Quello che non si può vedere a occhio nudo

MINUSCOLE particelle di polvere fluttuano nell’aria. Non le vediamo, ma poi dalla finestra entra un raggio di sole e all’improvviso ciò che era invisibile diventa visibile. Quel raggio di luce consente all’occhio umano di vedere le particelle.

Pensate ancora alla luce, che a occhio nudo appare bianca o incolore. Cosa accade se la luce del sole passa con la giusta angolazione attraverso delle goccioline d’acqua? L’acqua funziona da prisma e vediamo gli splendidi colori dell’arcobaleno!

In effetti gli oggetti intorno a noi riflettono varie lunghezze d’onda della luce, che i nostri occhi percepiscono come colori. L’erba verde, ad esempio, non produce di per sé luce verde, ma assorbe invece tutte le lunghezze d’onda della luce visibile eccetto il verde. L’erba rimanda ai nostri occhi la lunghezza d’onda del verde. Così ci appare verde.

“Vedere” con l’aiuto di strumenti

In anni recenti molte cose che a occhio nudo non si vedevano sono divenute visibili grazie alle invenzioni moderne. Possiamo guardare con un comune microscopio una goccia d’acqua apparentemente senza vita e scoprire che è piena di ogni sorta di creature che si muovono. E guardando un capello, che a occhio nudo appare liscio e regolare, si vede che è scabro e dentellato. Potentissimi microscopi possono ingrandire gli oggetti un milione di volte: sarebbe come portare un francobollo alle dimensioni di una piccola nazione!

Ora, con microscopi ancora più potenti, i ricercatori ottengono immagini di superfici con dettagli su scala atomica. Questo permette loro di guardare ciò che fino a poco tempo fa nessun essere umano aveva potuto vedere.

D’altro canto, di notte possiamo alzare gli occhi al cielo e guardare le stelle. Quante riusciamo a vederne? A occhio nudo, qualche migliaio al massimo. Ma l’invenzione del telescopio, avvenuta quasi 400 anni fa, permise di cominciare a vederne molte di più. Poi, negli anni ’20 del XX secolo, un potente telescopio del Mount Wilson Observatory rivelò che oltre alla nostra ci sono altre galassie e che anch’esse contengono un incalcolabile numero di stelle. Oggi, usando sofisticati strumenti costruiti dall’uomo per sondare l’universo, gli scienziati calcolano che esistano decine di miliardi di galassie, molte delle quali formate da centinaia di miliardi di stelle!

È davvero sorprendente che i telescopi abbiano rivelato che i miliardi di stelle che formano la Via Lattea e che sembrano così vicine le une alle altre sono separate da distanze che vanno oltre la comprensione. Allo stesso modo, potenti microscopi hanno fatto vedere che oggetti in apparenza solidi  sono in realtà formati di atomi consistenti soprattutto di spazio vuoto.

L’infinitesimamente piccolo

L’oggetto più piccolo che si può vedere con un normale microscopio è composto di oltre dieci miliardi di atomi! Tuttavia nel 1897 si scoprì che nell’atomo ci sono minuscole particelle orbitanti dette elettroni. Con il tempo si riscontrò che il nucleo dell’atomo, attorno a cui ruotano gli elettroni, è formato da particelle più grandi, i neutroni e i protoni. Gli 88 diversi tipi di atomi, o elementi, presenti in natura sulla terra sono più o meno della stessa grandezza, ma il loro peso varia perché ognuno ha un numero diverso di queste tre particelle fondamentali.

Gli elettroni — uno solo nell’atomo di idrogeno — ruotano nello spazio attorno al nucleo dell’atomo miliardi di volte ogni milionesimo di secondo, dandogli così una forma e facendolo comportare come se fosse solido. Ci vorrebbero quasi 1.840 elettroni per uguagliare la massa di un protone o di un neutrone. Sia il protone che il neutrone sono circa 100.000 volte più piccoli dell’intero atomo!

Per farci un’idea di quanto sia vuoto l’atomo, cerchiamo di immaginare il nucleo di un atomo di idrogeno in rapporto all’elettrone che gli orbita intorno. Se questo nucleo, che consiste in un solo protone, fosse grande quanto una palla da tennis, l’elettrone orbitante sarebbe distante circa tre chilometri!

Un servizio sulle celebrazioni del centenario della scoperta dell’elettrone faceva questo commento: “Pochi esitano a celebrare una cosa che nessuno ha mai visto, che non ha una grandezza percepibile eppure ha un peso che si può misurare, una carica elettrica, e gira come una trottola. . . . Oggi nessuno mette in dubbio l’idea che esistono cose che non potremo mai vedere”.

Oggetti ancora più piccoli

Gli acceleratori di particelle, capaci di scagliare particelle di materia le une contro le altre, consentono ora agli scienziati di scrutare dentro il nucleo dell’atomo. Come risultato, si parla di molte particelle dal nome strano: positroni, fotoni, mesoni, quark e gluoni, per menzionarne solo alcune. Sono tutte invisibili, anche con i microscopi più potenti, ma con apparecchiature come le camere a nebbia e a bolle e i contatori a scintillazione si vedono tracce della loro esistenza.

Ora i ricercatori vedono cose che un tempo erano invisibili. Questo li aiuta a comprendere quelle che sono considerate le quattro forze fondamentali: la forza gravitazionale, la forza elettromagnetica e le due forze subnucleari chiamate “forza nucleare debole” e “forza nucleare forte”. Alcuni scienziati cercano di arrivare a una cosiddetta “teoria del tutto”, che sperano darà una spiegazione unica per tutto l’universo, dal macroscopico al microscopico.

Quali lezioni si possono imparare vedendo quello che non si può vedere a occhio nudo? E in base a ciò che hanno imparato, a quali conclusioni sono giunti molti? I seguenti articoli forniranno la risposta.

[Immagini a pagina 3]

Immagini di atomi di nichel (sopra) e di atomi di platino

[Fonte]

Cortesia IBM Corporation, Research Division, Almaden Research Center