Toccare qualcosa? La fisica dice che è impossibile

Quante volte al giorno utilizziamo le mani per toccare? Infinite. Ebbene, secondo la fisica, non tocchiamo mai davvero niente. Come facciamo quindi a sollevare oggetti, spostare carichi ed abbracciare la gente?

Come è fatta la materia

Quasi tutto ciò che ci circonda è fatto di atomi: dagli oggetti solidi ai liquidi, passando anche per i gassosi, tutto è composto di questi piccolissimi oggetti che si comportano come dei veri e propri mattoncini Lego nella complessa ludoteca che è il nostro universo.

In generale gli atomi si legano fra loro per formare molecole, che si legano fra loro per formare molecole più complesse, fino ad arrivare agli oggetti macroscopici che conosciamo.

Gli atomi, senza entrare in stucchevoli dettagli, sono composti da due macroelementi: il nucleo e gli elettroni. Guardiamoli separatamente più da vicino.

Nucleo

Il nucleo è il cuore dell’atomo. Le sue dimensioni sono circa diecimila volte più piccole rispetto le dimensioni totali dell’atomo. Per capirci con una proporzione, se immaginiamo un atomo grande quanto uno stadio da calcio allora il nucleo al centro è grande quanto una nocciolina.

È composto da due particelle diverse, protoni e neutroni. Entrambe hanno la stessa massa e sono le particelle più pesanti dell’atomo: infatti la somma della massa di tutti i protoni e tutti i neutroni è praticamente equivalente alla massa totale dell’atomo.

La differenza tra protoni e neutroni è che i protoni hanno carica positiva, mentre i neutroni (come suggerisce il nome) non hanno carica, sono neutri. Il nucleo ha in totale, quindi, carica positiva.

Elettroni

Gli elettroni sono delle piccole particelle che orbitano attorno al nucleo. L’elettrone è molto piccolo e circa duemila volte più leggero di un protone o un neutrone. Inoltre sono carichi negativamente.

Cosa succede quando tocchiamo qualcosa

Quando tocchiamo qualcosa con un dito ad esempio, gli atomi del nostro dito entrano in contatto con gli atomi dell’oggetto in questione, tipo una penna.
Sapendo, quindi, che la parte più massiccia e consistente di un atomo è il suo nucleo, immaginiamo che i nuclei degli atomi del nostro dito si tocchino con quelli degli atomi della penna. Niente di più sbagliato!

Per spiegare quanto succede dobbiamo scomodare un po’ di fisica quantistica, la fisica che spiega il comportamento dell’infinitamente piccolo.

Come si comportano gli elettroni

Secondo la fisica quantistica, per il principio di indeterminazione di Heisenberg, è impossibile sapere con estrema precisione che posizione occupa attorno all’atomo e con quale velocità si muove l’elettrone nello stesso istante. Quindi se volessimo visualizzare gli elettroni di un certo atomo, più che come palline che girano attorno al nucleo potremmo vederli come una nuvola elettronica carica negativamente che avvolge il nucleo come una coperta.

Ci tocchiamo, ma a distanza!

Quando due atomi si avvicinano, quindi, le rispettive nuvole elettroniche, essendo entrambe cariche negativamente, si respingono. I due nuclei allora restano a doverosa distanza fra loro, che è circa la somma delle distanze nucleo elettroni dei due atomi, ovvero circa ventimila volte il raggio del nucleo.

Dire che due nuclei si stanno toccando quando avviciniamo così tanto due atomi fra loro equivale quindi a dire che due persone si stanno toccando stando più o meno una a Pisa e l’altra a Livorno.

Gli effetti sulla vita di tutti i giorni

Nella vita quotidiana il fatto che gli atomi si tocchino facendo sfiorare i nuclei o tenendoli a grande distanza fra loro, non ci cambia nulla. Ciò che cambia è la nostra percezione della realtà, di come siamo fatti e di come funzionano le interazioni con il mondo esterno. Tutte le interazioni fondamentali in fisica avvengono a distanza: possiamo quindi affermare, considerando anche la struttura degli atomi, che praticamente qualsiasi cosa vediamo con i nostri occhi è quasi del tutto vuota.

Toccare qualcosa adesso appare quasi un gesto strabiliante, vero?

a cura di Nicola Salvemini