Materia e antimateria: tutta colpa della radice quadrata e del pensiero umano

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Il filosofo greco Democrito di Abdera (460 – 370 a.C.) è considerato il fondatore dell’atomismo secondo cui Opinione il dolce, opinione l’amaro, opinione il caldo, opinione il freddo, opinione il colore: verità solo gli atomi e il vuoto. Ovviamente gli atomi costituiscono il pieno tant’è che il filosofo greco Aristotele (384 – 322 a.C.) nella Metafisica identifica il pieno con l’essere e il vuoto con il non-essere. Ancor prima di loro, il filosofo eleatico Parmenide (544/541 – 450 a.C.) nel poema Sulla Natura era giunto a sostenere che l’essere è, e non è possibile che non sia, il non essere non è, ed è necessario che non sia. L’uomo, quindi, con la forza immaginativa del suo pensiero e attraverso il logos aveva partorito, circa 25 secoli fa, ciò che la fisica quantistica nel XX secolo ha messo in luce grazie alla radice quadrata di un numero, creata indirettamente dal matematico Ippaso di Metaponto (VI –V secolo a.C.), un discepolo che Pitagora condannò a morire annegato per avere detto una cosa secondo lui inammissibile e che lo aveva messo in seria difficoltà: si racconta che Ippaso sul legno della barca, con cui i due navigavano, aveva disegnato con la punta di un pugnale un triangolo rettangolo con i due cateti di lunghezza unitaria e, applicando il teorema di Pitagora, aveva trovato il numero√2.In altre parole, Ippaso aveva scoperto i numeri irrazionali, cioè i numeri sotto il segno della radice quadrata. Sforando, adesso e solo per un attimo, nel campo della matematica si sa che i numeri hanno due radici quadrate, una positiva e una negativa: la 9 = ± 3 in quanto (+3) x (+3) = 9 e (-3) x (-3) = 9. Questa semplice considerazione porta a collegare la teoria della relatività ristretta del fisico tedesco Albert Einstein (1879 – 1955)  con la fisica quantistica che è basata sull’idea della radice quadrata di una probabilità, da cui deriva la funzione d’onda descritta dall’equanzione di Erwin Schrödinger (1887 – 1961), fisico austriaco, che determina l’evoluzione temporale dello stato di un corpo. Il quadrato di tale funzione d’onda dà la probabilità di trovare il corpo in un dato luogo e in un dato tempo. Il legame tra le due teorie deriva dal fatto che la teoria della relatività ristretta stabilisce che per un corpo in movimento valga la relazione E2 = m2c4 (dove E è l’energia associata al corpo, m la sua massa e c la velocità della luce). Questa equazione risolta rispetto all’energia E ha due soluzioni sulla base di quanto detto sulle radici quadrate: E2 = E = +mc2 (energia positiva) e E2 = E = -mc2 (energia negativa). Ecco un bell’enigma: come facciamo a essere sicuri che l’energia ricavata dalla formula di Einstein sia sempre positiva? Quale delle due radici dobbiamo prendere? E come fa la natura a saperlo? – scrivono i fisici Leon M. Lederman e Christopher T. Hill nel loro straordinario saggio Fisica quantistica per poeti (Bollati Boringhieri, 2013). L’idea di risoluzione di questo difficile problema venne al fisico britannico Paul Dirac (1902 -1984) che ipotizzò, sulla base del principio di Pauli, che anche il vuoto è in realtà pieno di elettroni, che occupano tutti gli stati di energia negativa. Dirac immaginò che il vuoto fosse paragonabile ad un gigantesco atomo come un gas inerte, ad esempio come il neon o l’argon, con tutti gli stati di energia negativa pieni, con l’implicazione che gli elettroni di energia positiva che costituiscono la materia, il pieno per intenderci, sono stabili e impediti a cadere negli stati di energia negativa, occupati da antiparticelle. Quanto detto equivale a dare un’immagine antisimmetrica della materia, cioè dell’antimateria, un mare impenetrabile, il vuoto, che tuttavia non è vuoto e che corrisponde al non-essere, che è contrapposto alla materia, ovvero all’essere, al pieno. Tutto ciò già come accennato prima era stato frutto del pensiero dei filosofi a partire da 25 secoli fa.

Materia e antimateria, dunque, sono eternamente separati e impenetrabili all’occhio umano, come la siepe del canto L’infinito di Giacomo Leopardi che dell’ultimo orizzonte il guardo esclude e che crea un’immagine romantica di questa nuova e affascinante avventura scientifica che amplia ancor di più la grandezza del pensiero umano:

Sempre caro mi fu quest’ermo colle,
e questa siepe, che da tanta parte
dell’ultimo orizzonte il guardo esclude.
Ma, sedendo e mirando, interminati
spazi di là da quella, e sovrumani
silenzi, e profondissima quiete
io nel pensier mi fingo; ove per poco
il cor non si spaura. E come il vento
odo stormir tra queste piante, io quello
infinito silenzio a questa voce
vo comparando: e mi sovvien l’eterno,
e le morte stagioni, e la presente
e viva, e il suon di lei. Cosí tra questa
immensità s’annega il pensier mio;
e il naufragar m’è dolce in questo mare.

Dal mare di Dirac, cioè dal vuoto, è possibile estrarre un elettrone ad energia negativa se si fa collidere un fotone, un quanto di energia, con un atomo vicino. Da questa estrazione nel vuoto si costituisce un buco con energia e carica positiva e massa pari a quella di un elettrone, che corrisponde al positrone che venne scoperto successivamente dal fisico statunitense Carl David Anderson (1905 -1991).

Francesco Giuliano

 


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Giuliano Francesco, siciliano d’origine ma latinense d’adozione, ha una laurea magistrale in Chimica conseguita all’Università di Catania dopo la maturità classica presso il Liceo Gorgia di Lentini. Già docente di Chimica e Tecnologie Chimiche negli istituti statali, Supervisore di tirocinio e docente a contratto di Didattica della chimica presso la SSIS dell’Università RomaTre, cogliendo i “difetti” della scuola italiana, si fa fautore della Terza cultura, movimento internazionale che tende ad unificare la cultura umanistica con quella scientifica. È autore di diversi romanzi: I sassi di Kasmenai (Ed. Il foglio,2008), Come fumo nell’aria (Prospettiva ed.,2010), Il cercatore di tramonti (Ed. Il foglio,2011), L’intrepido alchimista (romanzo storico - Sensoinverso ed.,2014), Sulle ali dell’immaginazione (NarrativAracne, 2016, per il quale ottiene il Premio Internazionale Magna Grecia 2017), La ricerca (NarrativAracne – ContempoRagni,2018), Sul sentiero dell’origano selvatico (NarrativAracne – Ragno Riflesso, 2020). È anche autore di libri di poesie: M’accorsi d’amarti (2014), Quando bellezza m’appare (2015), Ragione e Sentimento (2016), Voglio lasciare traccia (2017), Tra albori e crepuscoli (2018), Parlar vorrei con te (2019), Migra il pensiero mio (2020), selezionati ed editi tutti dalla Libreria Editrice Urso. Pubblica recensioni di film e articoli scientifici in riviste cartacee CnS-La Chimica nella Scuola (SCI), in la Chimica e l’Industria (SCI) e in Scienze e Ricerche (A. I. L.). Membro del Comitato Scientifico del Primo Premio Nazionale di Editoria Universitaria, è anche componente della Giuria di Sala del Premio Nazionale di Divulgazione Scientifica 2018 e 2019/Giacarlo Dosi. Ha ricevuto il Premio Internazionale Magna Grecia 2017 (Letteratura scientifica) per il romanzo Sulle ali dell’immaginazione, Aracne – NarrativAracne (2016).