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ATOMI DI MATERIA E DI SPAZIO-TEMPO di Walter Caputo – 21-12-2008

Siamo da tempo abituati a considerare tutti gli oggetti come aggregati di materia. Il computer che sto usando per scrivere questo articolo è materia; io stesso sono materia. E la materia non è altro che un insieme di atomi.
Ma la prima idea di atomo come unità indivisibile della materia risale a 400 anni prima della nascita di Cristo, ed è stata generata dal filosofo Democrito.

Oggi gli atomi sono diventati familiari, ma perché credessimo a questa nuova idea e fino a quando non li abbiamo visti, sono trascorsi più di 25 secoli. 2500 anni separano Democrito da Einstein, ovvero l’idea filosofica di atomo dalla deduzione indiretta dell’esistenza degli atomi. Con ciò si intende dire che se vediamo piccoli granelli di polvere muoversi freneticamente in acqua, possiamo dedurre in modo indiretto che sia la polvere che l’acqua sono composti da atomi. E allora stiamo assistendo ad un vivace scontro fra atomi.

Proprio perché la materia è composta da atomi e spazi vuoti, essa è “discreta”, vale a dire, in un certo senso, bucata, un po’ come il formaggio (coi buchi, naturalmente). Oppure pensiamo ad un semplice passeggino per bambini: esso è fatto anche di spazi vuoti, prova ne sia che può collassare su se stesso (quando viene piegato) occupando una regione di spazio molto più piccola, e può essere trasportato nel bagagliaio di un’automobile.
Ora il passeggino occupa una piccola regione di spazio, ma essa è precisamente individuabile sulla base di tre coordinate: altezza, lunghezza e larghezza. Siamo abituati da tempo a considerare le coordinate per individuare un punto nello spazio a tre dimensioni, ma quanto tempo è passato dall’introduzione della geometria ad opera del filosofo Euclide ? E quanto tempo ci separa dal filosofo Cartesio che diede il proprio nome – appunto – alle coordinate cartesiane ?

Comunque, abbiamo imparato (e ne siamo certi) che lo spazio è una grandezza continua: esso può assumere qualunque valore numerico come coordinate. Non ci sono buchi sugli assi cartesiani: tra 5 e 6 (ad esempio) ci sono infiniti numeri e ciascuno di questi è un possibile valore che può caratterizzare ognuna delle tre coordinate spaziali.
Inoltre – finché non è giunto Einstein a dirci che sbagliavamo – abbiamo sempre considerato il tempo distinto dallo spazio. E questa volta non è trascorso molto tempo dall’introduzione delle sue teorie all’accettazione (quasi) generalizzata del concetto di “spazio-tempo”.  Abbiamo imparato, anche dai libri e dai film di fantascienza, l’idea di “continuum spazio-temporale”, un’idea comunque continua (e non discreta), rappresentabile con una retta disegnata senza mai staccare la matita dal foglio. In realtà sappiamo che, a causa della presenza nello spazio di oggetti molto pesanti (ad es. il nostro Sole), talvolta lo spazio-tempo risulta incurvato, come un tappeto elastico sotto il peso di un lottatore di Sumo.

Ora, è possibile che passi davvero pochissimo tempo, forse soltanto una decina d’anni, perché venga provato che lo spazio-tempo è in realtà discreto, cioè composto anch’esso da atomi, al pari della materia. Secondo alcuni ricercatori (si veda “L’universo che rimbalza” di Martin Bojowald in “Le Scienze” di dicembre 2008) lo spazio, composto essenzialmente da distanze (che cos’è lo spazio esistente tra me e il passeggino se non la distanza fra due punti ?), sarebbe caratterizzato da piccolissime unità non ulteriormente divisibili, pari a distanze (davvero microscopiche) dell’ordine di 10^-35 metri.

A questo punto possiamo immaginare lo spazio non più soltanto come un semplice palcoscenico, ad es. come il bel ponte sul quale sto correndo per giungere ad abbracciare mia moglie, ma come un vero e proprio attore sulla scena. Allora, durante la mia corsa, penserò a quanti atomi di spazio dovrò percorrere per poter abbracciare la mia amata.