Siamo fatti al 99,9% di vuoto

Lo sapete che gli atomi sono fatti al 99,999999% di vuoto?
Sapete che se togliessimo tutto lo spazio vuoto tra nucleo ed elettroni tutti i 6 miliardi di abitanti della terra ci starebbero nello spazio di una mela? [1]
E allora come mai se ci sediamo sulla sedia non cadiamo per terra?

Un passo alla volta.

Al centro dell’atomo c’è un nucleo in cui è concentrata la gran parte della massa dell’intero atomo.
Ad una certa distanza dal nucleo c’è una zona in cui si ha una certa probabilità di trovare uno o più elettroni che possiedono il resto della massa dell’atomo (1/1800).

Eccovi un bell’esempio che chiarisce quanto siano incredibili le distanze tra nucleo ed elettroni [2]:

Immaginiamo un’arancia che cresca fino a raggiungere le dimensioni della Terra. A questo punto gli atomi dell’arancia sarebbero grandi come ciliegie. Miriadi di ciliegie strettamente impacchettate in un globo delle dimensioni della Terra: ecco un’immagine ingrandita degli atomi di un’arancia.

Questo atomo è tuttavia enorme se confrontato con il suo nucleo, che sta al centro. Nella nostra immagine degli atomi-ciligie, il nucleo sarebbe così piccolo da non poterlo nemmeno vedere. È quindi necessario ingrandire l’atomo fino alle dimensioni della più grande cupola al mondo, quella della basilica di S.Pietro a Roma, per poter intravedere il nucleo dell’atomo, grande come un granello di sale. Un grano di sale al centro della cupola di San Pietro e dei granelli di polvere che gli turbinano intorno nell’enorme vastità della cupola: in questo modo possiamo raffigurare il nucleo e gli elettroni di un atomo.

Com’è possibile che due corpi che si scontrano si respingano, se sono entrambi fatti praticamente di nulla?

Il motivo è il seguente: due elettroni non possono trovarsi contemporaneamente nello stesso stato quantistico. Quindi quando due elettroni si avvicinanano, superato un certo limite iniziano a respingersi automaticamente, come due calamite di polo opposto (principio di esclusione di Pauli).

Scritto diversamente: le molecole che compongono la materia non possono essere spinte arbitrariamente una contro l’altra, poiché gli elettroni di ogni molecola non possono entrare nello stesso stato degli elettroni di un’altra molecola.

Quando ci sediamo su una sedia pensiamo di toccarla appogiandoci sopra il corpo, ma in realtà ci stiamo semplicemente librando a meno di un nanometro di distanza dalla seduta, respinti dalle forze elettriche e quantistiche dell’oggetto-sedia.

Sono quindi le forze quantistiche che entrano in gioco tra gli elettroni delle varie molecole a renderci “solidi”.

Per farci due risate, facciamo un conto: visto che l’atomo ha un raggio di circa 10^-10 metri e il nucleo ha un raggio di 10^-14 metri, quant’è la percentuale di spazio vuoto?

1 – (raggioNucleo/raggioAtomo)^2 = 0,99999999 cioè 99,999999% (ci sono ben sei ’9′ dopo la virgola).

Per capirci: il calcolo che ho fatto nasce dal rapporto tra “volume totale dell’atomo” (raggioAtomo^2 per ∏) e “volume del nucleo” (raggioNucleo^2 per ∏). Semplificando si trova la percentuale.

(Il calcolo è solo una stima, visto che gli atomi sono molti e hanno tutti raggi diversi, inoltre ogni atomo può avere tanti elettroni… che in questo calcolo non sono stati nemmeno considerati visto che sono minuscoli)

Per conoscere la percentuale di vuoto nel cervello di Renzo Bossi, rimando al prossimo post, temo ci sarà da aggiungere qualche altro ’9′

 [1] http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/6914175.stm
[2] “Il Tao della Fisica” di Fritjof Capra
“La Fisica del Futuro” di Kaku Michio

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Samuele su B-log(0), 2012. | Permalink | Nessun commento | Aggiungi a del.icio.us