCCIOLO INTORNO AL QUALE SI TROVA L'ATMOSFERA PI-MESONICA DEL NUCLEONE STESSO.

SECONDO QUESTE IPOTESI IL PROTONE E' SIMILE AL PIANETA SATURNO: INFATTI DURANTE QUESTO PRIMO  PERIODO DELLA SUA ESISTENZA E' CIRCONDATO DA UN ANELLO, E' LA "NUVOLA MESONICA" PULSANTE CHE APPARE E SCOMPARE CON FORZE A NOI ANCORA OSCURE

SIAMO ORA DOPO 100 SECONDI A NOVECENTO MILIONI DI GRADI, DOVE DIVENTA POSSIBILE LA "coabitazione fissa" DI QUESTE PARTICELLE-NUVOLA MESONICA  E IL NUCLEO; E' IL PRIMO ABBOZZO DEL PRIMO ELEMENTO CHE INIZIA A  DIVENTARE UNA VERA E PROPRIA STRUTTURA 

SONO PASSATI 3600 SECONDI (un'ora!) E GIÀ ESISTONO TUTTI I FONDAMENTI DELLA MATERIA ATTUALE. DA ORA TUTTO PROCEDERÀ PIÚ LENTAMENTE FINO A COSTRUIRE  FRA POCO DEFINITIVAMENTE  L'ATOMO, CIOE' IL DOMINATORE ASSOLUTO DELL'UNIVERSO.(**)

NEL CORSO DI 300.000 ANNI QUESTI TENTATIVI DI "COABITAZIONE" FRA NUCLEO E QUELLA NUVOLA MESONICA -ORA DIVENTATO UN ELETTRONE-  DIVENTANO IDEALI PER MANTENERE UN RECIPROCO EQUILIBRIO DELL'INTERNO CON L'ESTERNO. É LA NASCITA DELL'ATOMO CON UNA STRUTTURA ORMAI CONSOLIDATA. SIAMO AL PUNTO CHE RECIPROCAMENTE L'UNO E' NECESSARIO ALL'ALTRO.

LA PRIMA STRUTTURA CHE SI FORMA è LA PIÚ SEMPLICE, ED è FATTA DA UN SOLO PROTONE E DA UN PICCOLO (1836 volte) SATELLITE (l'elettrone) CHE GLI GIRA A DEBITA DISTANZA - É L'ATOMO DI IDROGENO leggero

DOPO UN MILIONE DI ANNI QUASI TUTTO L'UNIVERSO è FATTO DI  IDROGENO (80%) E DI UN NUOVO ATOMO NEL FRATTEMPO FORMATOSI, L' ELIO (20%) CHE HA PERO' UN SUO BEN PRECISO EQUILIBRIO 2 protoni, 2 neutroni, 2 elettroni

DI QUESTA ESPLOSIONE -FORMAZIONE DELL'UNIVERSO CI SONO RIMASTE DELLE TESTIMONIANZE, LA COSIDDETTA "radiazione fossile", MICROONDE DI cm 3,2 CHE Kelvin, Penzias, Wilson (Nob. 78) CAPTERANNO CON UN RADIOTELESCOPIO.

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(*) il gluone non è una particella di materia ma è la "colla" (glue in inglese), cioè la forza, che lega gli elementi opposti elettrone - positrone che si trovano "dentro" il neutrone, il quale quindi non è elettricamente neutro perché privo di carica ma perché ne contiene due opposte. E per ottenere questa unione di opposti occorre una forza veramente grande!

(**) queste indicazioni di tempo sono da prendere con le molle perché è ipotizzabile che un secondo di allora, con quella dose sterminata di energia, valga come un anno o un secolo o un millennio del nostro tempo attuale. Non bisogna mai dimenticare che eventi eccezionali (nel caso del Big - Bang unico evento) possono essere governati da leggi eccezionali.

L'atomo - Cenni preliminari - Formula molecolare

Rappresentano i composti come molecole (es. H2O
La molecola d’acqua è composta da due atomi d’idrogeno ed uno d’ossigeno
Formula minima (es. HO)

Massa atomica
Le masse sono misurate in base alla scala dei pesi atomici.
Questa scala ha come unità di misura l’unita di massa atomica (uma)

Peso molecolare
Il peso molecolare si ottiene sommando i pesi atomici di tutti gli atomi di una molecola

Numero di Avogadro
Il rapporto (N) fra il grammo e l’unità di massa atomica è detto numero di Avogadro e vale 6,0221367 * 1023 

Una massa in grammi di un elemento chimico pari al suo peso atomico contiene sempre un numero di Avogadro di atomi, cioè per esempio 1 grammo di idrogeno (peso atomico 1) e 12 grammi di carbonio (peso atomico 12) e 56 grammi di ferro (peso atomico 56) contengono tutti 6,0221367 * 1023 atomi.

Mole
Ad un numero di Avogadro di particelle è dato il nome di mole.

Spettroscopi

Per studiare la struttura interna degli atomi si ricorre al bombardamento della materia con particelle ALFA ad alta energia; bombardando invece con elettroni di bassa energia si studiano le proprietà delle parti più esterne degli atomi e si trova che l'atomo può trovarsi in una serie di stati pressoché stazionari con diverse energie.

La discontinuità di tali livelli energetici è particolarmente evidente dall'analisi spettroscopica (analisi con elementi di diversa frequenza) della radiazione elettromagnetica emessa o assorbita dagli atomi al loro passaggio da uno stato stazionario ad un altro, essendo la differenza d’energia DE fra i due stati in relazione alla frequenza v della radiazione attraverso la DE= hv, con h costante di Plank.

Tutti i tipi di spettroscopia si riferiscono all'assorbimento o all'emissione di radiazione elettromagnetica da parte di una sostanza in esame. In senso più lato si parla di spettroscopia o spettrometria anche nel caso in qui i fasci incidenti (e riflessi o trasmessi) siano costituiti da particelle: elettroni, neutroni, ioni ecc. Un esperimento spettroscopico di solito implica la misura di due parametri sperimentali: l'energia (o la frequenza) della radiazione emessa o assorbita e l'intensità dell'assorbimento o dell’emissione. Le proprietà spettroscopiche e chimiche degli atomi dei diversi elementi sono quasi interamente determinate dal numero atomico Z, uguale alla carica del nucleo in unità elettroniche e quindi, per la neutralità  dell'atomo, pari al numero d’elettroni esterni. La corrispondenza fra gli elementi chimici e i valori di Z è biunivoca.

L'esperienza di Faradey

La prima indicazione inequivocabile della natura dell'elettricità e della struttura elettronica degli atomi fu data nel 1833 da Faradey con i suoi esperimenti sull'elettrolisi. Le sue scoperte possono essere riassunte nei seguenti enunciati:

Una stessa quantità di elettricità deposita ad un elettrodo una massa costante di una data sostanza.

La massa di diverse sostanze depositate, sviluppate come gas, o portate in soluzione ad un elettrodo da una data quantità d’elettricità è proporzionale alla massa equivalente delle sostanze. 

La seconda di queste leggi è particolarmente significativa se si ricorda che la massa  equivalente di ogni sostanza contiene lo stesso numero di mole o un multiplo intero di tale valore. Si deduce che le leggi dell'elettrolisi sono analoghe alle leggi di combinazione chimica che suggeriscono per prime l'esistenza di atomi. Se un numero definito di atomi reagisce sono solo con una definita quantità di carica elettrica pare ragionevole supporre che la carica elettrica stessa ha una natura discontinua. E di conseguenza un processo elettrolitico elementare deve coinvolgere una molecola o atomo che acquista o perde un numero intero di particelle di carica. Benché Faradey non abbia realizzato le implicazioni del suo lavoro, egli intuì la relazione tra elettricità e legame chimico.

Particelle dell'atomo

Gli elementi chimici presenti in natura sono miscele di isotopi diversi, ossia con uguale numero atomico Z (Z rappresenta il numero di elettroni e di protoni dell’elemento a cui appartengono) ma con diverso numero N di neutroni nel nucleo, ossia con diverso numero di massa A (Z+N protoni e neutroni) nel nucleo.  Gli elementi noti in natura sono 92: dall'idrogeno (Z=1) all’uranio (Z=92). Gli elementi con Z superiore sono instabili, radioattivi e vengono prodotti artificialmente. Per distinguere i vari isotopi si indica, accanto al simbolo dell'elemento, il numero di massa.

Le masse atomiche degli elementi vengono generalmente riferite all'isotopo 12 del carbonio, per il quale la massa è fissata uguale a 12,00000. Dal valore relativo della massa atomica, chiamato peso atomico, si risale a quello assoluto in grammi dividendolo per il numero di Avogadro. La massa di un atomo è la somma della massa del nucleo e degli Z elettroni, diminuita dell’equivalente dell'energia di legame degli elettroni. Gli elettroni hanno una massa pari a 1/1840 di quella dell’atono di idrogeno. Sia la massa del neutrone, sia la massa del protone, espressa nella scala dei pesi atomici, è all’incirca uguale a uno. La carica elettrica positiva del protone è uguale e opposta a quella dell’elettrone, mentre la carica elettrica del neutrone è nulla

I modelli atomici di Thomson e di Rutherford

Il primo modello atomico fu proposto alla fine dell'800 da Joseph Thomas. Esso consisteva in una distribuzione di cariche negative immerse in un tipo di fluido a forma sferica. Tale fluido rappresentava la quasi totalità della massa dell'atomo e possedeva carica positiva. Gli elettroni, in pratica le cariche negative, erano in numero tale da rendere l'insieme praticamente neutro. Questo modello, pur giustificando in qualche modo la periodicità delle proprietà chimiche degli elementi si rivelò ben presto assolutamente insoddisfacente e inadeguato a spiegare alcuni fatti da tempo noti. Ai primi del novecento, Ernest Rutherford formulò l'ipotesi che l'atomo fosse costituito da una carica elettrica positiva centrale, il nucleo, nella quale era concentrata la quasi totalità della massa dell'atomo e da un’uguale carica negativa, costituita da elettroni rotanti intorno al nucleo. Rutherford ricavò tale ipotesi in seguito ad uno studio effettuato su particelle alfa (nuclei di elio) che attraversavano sottili strati metallici. Osservando che un certo numero di queste particelle subivano deviazioni abbastanza grandi, Rutherford fu indotto ad incaricare i suoi collaboratori a continuare le ricerche.

Questi ultimi trovarono che ogni 8000 particelle alfa emesse da un preparato di radio C alla velocità di 1.8 * 107 m/s incidenti su una lamina di oro, una era addirittura deviata di un angolo superiore a 90 gradi, cioè in pratica riflessa all'indietro. Ciò era possibile solo ipotizzando che esistesse una carica positiva concentrata in un nucleo particolarmente uniforme contro la quale fosse andata a collidere la particella alfa anch'essa positiva: in tal caso, infatti, le forze repulsive di natura elettrica giustificano elevate deviazioni come quella in questione.

Il modello di Bohr

Niels Bohr, allo scopo di superare le contraddizioni sopra descritte, propose l’assunzione di due postulati, assolutamente estranei alla fisica classica. Il modello che ne derivò fu quello di un atomo stabile, che, in particolari condizioni, emette radiazioni di determinata frequenza.  In esso gli elettroni descrivono solo determinate orbite e irradiano solo quando, in seguito ad un’eccitazione esterna, saltano da un’orbita all’altra, più precisamente quando saltano da un’orbita più esterna ad una più interna.  

Bohr ricavò tale teoria partendo dalla constatazione che alcuni fenomeni, riguardanti diversi campi della fisica, non erano spiegabili alla luce delle conoscenze classiche, ma trovavano giustificazione nella cosiddetta teoria dei quanti di Max Plank.   

Tale teoria stabilisce che una certa grandezza meccanica, di dimensioni corrispondenti al prodotto di un’energia per un tempo, è una grandezza discontinua, nel senso che può assumere solo valori che siano multipli di una certa costante h. La costante h è detta costante di Planck e il suo valore è: h=6.626 * 10-34 J*s. Il momento angolare di un elettrone intorno al nucleo è espresso dalla formula: m.a.= m * v * r. Tale grandezza ha proprio le dimensioni del prodotto di un’energia per un tempo.(*)

(*) m è la massa dell'elettrone, v la sua velocità media lungo l'orbita, r il raggio di tale orbita. Il simbolo J sta per Joule ed è l'unità di misura dell'energia nel sistema internazionale. 

Orbitali

Secondo il modello atomico della meccanica quantistica, gli elettroni non possono essere rappresentati su orbite, secondo quanto suggerisce il modello di Bohr. Secondo il modello di Bohr, infatti, poiché ogni elettrone percorre un'orbita ben definita, è sempre possibile determinare esattamente la sua posizione e la sua velocità.  Ma ciò contrasta con il principio d’indeterminazione di Heisenberg(*).  Nella meccanica quantistica non è possibile parlare d’orbitale; occorre parlare, piuttosto, di regioni intorno al nucleo nelle quali gli elettroni hanno maggiore probabilità di trovarsi.  Di conseguenza non ha più significato attribuire le variazioni d’energia in un atomo a salti di elettroni da un'orbita all'altra.  Tutto ciò che possiamo sapere è che quando l'energia di un atomo passa da un livello ad un altro più basso, ciò avviene in concomitanza con l'emissione di un fotone di energia, il cui valore dipende dal particolare valore di salto considerato. L’orbitale è una zona tridimensionale in cui esiste una buona probabilità (90%) di trovare degli elettroni. Gli orbitali sono descritti mediante quattro numeri quantici: n, l, m, s

(*) detto in modo semplificato il principio di indeterminazione afferma che ci sono fenomeni, in particolare quelli che riguardano gli atomi, tali che le operazioni di osservazione e misura modificano in modo essenziale il fenomeno da misurare. In pratica, quando si vuole misurare la velocità dell'elettrone, l'operazione di misura modifica tale velocità per cui il risultato ottenuto è senza significato.

Numero quantico principale n

La meccanica quantistica sì serve del modello a strati sia per l'interpretazione delle proprietà chimiche dell'atomo, sia per l’interpretazione delle sue proprietà chimiche, sia per l’interpretazione della distribuzione degli elettroni intorno ad esso.  Secondo questo modello gli elettroni sono distribuiti in strati concentrici intorno al nucleo. Ad ognuno dei quali corrisponde un certo livello energetico.  Questi strati sono caratterizzati da un determinato valore del numero quantico n. Così, lo strato più interno è caratterizzato dal numero quantico   n = 1, il successivo, più esterno, dal numero quantico n = 2. Il principio di esclusione di Pauli fissa anche il numero d’elettroni ammesso in ogni strato, secondo la regola: il numero di elettroni ammessi nello strato caratterizzato dal numero quantico n è uguale a 2 n2.  

Così, nel primo strato, detto anche strato k, possono trovare posto due elettroni; nel secondo strato, detto strato l, 8 elettroni; nel terzo, detto strato m, 18 elettroni.  Col crescere del numero atomico di un elemento, in pratica con l'aumentare del numero dei suoi elettroni, questi ultimi vanno riempiendo progressivamente gli strati successivi, completando via via quelli di livello energetico più basso.  Ad esempio, l'unico elettrone dell'idrogeno va ad occupare lo strato k.  Lo strato k è completo nell'elio, che ha due soli elettroni.  Per quanto riguarda gli elementi successivi si va completando progressivamente lo strato l, che diviene completo nel neon. Lo strato m diviene completo nell'argo e così via.  La situazione di completezza dell'ultimo strato corrisponde ad una particolare stabilità chimica: i gas come l'elio, il neon, l'argo ora citati, che presentano tale situazione, sono detti gas chimicamente inerti o nobili.  Essi si ripresentano periodicamente ogni otto posti a partire da z = 2.

In generale le proprietà chimico fisiche di un atomo dipendono dalla situazione di incompletezza(*) dello strato più esterno. 

(*) a seconda di tale stato gli atomi tendono a cedere oppure ad acquistare elettroni per completare l'ottetto più esterno, formando forti legami con altri atomi. Sinteticamente, in questo modo  si ottengono i composti chimici.

Queste proprietà si ripetono periodicamente per tutti quegli elementi che hanno nello strato più esterno lo stesso numero di elettroni.  Così il litio, il sodio, il potassio, eccetera, cioè il gruppo dei cosiddetti metalli alcalini, hanno proprietà simili, avendo tutti un solo elettrone nello strato più esterno. Il numero  n corrisponde ai livelli energetici che un elettrone può occupare.  Può assumere valori maggiori di uno. Il numero massimo di elettroni per ciascun livello è 2 n2.

n=1

Due elettroni

n=2

Otto elettroni

n=3

18 elettroni

n=4

32 elettroni

Numero quantico angolare l

Il secondo numero quantico assume valori I = n-1. Gli studi spettroscopici hanno dimostrato che un livello energetico è in realtà costituito da molti strati energetici fittamente riuniti. 
Questi strati si possono chiamare sotto livelli. 
Ciascun livello ha un numero di sotto livelli pari a n. 
In ciascun livello il sotto livello più basso è chiamato s. Il secondo sotto livello p
Il terzo sotto livello d
Il quarto sotto livello f
Il primo livello ha solo il sotto livello s
Il numero quantico angolare definisce la forma degli orbitali che possono essere: a simmetria sferica (orbitale s), a simmetria a due lobi (orbitale p) e a simmetria più complessa (orbitali d ed f).

Numero quantico magnetico m

Il numero quantico magnetico indica la direzione degli orbitali nello spazio.
Il terzo numero quantico può assumere valori  -1 e +1.
Un orbitale può contenere al massimo una coppia di elettroni.

Per quanto riguarda gli elettroni che ciascun sotto livello può contenere:
s può contenere una coppia di elettroni
p tre coppie di elettroni
d cinque coppie di elettroni
f sette coppie di elettroni

Numero quantico di spin

L'elettrone non è solo dotato di un momento angolare, secondo quanto abbiamo detto in precedenza: esso è animato anche da un movimento di rotazione su se stesso ed è quindi dotato anche di un momento angolare intrinseco. Per cui è simile ad un pianeta come la Terra, che, oltre ad un moto di rivoluzione intorno al Sole, è animata anche da un moto di rotazione intorno al proprio asse. Questo momento angolare intrinseco dell'elettrone è detto spin. Anche lo spin è quantizzato, e può assumere solo i due valori opposti: +1/2, -1/2.

A tali valori opposti corrispondono due possibili orientamenti dell'asse di rotazione, opposti l'uno all'altro. In un atomo due elettroni che siano assolutamente identici devono avere necessariamente spin opposti. Questo risultato è esplicato nel principio di esclusione di Pauli: in un atomo possono esistere solo due orbite assolutamente equivalenti e i due elettroni devono avere spin opposti.

* Il numero quantico di spin, esprime la possibilità dell'elettrone di ruotare intorno al proprio asse


Sistema periodico degli elementi

Disponendo gli elementi chimici in ordine di numero atomico crescente, si notano regolarità nelle proprietà chimiche e fisiche

Il comportamento periodico osservato ha origine dai seguenti fatti:

Nonostante le complesse interazioni fra gli elettroni atomici, la struttura elettronica dell’atomo può essere ben descritta assumendo che gli elettroni si muovano, indipendentemente l’uno dall’altro, in un campo medio di forze a simmetria sferica dovuto al nucleo e a tutti gli altri elettroni

Gli strati elettronici possono essere allora classificati dai quattro numeri quantici  n, l, m, s

Gli strati con un solo elettrone (orbitali) vengono via via riempiti, partendo dagli strati a energia più bassa, in accordo con il principio di esclusione di Pauli per elettroni indipendenti, secondo il quale due elettroni atomici non possono avere gli stessi quattro numeri quantici


QUELL'ATOMO CHE ABBIAMO VISTO SOPRA ALL'ULTIMA RIGA E' LA PRIMA "famiglia single", MA FRA POCO UNENDOSI UN NEUTRONE (1+1 + 1 el.) SI FORMERÀ UN ALTRO ATOMO, IL Deuterio. POI AGGREGANDOSI ANCORA UN ALTRO NEUTRONE DIVENTERÀ IL Tritio (e qui sorgeranno i primi problemi della convivenza)




HA INIZIO ORA LA NOSTRA STORIA CHE PERÒ SEMPLIFICHEREMO (non potevamo fare finora diversamente) RIPARTENDO DALLA FORMAZIONE DEL PRIMO ATOMO SEMPLICE: QUELLO DI IDROGENO


ABBIAMO VISTO IL PROTONE CHE HA CATTURATO UNA PARTICELLA 1836 VOLTE PIÚ PICCOLA, CHE ORA GLI GIRA ATTORNO (1000 Km al secondo) , IN ORBITA; ATTRATTA SEMPRE DAL CENTRO MA SENZA PRECIPITARVI PERCHE' HA UNA FORZA COMPENSATRICE: POSSIEDE INFATTI UNA FORZA DI FUGA DALL'ORBITA VERSO L'ESTERNO; MA RECIPROCAMENTE LE DUE FORZE SONO AUTOCOMPENSATRICI. 
è IL PRIMO ATOMO D'IDROGENO (1+ 1 el. )(*)


QUESTA PARTICELLA PICCOLA É L' ELETTRONE CHE PERO' IN PARTICOLARI CONDIZIONI (calore) RIESCE COMUNQUE A FUGGIRE E A UNIRSI AGLI ATOMI VICINI; E NEL FARLO EMETTE O CEDE ENERGIA QUANTISTICA


QUESTI MOVIMENTI, fughe o unioni, NON AVVENGONO ALLA RINFUSA, MA SEGUONO UNA BEN PRECISA LEGGE DELLA FISICA:  ESSI VANNO A DISPORSI IN UNO SCHEMA, FORMANDO UNA ESATTA STRUTTURA, MA NON SEMPRE STABILE.

(*) questa forza è detta centrifuga perché tende ad allontanare la massa rotante dal centro di rotazione e di attrazione. E' la stessa forza che tiene in orbita la Terra intorno al Sole, e la Luna intorno alla Terra, ecc.



SI CHIAMA QUESTA: la nuvola elettronica dell'atomo; QUELLA DOVE GLI ELETTRONI GIRANO IN DETERMINATI STRATI ATTORNO AL NUCLEO SU ORBITE ELLITTICHE; MOLTO SIMILE A QUELLE DEI PIANETI

FORMERANNO UN GUSCIO DI 7 STRATI, IN MODO CHE UN DETERMINATO STRATO ENERGETICO OSPITERÀ UN CERTO NUMERO DI ELETTRONI,  CHE HANNO A LORO VOLTA DELLE cariche quantiche (o livelli - strato energetico)

QUESTO LIVELLO ENERGETICO E' DATO DAL LEGAME PIU' O MENO FORTE DEGLI ELETTRONI E ACCADE CHE QUANDO PASSANO DA UNO STRATO PIU' LONTANO A UNO PIU' VICINO AL NUCLEO, PRODUCONO UN IRRAGGIAMENTO ELETTROMAGNETICO.

NEL PRIMO GUSCIO, K, POSSONO ALLOGGIARE 2 ELETTRONI; NEL SECONDO, L, 6; NEGLI ALTRI, M, N, O, P, Q RISPETTIVAMENTE 10, 14, 18, 22, 26 ELETTRONI. ORA ATTENZIONE AI LORO "SALTI"


QUANDO UN ELETTRONE SALTA DA UNO STRATO ALL' ALTRO, CIOÉ MUTA ORBITA PUÒ ASSORBIRE O EMETTERE ENERGIA.
 a) QUANDO IL SALTO AVVIENE NEGLI STRATI INTERNI VENGONO EMESSE RADIAZIONI dure, RAGGI X

b) QUANDO INVECE IL SALTO AVVIENE NEGLI STRATI PERIFERICI VIENE EMESSA LA LUCE INFRAROSSA, LA VISIBILE, L'ULTRAVIOLETTA. IL TUTTO VIENE CHIAMATO - GIA' ACCENNATO SOPRA- irraggiamento elettromagnetico


E IL MOTIVO PER CUI IL NUCLEO CATTURI O ESPELLA UN CERTO NUMERO DI ELETTRONI è DATO DAL NUMERO DI PROTONI E NEUTRONI DI CUI IL NUCLEO DISPONE. NUMERO DI PROTONI = NUMERO ELETTRONI


QUESTO NUMERO PER TANTE DIVERSE CAUSE CAMBIA CONTINUAMENTE. AD ESEMPIO LE PARTICELLE CHE GIUNGONO DALLA PIU' REMOTA STELLA FANNO MUTARE L'ASSETTO DEGLI ELETTRONI DI UN ATOMO POSTO SULLA NOSTRA TERRA.


LA LEGGE ATOMICA NATURALE (QUELLA CHE SEGUE LA LEGGE UNIVERSALE) O QUANDO NOI OGGI ARTIFICIALMENTE NE MODIFICHIAMO L'EQUILIBRIO VANNO A PROVOCARE LA FISSIONE DELL' ATOMO, LA TRASMUTAZIONE DECADIMENTO; L'EMISSIONE DI RADIAZIONI


SE IL NUCLEO CATTURA PARTICELLE O SI UNISCE A NUCLEI LEGGERI, VIENE DETTA FUSIONE; CIOE' DUE ATOMI LEGGERI (poche particelle) CHE UNENDOSI NE FANNO UNO PIÚ PESANTE E STABILE.


(METAFORICAMENTE COME DUE NAZIONI IN GUERRA PER GLI "SPAZI VITALI", SCONTRANDOSI UN ESERCITO PUÒ ESSERE BATTUTO E FATTO PRIGIONIERO O A SUA VOLTA VINCERE E FAR PRIGIONIERI GLI ALTRI) (IL DUALISMO)


OGGI NEL NOSTRO XX SECOLO  POSSIAMO ARTIFICIALMENTE FARE SIA LA FISSIONE CHE LA FUSIONE. NEL PRIMO CASO OTTENIAMO LA BOMBA A (Atomica), NEL SECONDO CASO LA BOMBA H (a Idrogeno)


ENTRAMBE LIBERANO VIOLENTEMENTE UNA QUANTITÀ DI ENERGIA CHE ALTRIMENTI EMETTEREBBERO AUTONOMAMENTE IN MILIONI DI ANNI. NELLA BOMBA A, QUESTA EMISSIONE AVVIENE AVVICINANDO 2 masse FORMANDONE UNA CRITICA PER FAR INIZIARE IL PROCESSO(*)

MENTRE NELLA  BOMBA H, CHE E' COSTITUITA DA IDROGENO DOBBIAMO USARE UNA  BOMBA  CHE FA DA DETONATORE, CIOE' FORNISCE ALTA ENERGIA (CALORE AD ALTA TEMPERATURA, DELL'ORDINE DEI MILIONI DI GRADI CELSIUS) ATTIVANDO IL PROCESSO DI FUSIONE DEI NUCLEI DI IDROGENO PESANTE (DEUTERIO E TRITIO)(**)

(*) la fissione è prodotta da un neutrone lento che attraversa la nuvola elettronica e urtando il nucleo lo rompe (questa azione è la fissione) in due parti uguali o diverse. L'urto libera a sua volta (oltre ad altre particelle mortali) uno o più neutroni che vanno ad urtare altri nuclei e così via. Si innesca così la reazione "a catena" che può essere governata (centrali termoelettriche atomiche) oppure libera (bomba atomica). Affinché la reazione a catena continui occorre che in ogni istante si liberi un numero sufficiente di neutroni e ciò si ottiene solo quando la quantità di "combustibile atomico" raggiunge un valore minimo detto "massa critica". Ne segue che la massa critica è normalmente divisa in porzioni separate che non possono dare luogo alla reazione a catena. Al momento opportuno le porzioni vengono riunite e la massa così ottenuta è in grado di alimentare la reazione.

(**) il detonatore è una bomba atomica che è l'unico mezzo capace di produrre quella temperatura. Il calore sviluppato nella fusione è maggiore di quello sviluppato nella fissione e si ottiene con un materiale relativamente più "facile da lavorare" rispetto all'uranio o al plutonio. Per il momento però la fusione non è governabile. Quando ciò sarà possibile l'umanità non dovrà più preoccuparsi di avere altre fonti di energia.



MOLTI ELETTRONI, AD ALTA TEMPERATURE FANNO MOLTE DI QUESTE "evasioni" e "invasioni", E IL NUCLEO DELL'ATOMO CEDE/ASSORBE ENERGIA QUANDO GLI ELETTRONI ESCONO O ENTRANO NELLE ALTRUI ORBITE


MOLTI "evasori" E "invasori" SI UNISCONO, A MILIARDI FORMANO GRUPPI DISTINTI, VARIE NUVOLE COSMICHE DIFFUSE; ALCUNE DIVENTANO SEMPRE PIÚ FREDDE, ALTRE SEGUITANO A "BRUCIARE" CON DELLE REAZIONI A CATENA



SI FORMANO ORA, MIRIADI DI NUVOLE IN VARIE ZONE DELL'UNIVERSO; É L'ORIGINE DELLE NEBULOSE. MA PURE QUESTE ALL' INTERNO HANNO OSPITI IRREQUIETI; MOLTI "evasori", "invasori", "emigranti", "litiganti", "guerre tra di loro"


ALCUNE HANNO ATOMI SENZA PIÚ GUSCI DI ELETTRONI (TUTTI PERSI VERSO L'ESTERNO O PRECIPITATI ALL'INTERNO),  SI UNISCONO, MA COLLASSANO PER LA TROPPA  DENSITÀ, DIVENTANO  "STELLE"  DI SOLI NEUTRONI (le pulsar), RUOTANTI VELOCEMENTE SU SE STESSE. LA GRANDE MASSA CON LA SUA FORTE GRAVITAZIONE NON PERMETTE NON SOLO A MINIME PARTICELLE DI USCIRE DAL LORO INTERNO, MA APPENA ALCUNE DALL'ESTERNO SI AVVICINANO SONO CATTURATE.


ALCUNI AMMASSI DI GAS D'IDROGENO VANNO IN CONTRAZIONE GRAVITAZIONALE, LA TEMPERATURA SALE E QUESTA VA AD INNESCARE LA REAZIONE A CATENA. NASCONO LE NUMEROSE NUVOLE GALATTICHE



MOLTE NUVOLE, CON GLI INIZIALI ATOMI D'IDROGENO IN GRAN NUMERO, TOCCANO LA SOGLIA CRITICA NELL'"ALLOGGIARE INSIEME", SORGONO LE "liti" FRA I RESIDENTI E GLI INVASORI (come nei gruppi sociali)


MENTRE ALCUNE NUVOLE TERMINANO LA REAZIONE, LA MASSA (debole) SI CONTRAE COSÍ TANTO CHE NEPPURE LA LUCE (particelle-fotoni) RIESCE A FUGGIRE DAL LORO CAMPO GRAVITAZIONALE: SONO I BUCHI NERI



LE "liti" DI GRUPPI MENO DENSI, PER GRAVITAZIONE PROVOCANO AGGREGAZIONE DI PARTICELLE NELLE NUVOLE, DETERMINANDO ALTRI COLLASSI, MA MOLTO DIVERSI DAI PRIMI, INFATTI QUESTE NUVOLE MESONICHE SI STACCANO UNA DALL'ALTRA ANDANDO  A FORMARE LE GALASSIE. 

SE NE CONOSCONO UN MILIARDO. IN UNA DI QUESTE C'É ANCHE LA NOSTRA GALASSIA, CHE ASSUME RUOTANDO SU SE STESSA UNA FORMA DISCOIDALE A SPIRALE(*)

(*) la forma assunta dalle galassie dipende essenzialmente da tre parametri: 1) la massa iniziale; 2) la velocità di rotazione; 3) il tempo trascorso dalla sua formazione. Durante la loro vita possono però essere soggette ad "incidenti" quali l'urto con un'altra galassia, oppure l'attraversamento, oppure ancora il "furto". Se la galassia contiene dispersi idrogeno e polveri può dare origine a nuove stelle e quindi in un certo senso ringiovanire. Altrimenti le stelle componenti tendono tutte a morire e quindi anche la galassia diventa fredda e morta.



QUESTA NUVOLA, LA NOSTRA GALASSIA,  SI RAFFREDDA, RUOTA SEMPRE SU SE STESSA E PROPRIO PER QUESTO SEMPRE PIÚ SI ESPANDE, E NELLO STESSO TEMPO  EMANANDO RADIAZIONI CONTINUE,  POTENTI E QUINDI MUTANTI, VA SEMPRE DI PIU' CONSENSANDOSI.

13,0 Miliardi anni fa circa

RUOTANDO DIVENTA ORA UNA GRANDE NUVOLA, CHE PER FORZA CENTRIFUGA  DISPERDENDOSI NEL SUO SPAZIO DA' ORIGINE AD OLTRE 200 MILIARDI  DI PICCOLE NUVOLETTE, SEMPRE FORMATE DA DENSI AMMASSI GASSOSI, CHE  CONSERVANO QUELLA FORZA CINETICA DELLA ROTAZIONE DELLA GRANDE NUVOLA MADRE E  RUOTANO SU SE  STESSE.

12,0 Miliardi anni fa circa

IN UN LEMBO DI QUESTA SPIRALE, LE NUVOLETTE STANNO FORMANDO SEMPRE NUOVE STELLE CHE COSTITUISCONO CIO' CHE CHIAMIAMO OGGI VIA LATTEAI VEDIAMO APPUNTO DAL DI DENTRO

LA NS. GALASSIA HA UN DIAMETRO DI 100 mila ANNI LUCE E NOI DISTIAMO DAL CENTRO CIRCA 30 mila: IL NOSTRO SISTEMA SOLARE IN QUESTA GRANDE SPIRALE RUOTA ALLA VELOCITÀ DI 250 km/s

11,0 Miliardi anni fa circa

IN QUESTA GALASSIA, IN QUESTO LEMBO, UN PRECISO PUNTO INTERESSA, ED É QUELLA NUVOLETTA COSMICA CHE FRA BREVE ANDRÀ A FORMARE IL NOSTRO SISTEMA SOLARE, I NOSTRI PIANETI E LA NOSTRA VITA

SEGUIAMO LA NS. NUVOLETTA CHE INIZIA LA SUA VITA DI INDIPENDENZA CREANDO ANCH'ESSA UNA MASSA CENTRALE, CHE SARÀ POI IL NOSTRO SOLE, CHE ORA E' ALLO STATO GASSOSO E SEGUITA COME TUTTE LE ALTRE AD ASSORBIRE E  A EMETTERE  CONTINUAMENTE RADIAZIONI AD ALTA ENERGIA

10,0 Miliardi anni fa circa

GIRA ANCH'ESSA QUESTA NUVOLA SU SE STESSA E PERDE QUALCHE NUVOLETTA DAI SUOI BORDI ESTERNI. LA POSSIAMO GIA' CHIAMARE  LA PLANETAS; UNA MASSA VAGANTE GASSOSA (ED è  LA CENTOMILLESIMA PARTE DELLA NUVOLA CHE E'  RIMASTA  CONCENTRATA AL CENTRO )

9,0 Miliardi anni fa circa

I FRAMMENTI DISTACCATI, DIVENTANO SEMPRE PIÚ FREDDI, SI CONDENSANO, PROVOCANO EMISSIONE DI ELETTRONI CHE SEMPRE PIÚ MUTANO L'INTERNO E L'ESTERNO DEGLI ATOMI E QUINDI DELLA NUVOLA STESSA

TUTTI  NELL' EMETTERE PARTICELLE, QUELLI PIU' ALL'ESTERNO PERDONO SEMPRE  PIÚ ENERGIA, MENTRE QUELLI AL CENTRO LA CATTURANO, E SI APPESANTISCONO SEMPRE DI PIÚ FORMANDO DEGLI AGGREGATI


LA NUVOLA CHE NON E' ANCORA IL NOSTRO SISTEMA SOLARE,  INVECE,  BRUCIANDO (fusione) FABBRICA ENERGIA E LA EMETTE IN RADIAZIONI. 
IL LEMBO PIU' ESTERNO DI QUESTA NUVOLETTA CHE ABBIAMO CHIAMATA ORA PLANETAS NE É INVESTITA E QUESTI FOTONI (luce-energia) LA SCONVOLGONO IN CONTINUAZIONE COME SE NON BASTASSE  LA LOTTA CHE HANNO AL PROPRIO INTERNO

8,5 Miliardi anni fa circa

GLI ATOMI DELLA NUVOLETTA PLANETAS, NEL PERDERE PARTICELLE, CERCANO DI CATTURARNE ALTRE AI LORO VICINI; E ALCUNI " incontentabili" "avidi"(!) NE CATTURANO MOLTE, ALCUNI SE NE IMPOSSESSANO IN GRANDE QUANTITA'

GLI ATOMI APPESANTITI RIMANGONO SEMPRE DI PIU' NEL CENTRO E VANNO A COSTITUIRE UN NUCLEO INFUOCATO; MENTRE ALL'ESTERNO RIMANGONO SOLO I PIU' LEGGERI, QUELLI INIZIALI, DI IDROGENO

8,0 Miliardi anni fa circa

ORMAI FREDDI (!) A 20.000.000 DI GRADI, GLI ATOMI DI IDROGENO INIZIANO L'UN L'ALTRO A COZZARSI, ALCUNI SI UNISCONO CREANDO ISOTOPI DI IDROGENO, DANDO ORIGINE AL DEUTERIO E AL TRIZIO


IL DEUTERIO HA UN NUCLEO FATTO DA UN PROTONE E UN NEUTRONE E HA UN ELETTRONE, ED E' STABILE. MENTRE IL TRIZIO HA IN PIU' UN NEUTRONE, CHE LO RENDE RADIOATTIVO (isotopo d'Idrogeno)

IL TRIZIO HA UN NEUTRONE IN PIU' E CIO' RENDE INSTABILE L'ELETTRONE CHE GLI GIRA ATTORNO; QUESTO NON EQUILIBRIO DI FORZE FA EMETTERE DAL NUCLEO ALCUNE RADIAZIONI, LE ALFA(*)

(*) le radiazioni alfa sono veramente straordinarie e rappresentano la base della nostra vita. "Se" si comportano da radiazione esse sono la luce; "se" si comportano da materia esse sono nuclei di elio. Il se è stato posto fra virgolette perché conosciamo fenomeni che si spiegano solo se la radiazione alfa è una pura radiazione, altri fenomeni si spiegano solo se la radiazione alfa è materia. Ciò costituisce la base della sperimentata doppia natura della luce: la sua velocità è la massima possibile e la sua energia è tale che essa è contemporaneamente anche massa! In un certo senso nella luce il dualismo massa - energia non esiste, le due cose sono due facce di un unico "ente" come lo spazio - tempo.


METAFORICAMENTE NEL PRIMO CASO ABBIAMO AL CENTRO UN "padre" (protone) UNA "madre" (neutrone), E VICINO (in orbita) UN "figlio" (l'elettrone); C'É INTESA, EQUILIBRIO, "AMORE" E UN PERFETTO ACCORDO


NEL SECONDO CASO, C'É L'INTRUSO UN "cognato" (un altro neutrone) CHE PROVOCA LITI FRA I PRIMI DUE E IRREQUIETEZZA AL "figlio". É IN ATTO LA CONTESA DI UN TERRITORIO(!) E LA PACE NELLA FAMIGLIA "atomo" INIZIA AD ESSERE SCONVOLTA.


QUANDO POI IL "cognato" (il neutrone in più ) TROVERÀ NEI "vaganti" UNA SUA ANIMA GEMELLA (protone) STABILISCE ANCHE LUI UN EQUILIBRIO E AVRÀ UN FIGLIO (un elettrone) CHE COABITA CON L'ALTRO, NELLO STESSO  PRIMO ANELLO ORBITALE


ULTERIORI NEUTRONI-PROTONI AL CENTRO SIGNIFICA ALTRI "figli", CIOE' ALTRI ELETTRONI DISLOCATI IN PERIFERIA. MA NON TUTTI POSSONO STARE NELLA VICINA PERIFERIA, NON CI SAREBBE SPAZIO VITALE; ED ECCO ESCOGITARE UN SISTEMA INGEGNOSO. SIMILE A QUELLE CITTA' UMANE CHE DIVENTATE METROPOLI HANNO FORMATO  A CAUSA DELLO SVILUPPO E AUMENTO DELLA POPOLAZIONE DELLE CINTURE PERIFERICHE.  

 NEL NOSTRO ATOMO, NEI  VARI "STRATI"  PIÚ IL DIAMETRO É GRANDE E PIÚ AUMENTA  LO SPAZIO VIVIBILE (strati k ;l, m, n,o,p,q (vedi 18,5 miliardi di anni fa)

INSIEME A QUESTI "figli" (elettroni) E I TANTI VARI padri E madri NEL NUCLEO E NELLA PERIFERIA PER VARI EVENTI ESTERNI C'É SEMPRE QUALCHE LITIGIO, E PERCIO' ECCO SEPARAZIONI PER NON AFFINITÀ, QUINDI ALTRI TENTATIVI DI CONVIVENZE PER FARE UN NUOVO "matrimonio"


NELL'ATOMO, PROPRIO COME IN UNA FAMIGLIA UMANA CHI ENTRA FA AUMENTARE LA FORZA E CHI NE ESCE LA FA DIMINUIRE (e' l'emissione o la perdita di energia quantica nel primo caso, di aiuto economico nel secondo, che é anch'esso una energia vitale dei componenti il nucleo familiare)

7,5 Miliardi anni fa circa

ALTRI ATOMI CON CERTE AFFINITA', INVECE DI DISTRUGGERSI, SI UNISCONO E NEL "calore di una grande famiglia " IDEALE, TROVANO DEGLI EQUILIBRI, TROVANO LA STABILITÀ PER RESTARE  INSIEME ANCHE SE A VOLTE SONO INSOFFERENTI, A CAUSA DI TENSIONI INTERNE TRA DI LORO O DA QUELLE ESTERNE PROVOCATE DAGLI INTRUSI

7,0 Miliardi anni fa circa

ALCUNI isotopi DI TRIZIO (ORMAI TANTI) COZZANO CON ALTRI ATOMI DI IDROGENO, CATTURANO UN' ALTRA PARTICELLA, E NASCE ORA COSÍ IL 2° ELEMENTO; SI CHIAMA ELI0 (ha 2 prot. 2 neut.2 elett)

6,5 Miliardi anni fa circa

ALCUNI ATOMI RIMARRANNO SEMPRE UGUALI, ALTRI IRREQUIETI O DISTURBATI LITIGANO E CATTURANO O PERDONO IN CONTINUAZIONE ELETTRONI FORMANDO O NUOVE "famiglie" O ANDANDO A "ROVINARNE" DELLE ALTRE FAMIGLIE CHE SI SONO GIA' FORMATE.

6,0 Miliardi anni fa circa

ALCUNI MUTANO; ALTRI ATOMI DI IDROGENO INVECE FORMANO UNA UNIONE TRA LORO (H2) E CREANO LA MOLECOLA DI IDROGENO; LA PIU' PRESENTE E LA PIU' DIFFUSA NEL 99% DELL' INTERO UNIVERSO

5,5 Miliardi anni fa circa

LA GRANDE MASSA CENTRALE (Il Sole) CATTURA ELETTRONI ED EMETTE ENERGIA, L'ALTRA LA planetas INVECE PERDE ELETTRONI SI INDEBOLISCE DELLA PROPRIA ENERGIA E SI APPESANTISCE

5,4 Miliardi anni fa circa

15 MILIONI DI GRADI E LE RADIAZIONI EMESSE DAL SOLE PER GLI SCONTRI DI ATOMI DI IDROGENO ED ELIO PRODUCONO GROSSE QUANTITA' DI FOTONI CHE RAGGIUNGONO LA INDIFESA NUVOLETTA PLANETAS  CHE ANCORA MOLTO VICINA  CIRCONDA IL NUCLEO CENTRALE.

5,3 Miliardi anni fa circa

QUESTA (NS) NUVOLETTA É BOMBARDATA DA FOTONI E RADIAZIONI,  CHE NEI PRIMI ATOMI CHE INCONTRANO FANNO FUGGIRE DAL GUSCIO E DAL NUCLEO LE PARTICELLE, CIOE' DEGRADANO SIA IL NUCLEO CHE LA PERIFERIA

i testi della parte tecnica-scientifica -e le note- sono state passare al vaglio dal Prof. Ing. GIOVANNI CARUSO - (elementi di Meccanica, Idraulica, Meccanica Celeste, Astrofisica, Termodinamica, Ing.Navale)
Il suo sito
http://web.tiscali.it/vanni_38/

20 MILIARDI DI ANNI

Sappiamo cos'è un miliardo? Il miliardo viene per lo più usato come unità di misura monetaria, e a noi cresciuti e formati sulle vecchie lire potrebbe apparire quantità in fin dei conti maneggiabile, diciamo a misura d'uomo. Ma un semplice esercizio di computazione ci può però facilmente convincere del contrario: per contare a voce da 1 a 1miliardo ipotizzando per comodità un ritmo di un numero al secondo ( si provi però a pronunciare 745.869.417 in un secondo... - ) sono richiesti più di 30 anni della nostra vita, contando ininterrottamente per 24 ore.


UN NOSTRO LETTORE (PIERO)
questa cifra iperbolica ha voluta proporcela qui sotto calandola nell'ambito di un ristretto anno solare; i 20 mld saranno quindi parametrati sui 365 giorni, cioè 8760 ore, copè 31.536.000 secondi che trascorrono da un capodanno al successivo.

BIG BANG pertanto alle 00.00 del 1 GENNAIO le prime galassie si formano a fine MARZO,
ma solo il 2 MAGGIO la nostra, la Via Lattea.
Il sistema solare trova il suo completamento il 29 AGOSTO e ci induce a
spostarci da entità macro a entità micro:
due atomi di idrogeno si combinano con uno di ossigeno per la prima volta un mese dopo, siamo al 29 SETTEMBRE e l'acqua si forma nel nostro pianeta.
Passa un altro mese (ma sono trascorsi + di un mld di anni) in OTTOBRE abbiamo la catena del DNA.
A metà NOVEMBRE la VITA (noiosa ripetizione monocellulare asessuata, ma vita)
il 10 DICEMBRE le prime cellule eucariotiche, sessuate; il maschio e la
femmina.....
il 20 dicembre inizia la deriva dei continenti con progressiva dissoluzione della Pangea
21 dicembre i pesci, già con i primi vertebrati, che in meno di 50 milioni di anni, cioè
il 22 dicembre, evolvendo pinne e branchie, originano i primi anfibi.
E siamo arrivati a Natale: sotto l'albero i Dinosauri.
il 26 dicembre alcuni animali per proteggere le loro uova dai predatori, smettono di deporle e le trattengono all'interno del proprio corpo; abbiamo i primi mammiferi.
il 29 dicembre, verso sera, un asteroide del diametro di circa 10 km impatta nello Yucatàn, sconvolgendo il clima del pianeta e provocando l'estinzione di moltissime specie tra cui i dinosauri ( che di questo ipotetico anno godettero quindi solo 4 giorni). Verso mezzanotte si sollevano le catene delle Alpi e dell' Himalaya.
E siamo al 30 dicembre, dell'uomo ancora nessuna traccia.
In questi momenti comunque alcune scimmie cominciano a variare dieta e a introdurre nell'organismo aminoacidi indispensabili per l'accrescimento del cervello, ma è solo nell'ultimo giorno dell'anno che si avvia il processo di ominazione.

Nell'ultimo giorno dobbiamo non più andare a giorni ma a ore, minuti, secondi.

31 dicembre ore 21: i pre-ominidi cominciano ad assumere saltuariamente la posizione eretta.
alle 21.30 l'evoluzione ha già portato il loro cervello verso i 1000 cc, circa il doppio delle scimmie più evolute.
ore 23 l'homo habilis, cammina ormai sempre eretto e ha imparato ad utilizzare i primi strumenti.
ore 23.30 la conquista del fuoco.
qualche secondo prima delle 23.59, nel continente eurasiatico si diffonde l'homo sapiens sapiens; nella sua gola la laringe è scesa fino a formare una camera vocale che gli permetterà un'articolazione fonica incommensurabilmente più ricca di tutti gli altri primati; è la nascita del linguaggio.
ore 23.59.30 secondi, prime manifestazioni artistiche nelle pitture rupestri.
23.59.50 finisce la Preistoria; alfabeto e scrittura ci portano nel mondo della Storia.
l'uomo scopre ruota e tornio, ma subisce proprio in questi attimi il "diluvio universale"
23.59.53 Abramo conduce gli ebrei dalla Mesopotamia in Palestina; Hammurabi stende il primo codice di leggi.
23.59.54 è un momento di intenso fermento religioso: Mosè "riceve" i 10 comandamenti; in India vengono completati i testi sacri Veda. Grandi imprese di Ramses II in Egitto, mentre Achille, Odisseo e Agamennone conducono i greci all'assedio di Troia.
23.59.55 Viene fondata Roma, in Grecia le prime Olimpiadi.
23.59.55 Età di Pericle, Atene al suo apogeo; nascono Budda e Confucio
23.59.56 La nascita di Cristo ci porta all'inizio della nostra èra; Augusto è il primo imperatore romano
23.59.57è passato un solo secondo, ma l'impero romano è già caduto; passano poche frazioni di secondi e a La Mecca nasce Maometto
23.59.59 Colombo sbarca in America, nascono Shakespeare, Galileo, Martin Lutero e gli straordinari artisti dell'Italia rinascimentale.

24.00.00 - Ultimo secondo (= 634 anni): lo stiamo vivendo

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