IL RAPPORTO LUCE-OSCURITÀ NELLA SCIENZA

Il rapporto luce-oscurità, da sempre sinonimo di relazione e contrasto tra bene e male, è una tematica che va a sfociare in variegati modi nel meraviglioso e sublime mondo della scienza.
Prima di entrare nei meandri della scienza, andiamo ad analizzare tale rapporto in linea generale.
Come abbiamo detto, la relazione luce-oscurità è sinonimo di contrasto tra bene e male: basta pensare alla Divina Commedia di Dante Alighieri e abbiamo subito chiaro questo confronto:

- l'Inferno dantesco è dominato dal buio pesto, dalla cosiddetta "aere sanza stelle", in cui Dante si ritrova soffocato. Nell'Inferno troviamo collocati i peccatori in 9 cerchi, alcuni suddivisi in gironi o in bolge, che vanno via via restringendosi. Dunque i peccatori sono disposti secondo una sorta di classifica (seguendo l'etica di Aristotele), in base alla tipologia di peccato: nei cerchi in alto riscontriamo i peccati minori, che diventano sempre più gravi fino ad arrivare al culmine, ossia al luogo dove risiede Lucifero, un gigantesco mostro dalle ali di pipistrello e dotato di 3 teste. Nelle sue 3 bocche egli strazia Bruto e Cassio (i cesaricidi) più Giuda (traditore di Cristo). Inoltre, uno studio approfondito delle caratteristiche dell'Inferno dantesco è stato compiuto dal padre della scienza moderna, non altri che Galileo Galilei. Egli, nel 1588, a 24 anni, tiene 2 lezioni sulla configurazione, la collocazione e le dimensioni dell'Inferno. Galileo arriva a stabilire persino la grandezza di Lucifero: sarebbe di 2000 braccia, nell'ipotesi che l'altezza di Dante sia di 3 braccia, secondo quanto si può supporre da quello che scrivono i suoi biografi;
- il Paradiso, al contrario, risplende di luce ed è costituito principalmente dai cieli dei vari pianeti (disposti naturalmente secondo i precetti del sistema aristotelico-tolemaico, d'altronde Copernico non era ancora nato quando Dante scrisse la Divina Commedia!). Tale descrizione dell'ambiente celeste è stata poi ripresa anche dal Somnium Scipionis, ossia il finale del VI libro del De republica di Cicerone. In esso, Scipione Emiliano vi racconta un sogno in cui gli era apparso l'avo adottivo, Scipione l'Africano, il quale, dopo avergli predetto le future imprese gloriose e la morte prematura, gli aveva mostrato lo spettacolo magnifico delle sfere celesti. Ritornando a Dante, nel Paradiso sono sistemate tutte le anime delle buone persone, fino ad arrivare, spingendosi verso l'alto, all'Empireo, nel quale risiede Dio.

Pertanto riscontriamo pure questo rapporto che sussiste tra l'alto e il basso, non solo in senso prettamente fisico, ma anche di linguaggio.
Infatti Dante, nel Paradiso, adotta un linguaggio curato, raffinato, aulico, pieno di latinismi, mentre nell'Inferno, domina un linguaggio volgare: tutto questo in linea di massima, sempre con le dovute eccezioni.
Riassumendo il tutto, sussistono dunque le seguenti complesse relazioni:

• Paradiso-luce-bene-alto-linguaggio elevato;
• Inferno-oscurità-male-basso-linguaggio volgare.

Bando alle ciance, adesso cominciamo l'esplorazione del rapporto luce-oscurità nel campo scientifico!

QUANDO L'UNIVERSO DIVENTÒ VISIBILE

Prima del Big Bang non c'era nulla, nè spazio nè tempo; dopo questo evento si è formato tutto il cosmo che conosciamo: in questo contesto, però, ci interessa sapere quando l'Universo è diventato veramente visibile.
Una magnifica descrizione di questo avvenimento è presente in "Origini. Quattordici miliardi di anni di evoluzione cosmica" di Neil deGrasse Tyson e Donald Goldsmith:

"All'inizio di tutto, quando l'Universo esisteva solo da una frazione di secondo, alla temperatura mostruosa di 1000 miliardi di gradi, e risplendeva di una luce inimmaginabile, l'unica attività nel suo ordine del giorno era l'espansione. A ogni istante che passava, mano a mano che lo spazio appariva dal nulla, l'Universo diventava più grande. Espandendosi, l'Universo si raffreddava e diventava meno luminoso. Per centinaia di migliaia di anni la materia e l'energia coabitarono in una specie di densa zuppa piena di elettroni veloci che collidevano continuamente con i fotoni, diffondendoli in ogni direzione. Se la vostra missione fosse stata quella di scrutare attraverso il cosmo di quell'epoca, avreste fallito. Tutti i fotoni diretti verso di voi sarebbero stati deviati da qualche elettrone proprio di fronte al vostro naso, pochi nanosecondi o picosecondi prima di entrare nei vostri occhi. Avreste visto solamente una sorta di nebbia luminosa in ogni direzione, e ogni cosa intorno a voi sarebbe stata altrettanto luminosa, traslucida, con sfumature bianche e rossastre, brillante quasi quanto la superficie del Sole. Con l'espansione ulteriore dell'Universo l'energia trasportata da ogni fotone diminuì. Quando, infine, il giovane cosmo raggiunse il suo trecentottantamillesimo compleanno, la sua temperatura era scesa al di sotto di 3000 gradi, con il risultato che i protoni e i nuclei di elio furono in grado di catturare permanentemente gli elettroni, facendo così apparire gli atomi. Se in precedenza ogni fotone aveva abbastanza energia per liberare gli elettroni dagli atomi appena formati, con l'espansione cosmica tale capacità era venuta meno. Così, essendo diminuiti gli elettroni liberi in grado di mettere i bastoni tra le ruote, i fotoni potevano finalmente sfrecciare nello spazio senza sbattere in continuazione contro qualcosa. È a questo punto che l'Universo divenne trasparente, la nebbia si sollevò e un fondo cosmico di luce visibile ottenne la libertà. Questo fondo cosmico, residuo della luce di un Universo primordiale abbacinante e sfrigolante, esiste tuttora, onnipresente".

MATERIA ORDINARIA-MATERIA OSCURA-ENERGIA OSCURA

Dopo il magnifico sviluppo della scienza e, dunque, dell'astronomia nel corso degli ultimi 400 anni, si potrebbe pensare che ormai conosciamo quasi perfettamente il nostro Universo.
In realtà non è così: è vero che l'Universo è stato osservato da telescopi (terrestri o spaziali), anche molto potenti, come l'Hubble, che ci ha mostrato la serie "infinita" delle galassie che contiene; tuttavia tutta questa materia visibile è circondata da qualcosa di ancora oscuro, misterioso: stiamo parlando di 2 componenti, ossia materia oscura ed energia oscura.
La presenza della materia oscura è stata ipotizzata in quanto la massa della materia ordinaria (pianeti, stelle, galassie, ecc.) non poteva spiegare in maniera soddisfacente il valore della gravità.
Infatti, nel 1933 l'astronomo Fritz Zwicky, studiando gli ammassi di galassie (insiemi, gruppi costituiti da diverse galassie, legate insieme dall'attrazione gravitazionale), notò che il valore di gravità negli ammassi era decisamente superiore al valore di gravità previsto considerando la materia visibile.
Nasceva così la questione della "massa mancante", che venne poi denominata appunto materia oscura.
L'appellativo "oscura" è stato dato poiché questo singolare tipo di materia non emette alcun tipo di radiazione elettromagnetica, mostrando soltanto i suoi effetti gravitazionali.
Il nome materia oscura è più preciso rispetto a "massa mancante", perché non è la massa che non c'è, bensì la luce di questa specifica massa.
La materia oscura va ad occupare il 23% circa dell'Universo: il ciò significa che è oltre 4 volte più abbondante rispetto alla materia ordinaria, che ne occupa solo il 5%.
E il restante 72%?
Beh, questo 72% è ancora più oscuro della materia oscura: è una forma di misteriosa energia che causerebbe il progressivo aumentare della velocità di espansione dell'Universo (ricordiamo che era stato Edwin Hubble nel 1929 a scoprire che le galassie si allontanavano tra di loro e aveva enunciato una legge, nota come Legge di Hubble: v = H0d, dove v = velocità di allontamento, H0 = costante di Hubble, che vale 74 km/s per Megaparsec, d = distanza tra 2 galassie): trattasi di energia oscura.
A questo punto, la domanda che un tempo gli scienziati e gli astronomi si ponevano, cioè "da che cosa è costituito l'Universo?" si è trasformata essenzialmente in:

- che cos'è la materia oscura?
- che cos'è l'energia oscura?

La materia ordinaria, ormai, è conosciuta molto profondamente: comprendiamo la struttura atomica, un mondo variegato di particelle e subparticelle, pianeti, stelle, galassie, ammassi di galassie, superammassi di galassie, forse persino buchi neri, ma la risoluzione definitiva a queste 2 domande rimane, per il momento, ignota.
Esistono solamente ipotesi su cosa siano materia oscura ed energia oscura, non certezze.
Ma d'altronde, difficilmente si arriverà a una spiegazione onnicomprensiva e completa di tutti i fenomeni dell'Universo.
Ricordiamoci che un certo Kurt Gödel, uno dei più grandi logici di sempre, se non il più grande, nel 1931, aveva enunciato 2 teoremi, i cosiddetti teoremi di incompletezza o indecidibilità, che pongono dei limiti alla matematica, e dunque, a tutta la scienza che si basa su di essa.
Possiamo affermare che si può tendere soltanto asintoticamente alla verità assoluta, magari avvicinandosi moltissimo a essa, ma non toccandola in nessun modo, allo stesso modo della velocità della luce.
Un po' di oscurità rimane, ed è proprio questa oscurità che spinge gli scienziati a ricercare e scavare sempre più nel profondo per comprendere al meglio il nostro Universo.
Questa è la scienza: continua ricerca e meraviglia!

CHE COS'È LA LUCE E COME È COMPOSTA?

La base del rapporto luce-oscurità non è altro che la luce (il termine deriva dal latino lux-lucis, ossia "luce", "brillantezza").
Ma cos'è la luce?
Sembra una domanda banale, ma non lo è.
I filosofi greci del V-VI secolo si posero il problema della visione e non della natura della luce.
Essi cercavano di rispondere alla domanda: come si fa a vedere?
Ebbene, alcuni pensavano che i nostri occhi emettessero raggi in grado di farci vedere o che gli oggetti rilasciassero questi raggi verso i nostri occhi, o entrambe le soluzioni contemporaneamente.
La natura della luce fu ricercata per la prima volta, solo nel XVII secolo da Newton, mediante il famoso esperimento in cui ha sottoposto un prisma trasparente a un raggio di Sole.
Egli osservò che la luce del Sole si scomponeva nei colori dell'arcobaleno, scoprendo in questo modo lo spettro elettromagnetico.
Infatti la luce visibile rappresenta la porzione di spettro elettromagnetico visibile dall'occhio umano.
Stiamo parlando di una lunghezza d'onda compresa tra circa 400 e 700 nanometri, che corrisponde a una frequenza tra 750 e 430 THz (terahertz).
L'occhio umano può percepire soltanto la radiazione che ha parametri di frequenza e lunghezza d'onda di questo ordine: le restanti porzioni dello spettro non sono visibili a occhio umano:

- onde radio;
- microonde;
- infrarosso;
- ultravioletto;
- raggi X;
- raggi gamma.

I nostri occhi, quindi, ci fanno rimanere all'oscuro su gran parte della radiazione elettromagnetica.



Dettò ciò, c'è un'ulteriore domanda a cui è necessario rispondere: la natura della luce è ondulatoria o corpuscolare?
Alcuni scienziati, tra cui lo stesso Newton, pensavano che la luce fosse composta da particelle o corpuscoli, mentre altri, come Christian Huygens, sostenevano che la luce, in realtà, è un'onda che si propoga in un mezzo, che veniva detto etere.
Chi aveva ragione? Newton o Huygens?
La risposta: tutti e 2.
Sembra assurdo ma è così: la luce è un dualismo onda-corpuscolo, così come lo sono tutte le particelle, come stabilito da Louis de Broglie nel 1924.
Pertanto, in alcuni esperimenti la luce si comporta come se fosse composta da particelle, altre volte, assume la conformazione ondulatoria.
La fusione di questi 2 elementi (onda e particella), che a prima vista sembrano antitetici, è opera della stramba e pazza Meccanica Quantistica.

BUCHI NERI

Forse nessun altro fenomeno può riassumere meglio il concetto di "oscurità" dei buchi neri: essi sono denominati "neri" proprio perchè risucchiano tutta la luce, lasciando intorno ad essi soltanto oscurità.
Perchè i buchi neri risucchiano la luce? essa non dovrebbe essere così veloce da sfuggire all'attrazione gravitazionale di un buco nero, visto che la massima velocità raggiungibile è proprio quella della luce nel vuoto (circa 300.000 km/s)?
La risposta, ovviamente, è no: i buchi neri possiedono una velocità di fuga pari a quella della luce!
La velocità di fuga è infatti quella velocità che è necessario raggiungere affinché si voglia sfuggire all'attrazione gravitazionale di un dato corpo.
Se un buco nero ha velocità di fuga pari a quella della luce, e la luce è la cosa più veloce che esista, ne consegue che nulla può sfuggire ad un buco nero!
Possiamo concludere che dunque la luce è un elemento fondamentale per la scienza, in quanto ci permette di osservare i fenomeni e gli oggetti, ed è indissolubilmente legata all'oscurità, in quanto quest'ultima è assenza di luce, in senso fisico, ma, a volte, anche metaforico.
I concetti di luce e oscurità sono allo stesso tempo quotidiani, come il giorno e la notte, e complessi, come abbiamo avuto modo di capire.
Se abbiamo approfondito le nostre conoscenze sull'Universo, su cui gli antichi erano quasi totalmente all'oscuro, è merito degli scienziati che, con i loro studi, il loro impegno e la loro passione, ci hanno fatto vedere il mondo sotto una prospettiva più completa e stupefacente.

P.S: adesso una carrellata di brani musicali inerenti luce, oscurità, notte, giorno:

- Artie Shaw: Dancing in the Dark



- Ella Fitzgerald with Duke Ellington & his orchestra: I'm beginning to see the light



- Glenn Miller: Moonlight Serenade



- Randy Brooks: Harlem Nocturne:



- Frank Sinatra & Tommy Dorsey: Night and Day:



- Beegie Adair: The way you look tonight



- Chopin (Janusz Olejniczak): Notturno No.20



- Frank Sinatra: Strangers in the Night



- Celine Dion: A new day has come

I MINERALI: GLI ELEMENTI NATIVI

I minerali sono sostanze cristalline che si rinvengono allo stato naturale.
Infatti, essi compongono le rocce, le montagne, la sabbia marina, il terreno dei giardini, ma anche molti dei prodotti che vengono quotidianamente utilizzati: basti pensare alle paste dentifricie, che, ad esempio, contengono microcristalli di:

- mica;
- calcite;
- fluorite.

I minerali rappresentano pure i componenti di meteoriti e pianeti e le preziose gemme non sono altro che frammenti grezzi di cristalli, particolarmente colorati e/o trasparenti, tagliati in maniera tale da esaltarne la brillantezza e la trasparenza.
Dunque i minerali hanno sempre rivestito un importante ruolo nell'evoluzione culturale dell'uomo, dalla preistoria sino ai tempi odierni; tuttavia la mineralogia è una scienza abbastanza recente, che si serve di molte altre discipline, tra cui:

- chimica;
- cristallografia;
- fisica;
- matematica, ecc.

Il primo utilizzo dei minerali nella storia è connesso all'arte: non a caso pigmenti naturali, costituiti dal colore rosso dell'ematite e dal nero dell'ossido di manganese, venivano utilizzati dagli uomini primitivi per dipingere le pareti delle grotte dove vivevano.
Circa 5000 anni fa gli Egizi realizzarono oggetti in metalli preziosi, sfruttando minerali colorati come:

- malachite;
- lazurite;
- berillio (nella varietà smeraldo).

I testi più antichi inerenti argomenti mineralogici sono:

- il De Mineralibus del greco Teofrasto;
- la Naturalis Historia di Plinio il Vecchio, il quale, osservando nei cristalli forme geometriche perfette, gettò le prime basi della mineralogia.

Ma l'opera che decreta la nascita vera e propria della minerologia è sicuramente il De Re Metallica (1556), opera postuma del tedesco Georgius Agricola.
In questo trattato c'è un'approfondita descrizione delle pratiche minerarie del tempo, specialmente le tecniche di ricerca e di scavo dei minerali e i procedimenti relativi alla fusione per estrarre i metalli.
Tra la seconda metà del 1600 e la fine del 1700, grazie ai contributi di Nicola Stenone, Carangeot e Romè de l'Isle, nasce la moderna cristallografia, ossia lo studio delle forme che compongono i cristalli.
Successivamente, nel 1801, l'abate Réné Haüy scopre che i minerali sono formati da innumerevoli "molecole" che riproducono esattamente la forma del cristallo, anticipando in questo modo le importantissime scoperte che verranno confermate soltanto un secolo più tardi.
Nel XIX secolo sono molti gli scienziati che si dedicano allo studio della chimica dei minerali, tra cui il più importante è Berzelius, il quale sviluppa i principi della moderna classificazione.
All'inizio del XX secolo troviamo una scoperta fondamentale nella storia della mineralogia, cioè quella della struttura dei minerali, avvenuta nel 1912 ad opera di Max von Laue.
Gli esperimenti compiuti con tecniche a raggi X mostrarono, per la prima volta, che i minerali erano costituiti da atomi ordinati secondo regole ben precise e rigorose.
I minerali presentano svariate proprietà, come la luminosità, la trasparenza, il colore, la sfaldatura, il peso specifico, ecc.
Quella su cui è necessario focalizzare l'attenzione è la durezza: infatti, quest'ultima proprietà è descritta da una particolare scala, introdotta dal mineralogista tedesco Friedrich Mohs nel 1824.
Innanzitutto, la durezza è definita come la resistenza che la superficie piana di un minerale offre alla scalfitura e dunque indica la difficoltà o la facilità con cui un minerale può scalfire o essere scalfito.
La scala di Mohs presenta 10 posizioni, ognuna occupata da uno specifico minerale, in ordine di durezza crescente:

Minerali teneri (si scalfiscono con l'unghia):

- Talco: valore 1;
- Gesso: valore 2;

Minerali semi duri (si rigano con una punta d'accaio):

- Calcite: valore 3;
- Fluorite: valore 4;
- Apatite: valore 5;

Minerali duri (non si scalfiscono nemmeno con una punta d'acciaio):

- Ortoclasio: valore 6;
- Quarzo: valore 7;
- Topazio: valore 8;
- Corindone: valore 9;
- Diamante: valore 10.

La scala ci indica anche il fatto che ogni minerale con valore di durezza più alto può scalfire tutti gli altri sottostanti.
Inoltre, esistono minerali che presentano durezze intermedie tra i valori interi della scala, come 2,5; 3,5 e così via.
Detto ciò, i minerali si suddividono in 9 classi fondamentali:

1) elementi nativi;
2) solfuri e solfosali;
3) alogenuri;
4) ossidi e idrossidi;
5) nitrati, carbonati, borati;
6) solfati, cromati, molibdati e wolframati;
7) fosfati, arseniati e vanadati;
8) silicati;
9) minerali organici.

In questo specifico contesto, andremo ad analizzare alcuni tra i principali elementi nativi.

ELEMENTI NATIVI:

Alcuni minerali si rinvengono alla stato naturale sotto forma di elementi nativi.
Tra questi vi sono:

- elementi metallici (ad esempio oro, argento, platino, ecc.): possiedono grande malleabilità e conducibilità termica;
- semimetalli (ad esempio antimonio, bismuto, ecc.): possiedono proprietà intermedie, ovvero buona conducibilità termica ma sono piuttosto fragili;
- non metallici (per esempio diamante, zolfo, ecc.): non mostrano un aspetto metallico e hanno densità assai bassa.

ANTIMONIO



Formula: Sb
Aspetto: si presenta in forma massiva e in aggregati di aspetto granulare. Molto raro in cristalli, di forma pseudocubica e con spigoli piuttosto arrontodati. Ha colore bianco argenteo, lucentezza metallica molto viva.
Dove si forma: ha di solito genesi idrotermale.
Proprietà fondamentali: ha durezza abbastanza bassa (3-3,5) e può pertanto essere scalfito da un temperino. Insolubile negli acidi, brucia all'aria con fumi bianchi.
Origine del nome: termine che deriva dal latino antimonium, usato da Costantino l'Africano attorno al 1050 d.C. per indicare il minerale antimonite, causa di numerosi avvelenamenti, anche mortali, provocati ai monaci che utilizzavano per mangiare posate costruite con tale metallo.

ARSENICO



Formula: As
Aspetto: generalmente forma aggregati massivi e mammellonari concentrici e stalattitici, di colore grigio e lucentezza metallica, a condizione che il minerale non sia superficialmente alterato. I cristalli, estremamente rari, si presentano in romboedri di dimensioni millimetriche.
Dove si forma: si trova nei filoni idrotermali e in giacimenti contenenti minerali di argento e di cobalto.
Proprietà fondamentali: presenta pressappoco la stessa durezza (3,5) dell'antimonio.
Origine del nome: Minerale già noto nel 400 a.C.; il nome deriva dal termine greco arrenikos o arsenikon, che si riferisce alle sue potenti proprietà, tra cui quella di causare gravi avvelenamenti.

BISMUTO



Formula: Bi
Aspetto: forma ammassi granulari, reticolati o arborescenti di colore argento e lucentezza metallica. Sono stati rinvenuti cristalli prismatici isolati, o raggruppati, lunghi diversi centimetri. Questi ultimi sono solitamente inclusi nella roccia, anche se non mancano eccezionali cristalli distinti.
Dove si forma: Ha di solito genesi idrotermale. Tuttavia si può trovare anche in rocce pegmatitiche e nei filoni di quarzo contenenti topazio, minerali di stagno e di wolframio.
Proprietà fondamentali: ha una durezza (2-2,5) inferiore rispetto ad antimonio e arsenico.
Origine del nome: il termine si riferisce alla parola wisimut, derivata dal tedesco antico wis mat, che significa massa bianca, in riferimento al riflesso bianco argenteo del minerale.

RAME



Formula: Cu
Aspetto: Si presenta spesso in masse compatte, anche di notevoli dimensioni, fino a svariate tonnelate di peso. Sono molto rari i cristalli, di abito cubico o ottaedrico o più complessi. Ha un aspetto opaco; sulla superficie fresca ha un aspetto metallico e un caratteristico color rosso ramato. Inoltre si altera facilmente.
Dove si forma: è comunemente associato a rocce magmatiche ultrabasiche, costituite da minerali ricchi di ferro e magnesio. Si rinviene pure nelle zone superficiali di giacimenti metallici, dove si forma per processi di ossidazione di minerali contenenti rame.
Proprietà fondamentali: è tenero, malleabile, duttile, pesante e solubile in acidi.
Origine del nome: metallo sfruttato sin dall'età del bronzo; il nome deriva dal latino cuprum o cyprium poiché, anticamente, si riteneva provenisse dall'isola di Cipro.

DIAMANTE



Formula: C
Aspetto: costituito da carbonio puro, forma interessanti cristalli ottaedrici, rombododecaedrici, cubici e anche più complessi, perfettamente incolori oppure gialli, bruni, neri: qualche rara volta, possono essere di colore rosa, verde, blu, arancio o rosso.
Dove si forma: i diamanti si sono formati a qualche centinaia di chilometri di profondità, nel mantello terrestre. I cristalli sono stati poi trascinati in superficie tramite condotti vulcanici esplosivi da una roccia ricca di olivina, denominata kimberlite, dalla località sudafricana di Kimberley.
Proprietà fondamentali: è il minerale più duro che si conosca (ha pertanto valore 10 sulla scala di Mohs), ma è molto fragile. Possiede una lucentezza molto viva, quasi metallica, che viene appunto definita "adamantina".
Origine del nome: termine verosimilmente derivata dal greco adamas, l'invicibile, in allusione alla sua estrema durezza.
Curiosità: I diamanti sono le pietre preziose per eccellenza. Scoperti per la prima volta dagli Indù nel 500 a.C., divennero famosi agli inizi del XX secolo, quando vennero publicizzati negli Stati Uniti come dono tradizionale dei mariti alle mogli. Alcuni diamanti, tuttavia, sono noti non solo per il loro valore economico, ma anche per le leggende e i miti che li riguardano:

• Il grande diamante Koh-i-noor: questo esemplare, originario dell'India, appartiene oggi alla famiglia reale britannica. Appartenne al Rajah di Malwa per secoli, fino al 1304, quando fu rubato dai Mongoli. Nel 1739 i Persiani se ne impossessarono. Fu testimone di sanguinose battaglie fin quando non ritrovò la strada dell'India nel 1813, e da qui, poi, arrivò agli scrigni della regina. Infatti, nel 1856, fu offerto alla Regina Vittoria come ricompensa per la guerra Sikh. In origine tale diamante pesava ben 186 carati ed era dotato di 30 sfaccettature, unite in 6 che, a loro volta, ne formavano una. Questo spiega il suo nome: "Montagna di luce". La Regina Vittoria lo fece tagliare e quindi si ridusse a 109 carati. Poiché si riteneva che questo diamante portasse sfortuna agli uomini, la superstiziosa Regina Vittoria aggiunse al suo testamento una clausola secondo la quale il diamante poteva essere ereditato solo dalle mogli dei futuri re!
• Il diamante Taylor-Burton: questo diamante, dal peso di 69,42 carati, fu messo all'asta nel 1969. Il giorno successivo all'acquisto, Cartier lo vendette all'attore Richard Burton per 1,1 milioni di dollari. Sua moglie, Elizabeth Taylor, ne triplicò il valore quando lo vendette dopo il divorzio!
• Il diamante Hope: tale diamante è famoso per le sventure che ha provocato ai suoi possessori dopo esser stato rubato dal tempio della dea Sita in India. Secondo la leggenda, la sua maledizione causò morti e dilapidò fortune. Evalyn Walsh McLean, l'ultima privata a possederlo, non lo volle vendere nonostante le diverse tragedie che colpirono la sua famiglia. Nel 1949 fu acquistato dall'esperto di diamanti Harry Winston, che lo donò alla Smithsonian Institution, a Washington D.C, dove può essere osservato dal pubblico;
• Il diamante Cullinan: scoperto nel 1905 in Sud Africa, è il diamante più grande mai rinvenuto. Fu venduto al governo di Transvaal 2 anni dopo la sua scoperta per 300.000 dollari. Venne poi donato ad Edoardo VII per il suo 66° compleanno. Il re ne affidò il taglio all'olandese Joseph Asscher, che lo suddivise in 105 pezzi. Asscher studiò la gigantesca pietra per ben 6 mesi prima di decidere la modalità di taglio da effettuare. La pietra più grande ottenuta dal Cullinan originale è il Cullinan I, dal peso di 530 carati. Il Cullinan II, il cui peso è pari a 317 carati, è incastonato nella corona imperiale britannica.

ORO



Formula: Au
Aspetto: I suoi cristalli sono sempre molto rari e piccoli, di forma cubica, ottaedrica o rombododecaedrica, talvolta insolitamente allungati, dal caratteristico colore giallo oro. Normalmente si presenta sotto forma di lamine, masse irregolari compatte e aggregati granulari. Allo stato nativo non è quasi mai puro, ma genera leghe con altri metalli. Può presentarsi in pepite anche di svariate decine di chilogrammi di peso.
Dove si forma: Si trova sia in giacimenti primari costituiti costituiti da filoni idrotermali quarzosi di alta temperatura, accompagnato in particolare da pirite e arsenopirite, sia soprattutto, in giacimenti secondari, dove si forma per disgregazione dei giacimenti primari o alterazione di minerali auriferi.
Proprietà fondamentali: è molto malleabile. Dunque si schiaccia e si piega con facilità e non si frantuma pestandolo. Risulta insolubile negli acidi, tranne che in acqua regia (miscela di acidi nitrico e cloridrico).
Origine del nome: Probabilmente il nome deriva dal sanscrito jyal e dal tedesco geld.

ARGENTO



Formula: Ag
Aspetto: Raramente si presenta in cristalli cubici, ottaedrici o rombododecaedrici generalmente piccoli e deformati. L'aspetto più comune è quello di lamine, nastri e filamenti tipicamente arricciati. Può anche presentarsi in masse di dimensioni variabili. Di aspetto metallico, con caratteristico colore bianco argenteo, il minerale si offusca all'aria in presenza di quantità anche minime di ozono e di idrogeno solforato.
Dove si forma: Si rinviene in filoni idrotermali contenenti quarzo; si origina anche per secondari processi di ossidazione in depositi contenenti minerali ricchi d'argento.
Proprietà fondamentali: è solubile in acido nitrico. Rappresenta il miglior conduttore di elettricità e di calore.
Origine del nome: l'etimologia proviene dalla lingua anglosassone siolfor, il cui significato, purtroppo, si è perso nel tempo.

MERCURIO



Formula: Hg
Aspetto: Liquido alle condizioni normali di temperatura (solidifica a -39 °C), non presenta dunque forma cristallina. In natura contiene spesso un po' d'argento e d'oro, con i quali forma leghe particolari dette amalgame. Il mercurio ha un caratteristico colore bianco stagno metallico, brillante ma opaco. Si presenta frequentemente in piccole goccioline associato a cinabro.
Dove si forma: si forma normalmente per naturale ossidazione o per forte riscaldamento del cinabro.
Proprietà fondamentali: l'inconfondibile suo aspetto liquido.
Origine del nome: metallo conosciuto almeno dal 1500 a.C.; deriva dal latino mercurius, termine usato dagli alchimisti per indicarlo e anche dal latino hydrargyrum che significa argento liquido.

PLATINO



Formula: Pt
Aspetto: Il platino è raramente puro in quanto può contenere ferro (fino al 18%), rame, oro e altri elementi. Estremamente rari risultano i cristalli ben formati. Di norma si rinviene in piccoli granuli, scagliette o pepite, che possono raggiungere il peso eccezionale di 8-9 kg.
Dove si forma: Quasi sempre si rinviene nei depositi alluvionali, sebbene abbia origine in particolari rocce magmatiche intrusive basiche, ricche di olivina.
Proprietà fondamentali: inattaccabile da tutti gli acidi, tranne che dall'acqua regia, nella quale è solubile, specialmente a caldo.
Origine del nome: il termine deriva dallo spagnolo platina del Pinto, essendo stato scoperto per la prima volta presso il fiume Pinto, in Colombia.

ZOLFO



Formula: S
Aspetto: forma stupendi cristalli di abito bipiramidale di colore giallo, bruno-giallognolo o giallo-rossastro. Comune anche in forma massiva mammellonare e stalattitica.
Dove si forma: è un prodotto caratteristico di sublimazione vulcanica in rocce sedimentarie, grazie all'attività biologica di microrganismi; si forma dalla decomposizione di solfuri, per effetto di reazioni chimiche prodotte dalla circolazione di acque molto acide, in depositi ricchi di solfuri.
Proprietà fondamentali: leggero e fragile, è un cattivo conduttore di calore, al punto che basta quello di una mano a provocare fratture interne al cristallo. Si carica di elettricità per sfregamento, fonde a bassa temperatura e brucia all'aria, emettendo vapori tossici di anidride solforosa.
Origine del nome: minerale conosciuto almeno dal 2000 a.C.; il nome si riferisce all'elemento chimico e deriva dal latino sulphurum.

Dunque, abbiamo analizzato alcuni tra i più importanti minerali appartenenti alla classe degli elementi nativi: adesso una carrellata di musiche inerenti oro, argento, diamanti e tesori:

- Gold and Silver di Franz Lehar, eseguito da Andre Rieu:



- Diamonds are a girl's best friend cantata da Marilyn Monroe:



- Diamonds are forever cantata da Shirley Bassey:



- Goldfinger eseguito sempre da Shirley Bassey:



- Treasure Waltz (Schatz-Walzer) di Johann Strauss suonato da Andre Rieu:

SPAZIO E TEMPO: LE "FORME A PRIORI" DELLA CONOSCENZA

I concetti di "spazio" e "tempo" sono stati sempre al centro di svariate riflessioni filosofiche, scientifiche, ma anche letterarie, artistiche e così via.
Immanuel Kant (1724 -1804) nella sua Estetica trascendentale (prima parte della Critica della ragion pura) definiva questi 2 concetti come le "forme a priori" della sensibilità.
Il filosofo voleva dire che spazio e tempo sono le fondamenta su cui si basa tutta la nostra conoscenza: 2 condizioni non derivabili dall'esperienza, ma forme a priori in virtù delle quali si conoscono gli oggetti.
Infatti, immaginiamo, ad esempio, di dover giungere ad un appuntamento di lavoro: quest'ultimo sarà fissato un dato giorno, a una data ora e, inoltre, in un posto ben preciso.
Senza le precise coordinate spaziali e temporali, non potremmo mai stabilire un appuntamento!
Ma ancora più in generale, senza spazio e tempo non potremmo definire oggetti, cose, persone, animali, ecc.
Potremmo affermare che spazio e tempo sono l'essenza stessa della realtà: 2 componenti imprescindibili (come dimostrerà Einstein) su cui l'Universo poggia.
Già nell'antichità questi importanti concetti sono stati oggetto di erudite disquisizioni da parte di filosofi, letterati, scienziati.
In primis pensiamo ai noti paradossi di Zenone di Elea: sottili ragionamenti che mettevano in discussione persino fatti consolidati dall'esperienza, come lo scorrere del tempo o il movimento delle persone e delle cose.
I paradossi di Zenone sono 4 e sono riportati nella Fisica di Aristotele:

1) Dicotomia - Un oggetto in movimento non raggiungerà mai nessun punto assegnato: infatti, per quanto vicino possa essere al punto, deve prima compiere metà del percorso, quindi metà del percorso che è avanzato, e così via, in una successione infinita. Percio l'oggetto non potrà mai raggiungere il termine di qualsiasi distanza assegnata.
2) Achille - Il più veloce dei corridori non potrà mai raggiungere il più lento, se al più lento viene concesso un vantaggio iniziale, quale che esso sia: infatti, nel momento in cui il corridore più veloce avrà raggiunto il punto di partenza del più lento, questi si sarà allontanato dal suo punto di partenza; nel momento in cui il più veloce avrà raggiunto un nuovo punto toccato in seguito dal più lento, questi ancora una volta se ne sarà allontanato, e così via...
3) Freccia in volo - È impossibile che un oggetto si muova in un assegnato periodo di tempo, dal momento che non è possibile che un oggetto si trovi in movimento in un preciso istante, essendo l'istante indivisibile.
4) Stadio - Dato un certo periodo di tempo, la sua metà è uguale al tutto: infatti, 2 movimenti uguali devono compiersi in tempi uguali, tuttavia il tempo impiegato per superare lo stesso numero di oggetti uguali varia, secondo che gli oggetti siano in movimento o fermi. La fallacia del ragionamento è individuabile nell'assunto che un corpo in movimento passi davanti a un insieme di oggetti con eguale velocità, indipendentemente dal fatto che tale insieme sia in movimento oppure fermo.

Il paradosso della freccia in volo porta alla conclusione che il movimento è impossibile!
Focalizziamo l'attenzione su quello più famoso, ossia quello di Achille e la Tartaruga.
Tale paradosso ci dice che persino il corridore più veloce del mondo, Achille, non potrà mai e poi mai raggiungere l'animale più lento, in questo caso la Tartaruga, se quest'ultima parte con un vantaggio, anche piccolissimo.
Infatti, Zenone argomentò che nel momento in cui il corridore dal piè veloce avrebbe raggiunto il punto in cui l'animale era posizionato, quest'ultimo, nel frattempo, si sarebbe mosso di un altro passo: il ciclo, secondo il pensiero zenoniano, sarebbe continuato all'infinito, senza che Achille potesse mai raggiungere il lento corridore avversario.
Traslando il tutto in termini di analisi matematica, Achille tende asintoticamente alla Tartaruga.
Il ragionamento di Zenone è sì corretto, ma quando consideriamo la variabile spazio in funzione del tempo, non funziona più: infatti entra in gioco il concetto fisico di velocità.
Come riscontriamo nella vita di tutti i giorni, un'automobile più veloce alla fine supera una che viaggia a velocità minore, anche se questa si trova un po' più avanti dell'altra.
Ricordiamo che la velocità media, in fisica, si definisce come il rapporto tra spazio percorso e tempo impiegato: Vm = Δs/Δt.
Inoltre, sussiste anche il concetto di velocità istantanea, definito come il limite della velocità media quando l'intervallo Δt tende a 0, ossia, in altre parole, la derivata dello spazio in funzione del tempo.
Dettò ciò, proviamo a immaginarci la situazione della gara di corsa tra Achille e la Tartaruga.
Stabiliamo, per esempio, tali dati:

- Achille si muove a 10 passi al secondo;
- La Tartaruga si muove invece a 1 passo al secondo.
- Il traguardo è fissato al passo n.30.

Poniamo per semplicità che il passo della Tartaruga sia uguale a quello di Achille.
A questo punto, come Zenone, forniamo alla Tartaruga un po' di vantaggio: 20 passi di distanza dall'avversario:

Achille....................Tartaruga

I puntini indicano i 20 passi di distanza.
La corsa incomincia: scorre il primo secondo di cronometro: andiamo ad osservare la situazione:

Achille si è mosso di ben 10 passi, mentre la tartaruga si è spinta avanti soltanto di 1 passo:

..........Achille...........Tartaruga

Pertanto sussiste, al primo secondo di gara, una distanza di 11 passi tra i 2 corridori.
Passa un altro secondo e la situazione cambia:

....................Achille..Tartaruga

Al secondo n.2 la distanza tra i 2 contendenti è pari solamente a 2 passi.
Al terzo secondo:

.......................Tartaruga.......Achille

Dopo soli 3 secondi Achille piè veloce sorpassa la Tartaruga e vince la gara giungendo al traguardo fissato al passo n.30.
Congratulazioni al vincitore: Achille; onori anche per il secondo arrivato: la Tartaruga!
A parte gli scherzi, questa è una dimostrazione semplice del fatto che, applicando i più basilari principi della fisica classica, il paradosso di Zenone cade inesorabilmente.
Ma sussiste un'ulteriore dimostrazione di carattere prettamente matematico del fatto che Zenone, alla fine, aveva torto.
Consideriamo il fatto che la tartaruga si trovi in un punto x, a una certa distanza da Achille.
Ebbene, Achille, per raggiungere x deve prima percorrere metà della strada considerata, dopodiché metà del percorso rimanente e così via.
Si va a creare una somma di infiniti termini:



Nell'antichità si pensava che la somma di infiniti termini desse come risultato infinito.
Non è così: il limite di tale successione, come formalizzato dal matematico tedesco Karl Weierstrass (1815-1897), infatti, è una quantità finita, cioè 1.
Quindi, il paradosso di Zenone trova una soluzione molto semplice nel fatto che, se la velocità di Achille è maggiore di quella della Tartaruga, essendo la serie che se ne ricava convergente (a un numero finito) e non divergente, Achille può, nonostante lo svantaggio iniziale, raggiungere la tartaruga e superarla.
In un certo senso, in questa maniera si risolvono 2 paradossi in un colpo solo: oltre a quello di Achille, infatti, si è trovata la soluzione pure per il problema della dicotomia.
Abbiamo analizzato alcune questioni inerenti lo spazio e il movimento, adesso addentriamoci in un altro concetto misterioso agli occhi degli antichi, ma anche ai nostri occhi, ossia quello del tempo.
Una famosa definizione di cosa sia il tempo è quella fornita da Sant'Agostino nelle sue Confessioni: "Che cos'è dunque il tempo? Se nessuno me lo chiede, lo so; se voglio spiegarlo a chi me lo chiede, non lo so più."
Tale affermazione ci fa capire che gli antichi sapevano che c'era un qualcosa, il tempo, che scorreva ed era causa di mutamenti, come per esempio il passaggio delle stagioni, ma non riuscivano a delineare una definizione rigorosa e precisa.
Persino oggi possiamo sì definire cosa sia l'intervallo di tempo, ma il concetto di tempo in sè non ha una definizione precisa.
Il grande filosofo Lucio Anneo Seneca ha persino scritto un trattato sulla questione del tempo, il De brevitate vitae, in cui ci fa comprendere la sua visione soggettiva del concetto di tempo.
Egli scrive:

Maior pars mortalium, Pauline, de naturae malignitate conqueritur, quod in exiguum aevi gignimur, quod haec tam velociter, tam rapide dati nobis temporis spatia decurrant, adeo ut exceptis admodum paucis ceteros in ipso vitae apparatu vita destituat. Nec huic publico, ut opinantur, malo turba tantum et imprudens vulgus ingemuit; clarorum quoque virorum hic affectus querellas evocavit. Inde illa maximi medicorum exclamatio est: "vitam brevem esse, longam artem". Inde Aristotelis cum rerum natura exigentis minime conveniens sapienti viro lis: "aetatis illam animalibus tantum indulsisse, ut quina aut dena saecula educerent, homini in tam multa ac magna genito tanto citeriorem terminum stare". Non exiguum temporis habemus, sed multum perdidimus. Satis longa vita et in maximarum rerum consummationem large data est, si tota bene collocaretur; sed ubi per luxum ac neglegentiam diffluit, ubi nulli bonae rei impenditur, ultima demum necessitate cogente, quam ire non intelleximus transisse sentimus. Ita est: non accipimus brevem vitam sed fecimus, nec inopes eius sed prodigi sumus. Sicut amplae et regiae opes, ubi ad malum dominum pervenerunt, momento dissipantur, at quamvis modicae, si bono custodi traditae sunt, usu crescunt: ita aetas nostra bene disponenti multum patet.

Ecco la traduzione:

La maggior parte degli uomini (mortali), o Paolino, si lamenta dell'avarizia della natura, poiché siamo messi al mondo per un esiguo periodo di tempo, e perché questi lassi di tempo a noi concessi passano via così velocemente, così in fretta che, tranne pochissimi, tutti gli altri sono abbandonati nello stesso sorgere della vita. Non solo la folla e il volgo ignorante si lamenta per questo male comune a tutti: questo stato d'animo suscitò le lamentele anche di personaggi illustri. Da qui deriva la celebre esclamazione del più grande tra i medici (Ippocrate di Cos), che "la vita è breve, lunga l'arte". Da qui nasce la contesa di Aristotele, per nulla degna di un sapiente, che disputa con la natura delle cose: essa (la natura) ha concesso agli animali (di vivere) tanto da trascorrere 5 o 10 generazioni ciascuno, mentre per l'uomo, nato per compiere tante e tanto grandi imprese, è fissato un termine tanto più al di qua (tanto più breve). Non è che abbiamo poco tempo: ma è molto quello che perdiamo, sperperiamo. La vita ci è stata data lunga a sufficienza e in abbondanza per il compimento delle più grandi imprese, se fosse tutta investita bene; ma quando si consuma per il lusso e la negligenza, quando si spende in nessuna attività utile, solo infine, spinti dall'estrema necessità (la morte), ci accorgiamo che è già passata oltre quella vita, di cui non ci siamo resi conto che stava passando. Così è: non riceviamo una vita breve ma l'abbiamo fatta tale, e di essa non siamo poveri, bensì prodighi, come ricchezze grandiose e regali, quando giungono nelle mani di un cattivo padrone, in un attimo vengono dilapidate, e invece le stesse (ricchezze), anche se modeste, se sono affidate a un abile amministratore, si incrementano con l'impiego, così la durata della nostra vita, per chi sa organizzarla adeguatamente, è molto lunga.

Per Seneca il tempo concesso agli uomini è sempre lo stesso (un intervallo di tempo fisico ben preciso), ma esso cambia a seconda di come viene utilizzato.
Da notare, nel testo in latino, l'utilizzo del termine "mortalium", ad indicare la caducità dell'esistenza umana, ma soprattutto le 2 proposizioni causali introdotte da quod:

1) la prima espressa con l'indicativo (gignimur) poiché presenta una causa oggettiva: "noi siamo messi al mondo per un esiguo periodo di tempo", ossia per un periodo di tempo limitato: questo è un dato di fatto;
2) la seconda con il congiuntivo (decurrant) in quanto riferisce un pensiero soggettivo: il tempo trascorre, passa via sempre più velocemente, sempre più in fretta: questa è un'affermazione di carattere esclusivamente soggettivo.

Dunque Seneca considerava il tempo concesso agli esseri umani come, allo stesso tempo, esiguo e duraturo, a seconda di come veniva utilizzato:

- chi lo sperperava in attività futili (coloro che Seneca definiva occupati): possedeva poco tempo;
- chi si dedicava alla scelta dell'otium, ossia alla vita dedita allo studio e alla riflessione, aveva, al contrario, il tempo sufficiente e necessario per compiere le "grandi imprese".

Adesso, dopo questo breve excursus di carattere letterario-filosofico, ritorniamo ad occuparci del tempo dal punto di vista scientifico: nei primi 2 decenni del XX secolo, Einstein riunisce tra loro i concetti di spazio e di tempo.
Gli scienziati, prima di Einstein, consideravano distaccate le 3 dimensioni spaziali conosciute (lunghezza, larghezza, profondità) e il tempo.
Inoltre, spazio e tempo erano visti, seguendo i precetti di Newton, come assoluti.
Ad Einstein questa affermazione non va a genio: nel 1905, nel suo articolo Sull'elettrodinamica dei corpi in movimento, egli introduce la sua prima teoria rivoluzionaria: la Relatività Ristretta o Speciale.
Cosa avrà di tanto speciale la sua teoria?: solo sradicare completamente le nostre convinzioni al riguardo del mondo fisico, affermando che spazio, tempo e moto non sono assoluti, bensì relativi al sistema di riferimento preso in considerazione.
Non si può affermare: io mi sto muovendo in assoluto, ma, al contrario, io mi sto muovendo rispetto a qualcosa.
Inoltre, secondo la relatività speciale, è impossibile distinguere con esperimenti fisici 2 sistemi di riferimento in moto rettilineo uniforme l'uno rispetto all'altro: in altre parole, le leggi della fisica hanno la stessa forma in tutti i sistemi inerziali.
Ecco perché è molto difficile, come affermava Ernst Mach, venire a capo di questo interrogativo: se ci si trova seduti su un treno fermo all'interno di una stazione e, ad un tratto, si vede un vagone sul binario accanto al nostro allontanarsi, quale dei 2 treni si sta muovendo effettivamente?
Per capire meglio questo concetto di relatività, osservate attentamente questo video:



Ah, poi Albert Einstein ci dice anche che quando si inizia a parlare di velocità della luce, allora le nozioni di meccanica classica non servono più.
Infatti, quando un uomo corre a una data velocità x, e improvvisamente spara un raggio di luce (un fascio di fotoni) da una torcia elettrica, non possiamo sommare la velocità x del corridore a quella della luce: il fascio di luce si muoverà sempre alla stessa velocità, quella della luce, che nel vuoto è pari a 299.792.458 m/s.
Dopodiché Albert, nel 1915, compie un passo avanti: arriva, nella sua Relatività Generale, alla comprensione di cosa sia la gravità.
Newton ci aveva solamente fornito la legge in grado di descrivere l'attrazione gravitazionale tra 2 corpi, posti a una distanza d:

F = (G m1m2)/d².

Einstein, invece, riuscì a capire che la gravità non è altro che la curvatura dello spazio-tempo (lo scienziato aveva fuso insieme i concetti di spazio e tempo) provocata da una massa.
Poi se questa massa è gigantesca ed è concentrata in un piccolissimo volume, il tessuto spazio-temporale si squarcia, dando vita ad un buco nero: ma questa è un'altra storia!
Da sottolineare il fatto che Einstein, molto probabilmente, non avrebbe completato e dimostrato la teoria della Relatività Generale senza i preziosi contributi ed aiuti del matematico italiano Gregorio Curbastro Ricci, che aveva implementato il calcolo tensoriale (strumento grazie al quale Einstein è stato in grado di descrivere le sue idee di curvatura dello spazio-tempo, sotto forma di matematica).
Ma pensate veramente che parlare di curvatura dello spazio-tempo, di spazio e tempo non assoluti ma relativi, di velocità della luce sia qualcosa di strambo, bizzarro?: allora non avete mai sentito parlare della teoria delle stringhe, o meglio, della M-teoria e del suo universo costituito non da 3 dimensioni spaziali, non da 4, non da 5, ma da ben 10 dimensioni spaziali, a cui si aggiunge quella temporale, per un totale di 11!!!!
Ebbene, questa teoria prevede tutte queste dimensioni aggiuntive, le quali sono considerate arrotolate, ossia non visibili ai nostri occhi, ma che potrebbero esistere, se verificata la teoria in questione.
Per fornire un'idea di uno spazio multidimensionale, ecco una suggestiva rappresentazione tridimensionale di uno spazio di Calabi-Yau, che presenta ben 6 dimensioni:




Gli spazi di Calabi-Yau sono stati così denominati in onore dei matematici Eugenio Calabi e Shing-Tung Yau.
Coloro che per primi ipotizzarono l'esistenza di ulteriori dimensioni spaziali sono Theodor Kaluza e Oskar Klein.
Come spiega in maniera superba il fisico Brian Greene nella sua opera "L'Universo Elegante":

"In un lavoro spedito ad Einstein nel 1919, Kaluza avanzò un'ipotesi sorprendente: la struttura spaziale dell'Universo può avere più dimensioni delle 3 che comunemente riconosciamo.....Ma come la mettiamo con il fatto che le dimensioni spaziali sembrano essere proprio 3, non una di più? La risposta - ancora implicita nell'articolo di Kaluza e poi esplicitata dal matematico svedese Oskar Klein nel 1926 - è che nell'universo possono esserci dimensioni estese e dimensioni arrotolate. In altre parole, l'Universo ha dimensioni più grandi ed evidenti, che sono le 3 comunemente esperite; ma l'Universo può anche avere dimensioni aggiuntive, strettamente arrotolate in un piccolo spazio, così piccolo da essere sfuggito finora ai più raffinati apparati sperimentali."

Bene, abbiamo osservato i paradossi dello spazio, le definizioni del tempo, citando persino un passo del De brevitate vitae di Seneca, la relatività di Einstein, le dimensioni spaziali extra di Kaluza-Klein: adesso, arrivati quasi alla fine della nostra trattazione, vorrei aggiungere che ci sono persino scienziati che affermano che "il tempo non esiste"!
Uno di questi è Julian Barbour nel suo libro "La fine del tempo".
Egli scrive:

"Se non accadesse nulla, se nulla cambiasse, il tempo si fermerebbe. Perché il tempo non è altro che cambiamento, ed è appunto il cambiamento ciò che noi percepiamo, non il tempo. Di fatto il tempo non esiste."





Dunque, le questioni sui concetti di spazio e tempo sono tutt'altro che risolte.
Poi, se andiamo a considerare il fenomeno del Big Bang, che ha generato tutto il mondo che ci circonda, dalle galassie fino ai minuscoli quark che compongono protoni e neutroni, sorgono altre domande: "come è nato lo spazio?", "come è nato il tempo?".
Infatti, prima del Big Bang non c'era nulla, nè spazio, nè tempo.
Essi sono nati col Big Bang.
Anzi, sussistono persino altre teorie, differenti dal Big Bang, come quella del Big Bounce ("Grande Rimbalzo") sviluppata dal fisico Martin Bojowald, che, a differenza del Big Bang, ipotizza l'implosione di un Universo precedente che va a scatenere poi un'esplosione, che a sua volta va a dar vita ad un nuovo Universo.
Pertanto tale teoria fonde i concetti di Big Bang e di Big Crunch (ossia dell'Universo che, arrivato a un certo punto dell'espansione, inizia ad implodere).
In conclusione, per un po' di relax, ecco un video contenente alcuni aforismi di Albert Einstein, con sottofondo il più noto Valzer di Johann Strauss figlio, ossia An der schönen blauen Donau (Sul Bel Danubio Blu) op. 314:

GLI ELEMENTI CHIMICI: N.1 → L'IDROGENO

L'idrogeno (H) è il primo elemento chimico della tavola periodica degli elementi di Mendeleev ed è, allo stesso tempo, l'elemento più leggero e più presente nell'Universo.
È stato anche il primo elemento formatosi dopo il grande evento del Big Bang, che risale approssimatamente a 13,7 miliardi di anni fa.
Tale elemento è parte integrante della molecola della vita, cioè l'acqua (H2O), che è costituita, non a caso, da 2 atomi di idrogeno e uno di ossigeno.
Poi, esso è essenziale per le reazioni nucleari, le quali, partendo da atomi di idrogeno, vanno a creare l'elio (He), il secondo elemento della tavola periodica.
Ricordiamo che l'idrogeno, generalmente, è formato da un singolo protone e, dunque, da un corrispettivo elettrone, ma non presenta alcun neutrone.
Questa tipologia di idrogeno è detta protio.
Tuttavia l'idrogeno presenta altri 2 isotopi:

1) deuterio o idrogeno pesante: possiede, oltre il protone e l'elettrone, anche 1 neutrone;
2) trizio: alla struttura originaria si aggiungono 2 neutroni.

I neutroni sono quelle particelle che forniscono massa aggiuntiva ad un atomo.
Infatti, è chiamato numero atomico (Z) il numero di protoni, e quindi di elettroni, costituenti l'atomo, mentre il numero di massa (A) ci dice il valore della massa dei nucleoni.
Siccome possiamo assumere come unitarie le masse di protoni e neutroni, il numero di massa ci indica anche la somma del numero di protoni e neutroni presenti nel nucleo atomico considerato.
Scavando nei meandri della materia, i protoni e i neutroni sono formati, a loro volta, dai quark. In particolare:

- il protone è costituito da 3 quark (2 quark up e 1 down);
- il neutrone è formato da 3 quark (questa volta l'inverso, ossia 2 quark down e 1 up).

Pertanto, andando ad analizzare il protio, esso è costituito da 2 quark up, 1 quark down, che vanno a formare il protone + 1 elettrone, che fa parte della famiglia dei leptoni.
I quark sono tenuti insieme dai gluoni, ossia le particelle mediatrici dell'interazione nucleare forte, il collante che agisce affinché i protoni rimangono uniti nel nucleo e non si respingano per via della forza elettrica repulsiva (i protoni presentano tutti cariche elettriche positive e, dunque, si dovrebbero respingere).
Ricordiamo che la forza di attrazione e repulsione tra 2 cariche elettriche, siano esse di segno uguale o opposto, è data dalla Legge di Coulomb:



L'equazione sopracitata presenta una struttura molto, ma molto simile alla Legge di gravitazione universale di Newton:



Sussistono soltanto piccole differenze:

- la costante k (che si può esprimere come 1/4πε, dove ε = costante dielettrica) è sostituita dalla costante G di Cavendish;
- nella legge di Coulomb troviamo le 2 cariche q1 e q2 mentre nella legge di Newton le 2 masse m1 e m2.

Entrambe le forze (elettriche e gravitazionali), quindi, diminuiscono proporzionalmente al quadrato della distanza (d²) tra le 2 masse o tra le cariche elettriche.
Nello specifico, i gluoni tengono insieme i quark per dar vita agli adroni.
Infatti, in natura, i quark non si trovano mai in isolamento, ma solamente uniti in particelle composte, gli adroni appunto.
Il protone e il neutrone sono 2 tipologie di adroni.
Più precisamente, protoni e neutroni sono barioni, ossia adroni costituiti da 3 quark.
Dettò ciò, l'idrogeno è alla base delle reazioni di fusione nucleare, ossia quelle che danno vita a ingenti quantità di energia dentro il nucleo delle stelle, sfruttando la notissima equazione di Einstein E = mc².
Prendendo in considerazione il caso specifico del Sole, all'interno del "calderone" rovente della nostra stella, avviene una reazione denominata catena protone-protone:

¹H + ¹H → ²H + e⁺ + v
²H + ¹H → ³He + γ
³He + ³He → ⁴He + 2 ¹H.

Complessivamente si ha:

6 ¹H → ⁴He + 2 ¹H + 2e⁺ + 2v + 2γ, dove:

• ¹H indica un nucleo di idrogeno o protio;
• ²H indica il deuterio;
• e⁺ indica un positrone;
• v indica un neutrino;
• ³He indica l'elio-3;
• ⁴He indica l'elio-4;
• γ indica i raggi gamma.

Quindi, tramite tali reazioni, l'idrogeno si tramuta in elio, e man mano si creano gli altri elementi chimici fondamentali.
Ricordiamo che le comuni reazioni di fusione nucleare nelle stelle possono dar vita agli elementi della tavola periodica fino al ferro, dopodiché per generare gli elementi più pesanti, occorrono fenomeni estremi quali le supernovae!
Dunque, grazie al "mattone fondamentale" tra gli elementi chimici, l'idrogeno, l'Universo, dopo il Big Bang, è riuscito a produrre tutto il variegato mondo che ci circonda, costituito dai rimanenti 91 elementi naturali + ovviamente l'idrogeno.
Tutto quanto, da un palazzo a una pianta, da un animale a una cometa, da un uomo a una galassia è formato dall'aggregarsi in innumerevoli modalità, dei 92 elementi chimici fondamentali.
In tal senso, possiamo affermare di essere "polvere di stelle".
Comunque, è necessario ricordare che gli uomini sono riusciti ad ottenere artificialmente ulteriori elementi rispetto ai 92 originari, tra cui:

- nettunio;
- plutonio;
- americio;
- curio;
- einstenio, ecc.

Abbiamo accennato in precedenza che l'idrogeno è parte fondamentale dell'acqua (H2O), assieme all'ossigeno.
Detto ciò, descriviamo brevemente un importante legame chimico che si manifesta anche a riguardo della molecola H2O: non a caso si chiama "legame idrogeno o ponte idrogeno".
Prima però, definiamo l'elettronegatività: capacità che un atomo possiede di attrarre verso di sé la coppia di elettroni di legame.
Il legame idrogeno si forma ogni volta che un atomo di idrogeno, legato in una molecola polare a un atomo più elettronegativo, viene a trovarsi nei pressi di un'altra molecola, uguale o differente, che contiene un atomo fortemente elettronegativo (per esempio: ossigeno, azoto, fluoro) che ha un doppietto elettronico libero.
Infatti, la carica parziale positiva dell'idrogeno, pur essendo esigua, è concentrata su una piccolissima massa e possiede dunque un'elevata capacità di interazione nei confronti di altre molecole, nelle quali sono situate cariche negative o doppietti elettronici.
Potremmo affermare che l'idrogeno, in questo specifico contesto, si comporta quasi alla stregua di un protone.
L'atomo di idrogeno si dispone "a ponte" unendo in linea retta l'atomo al quale è legato con quello elettronegativo della molecola vicina.
Si instaura in questo modo tra le 2 molecole un legame secondario, il legame idrogeno appunto, che, però, è più debole di un comune legame covalente.
Nell'acqua allo stato liquido, i legami idrogeno non risultano localizzati, bensì instaurati temporaneamente tra 2 molecole, per poi rompersi e riassemblarsi altrove.
L'idrogeno assume un ruolo fondamentale non solo nelle reazioni nucleari e nella formazione di composti inorganici, ma pure nella chimica organica, cioè la chimica del carbonio.
Si può affermare che la maggior parte dei composti organici sia costituita da legami carbonio-carbonio (C-C) e carbonio-idrogeno (C-H).
Non a caso, i più semplici composti organici sono detti idrocarburi.
Per fare qualche esempio:

- metano (CH4);
- propano (C3H8);
- etene o etilene (C2H4);
- acetilene o etino (C2H2);
- benzene (C6H6), ecc.

In conclusione, ecco un video che riassume le caratteristiche dell'idrogeno: but it is in english!



Sorpresina finale: un favoloso brano musicale al piano: Michael Nyman - The Sacrifice:



Tale brano è uno degli innumerevoli che possono portare la mente a essere così leggera (libera da pensieri), tanto quanto lo è l'idrogeno!