Uno dei sogni proibiti dell'umanità è stato quello di diventare invisibili per certi periodi di tempo, alla stregua di Harry Potter, che con il suo "mantello dell'invisibilità" (invisibility cloak) riesce a sparire dalla vista delle persone finché lo indossa.
Come ci racconta Michio Kaku nel libro "Fisica dell'impossibile":
"L'invisibilità è forse uno dei concetti più antichi della mitologia antica. Fin dalle prime testimonianze storiche scritte, le persone che si sono trovate da sole in una notte da brivido sono state spaventate dagli spiriti invisibili dei morti, dalle anime dei trapassati in agguato nel buio. Perseo, l'eroe greco, riuscì a sconfiggere la malvagia Medusa grazie a un elmo che lo rendeva invisibile. I generali hanno sempre sognato un dispositivo di occultamento capace di conferire l'invisibilità, così da poter infiltrarsi indisturbati nelle linee del nemico e coglierlo di sorpresa...L'invisibilità giocava un ruolo di primo piano nella teoria etica di Platone. Nel suo capolavoro filosofico, la Repubblica, Platone racconta il mito dell'anello di Gige. Gige, un pastore della Lidia onesto ma povero, entra in una caverna nascosta, e vi scopre una tomba contenente il corpo di un uomo con un anello d'oro al dito. Il pastore scopre che l'anello ha la capacità di renderlo invisibile. Ben presto il potere dell'anello travolge Gige, il quale, introdottosi nel palazzo del re, ne seduce la moglie, la convince ad assassinare il marito e usurpa il trono della Lidia. La morale che Platone intendeva trarre da questa storia è che nessun uomo è in grado di resistere alla tentazione di poter rubare e uccidere a piacere. Tutti gli esseri umani sono corruttibili... Un uomo può apparire virtuoso in pubblico per conservare la propria reputazione, ma non appena gli viene concesso il dono dell'invisibilità la tentazione di approfittarne è irresistibile. C'è chi ritiene che la storia abbia ispirato la trilogia di J.R.R. Tolkien Il Signore degli anelli, in cui si parla di un anello che rende invisibile chi lo porta ma che è anche fonte di malvagità."
Dopo questo interessante excursus storico sul concetto di invisibilità, ci poniamo una domanda: è veramente impossibile realizzare un mantello dell'invisibilità? La risposta è negativa! Essi sono stati recentemente realizzati sfruttando le proprietà di alcuni materiali, denominati metamateriali, in grado di piegare la luce. Ma cosa sono nello specifico i metamateriali? Teorizzati per la prima volta in un articolo del 1967 redatto dal fisico russo Victor Veselago, i metamateriali erano ritenuti irrealizzabili in quanto violavano i principi classici della fisica e in particolare dell'ottica. Per quale motivo tali sostanze violano le leggi dell'ottica? Perché la loro caratteristica primaria è quella di avere un indice di rifrazione NEGATIVO! La rifrazione è quel fenomeno che determina la deviazione dei raggi luminosi quando passano da un mezzo ad un altro (ad esempio dall'aria all'acqua). Tale fenomeno spiega perché, ad esempio, una cannuccia immersa in un bicchiere d'acqua appare spezzata. La legge fondamentale che concerne la rifrazione è denominata Legge di Snell-Descartes. Essa prende il nome dal matematico olandese Willebrord Snellius, nonostante questi non l'abbia mai pubblicata. Tuttavia, fu René Descartes (Cartesio) a fornire alle stampe una dimostrazione di tale legge nel 1637. Questa legge stabilisce l'entità della deviazione (la rifrazione, appunto) dei raggi luminosi quando passano da una sostanza all'altra. La formulazione matematica della Legge di Snell-Descartes è:
dove:
- sin î è il seno dell'angolo di incidenza; - sin ȓ è il seno dell'angolo di rifrazione; - n2: indice di rifrazione del mezzo 2; - n1: indice di rifrazione del mezzo 1.
Dunque, il rapporto tra i seni degli angoli di incidenza e rifrazione è pari al rapporto tra gli indici di rifrazione delle 2 sostanze attraverso cui passa il raggio luminoso. n2/n1 è detto indice di rifrazione relativo del mezzo 2 rispetto al mezzo 1. Se esso risulta maggiore di 1 si dice che il mezzo 2 è più rifrangente del mezzo 1 o, anche, che è otticamente più denso. Ecco un'immagine illustrativa della Legge di Snell-Descartes:
Da questa legge capiamo anche che ogni sostanza trasparente possiede un proprio indice di rifrazione assoluto n. n è definito da tale relazione:
n = c/v
dove:
- c = velocità della luce nel vuoto (299.792.458 m/s); - v = velocità della luce nel mezzo considerato.
Per il vuoto abbiamo v = c, per cui l'indice di rifrazione nel vuoto è n = 1. Per tutti i mezzi trasparenti v è minore di c, per cui essi hanno un valore n maggiore di 1. Ad esempio, l'indice di rifrazione dell'aria è 1,0003, quello del vetro è 1,5, quello del diamante 2,5 e così via. Adesso capiamo perché i metamateriali sono così singolari: il loro indice di rifrazione è negativo, ma secondo quello che abbiamo descritto sopra, ciò sarebbe impossibile! Ebbene, le leggi della fisica vanno riscritte, poiché è vero che in natura non si trovano materiali con indice di rifrazione negativo, ma essi possono essere fabbricati in laboratorio. La stessa Legge di Snell-Descartes risulta ancora valida, ma, avendo n2 negativo, i raggi luminosi sono rifratti sullo stesso lato della normale (retta perpendicolare alla superficie di separazione fra i 2 mezzi) penetrante il materiale, come mostra l'immagine seguente:
I metamateriali non determinano solo variazioni inerenti la legge di Snell-Descartes, ma pure riguardo l'effetto Doppler. Generalmente, a causa dell'effetto Doppler, quando, ad esempio, ascoltiamo il suono dell'ambulanza che passa, nel momento in cui si avvicina a noi, la lunghezza d'onda diminuisce e la frequenza del suono aumenta (il suono è più acuto), mentre quando si allontana, la lunghezza d'onda aumenta e di conseguenza, la frequenza diminuisce (il suono è più grave). Nel caso dei metamateriali si verifica l'esatto opposto: una sorgente di luce, muovendosi verso l'osservatore sembra ridurre la sua frequenza! Adesso veniamo al nocciolo della questione: perché i metamateriali possono rendere un oggetto invisibile? La risposta la fornisce sempre Michio Kaku in Fisica dell'Impossibile:
"Se si potesse controllare l'indice di rifrazione all'interno di un metamateriale in modo tale da portare la luce a muoversi intorno a un oggetto, quest'ultimo diventerebbe invisibile. Affinché ciò sia possibile il metamateriale deve avere indice di rifrazione negativo...Per creare un metamateriale si inseriscono in una data sostanza componenti microscopici che deviano le onde elettromagnetiche in modo non convenzionale. Gli scienziati della Duke University (per esempio), nel 2006, misero piccolissimi circuiti elettrici all'interno di una serie di strisce di rame concentriche. Il risultato fu una combinazione complessa di ceramica, teflon, insiemi compositi di fibre e componenti metallici. Questi componenti microscopici presenti all'interno del rame permettono di deflettere la radiazione elettromagnetica, modificandone la traiettoria in maniera particolare."
Sfruttando le fantasmagoriche proprietà dei metamateriali, sono stati effettivamente realizzati mantelli dell'invisibilità, pur con il neo di non essere in grado di far scomparire una persona, ma solamente oggetti dell'ordine di qualche millimetro o centimetro! Tuttavia, forse in futuro il sogno di un mantello come quello di Harry Potter potrebbe non restare un'illusione bensì divenire realtà!
L'olio d'oliva rappresenta sicuramente una delle sostanze più utilizzate nella cucina mediterranea. Quali sono le caratteristiche chimiche di questo particolare olio? Esso, innanzitutto, è composto principalmente da un particolare acido grasso, detto acido oleico, facente parte della grande famiglia dei lipidi (dal greco lypos = grasso) o grassi. Ma prima di andare ad analizzare le caratteristiche chimiche dei lipidi e in particolare dell'acido oleico, compiamo un interessante excursus sulla storia e sui miti che alludono all'olivo, fornitoci da Penny Le Couteur e Jay Burreson nel libro "I bottoni di Napoleone":
"Sull'olivo e sulla sua origine ci sono miti e leggende. L'olivo e i suoi generosi raccolti sarebbero stati fatti conoscere all'umanità dalla dea dell'antico Egitto Iside. La mitologia romana attribuisce a Ercole l'introduzione dell'olivo dal Nordafrica; la dea romana Minerva avrebbe insegnato l'arte della coltivazione dell'olivo e dell'estrazione del suo olio. Secondo un'altra leggenda l'olivo risalirebbe al primo uomo; il primo olivo sarebbe cresciuto sulla tomba di Adamo. Gli antichi greci narrarono di una gara fra il dio del mare Posidone e la dea della pace e della sapienza Atena. La vittoria sarebbe stata assegnata a chi avesse prodotto il dono più utile per la città recentemente costruita nella regione greca dell'Attica. Posidone colpì una roccia col suo tridente e ne scaturì una sorgente. L'acqua cominciò a fluire, e dalla sorgente apparve il cavallo, simbolo di forza e potenza e aiuto prezioso in guerra. Quando venne il turno di Atena, la dea conficcò nel terreno la lancia, che trasformò in un olivo, simbolo di pace e fonte di cibo e di combustibile. Il dono di Atena fu considerato il più grande, e la nuova città fu chiamata in suo onore Atene....L'origine geografica dell'olivo è controversa. Resti fossili di quello che si ritiene sia un progenitore dell'olivo moderno sono stati trovati sia in Italia sia in Grecia. La prima coltivazione dell'olivo viene attribuita di solito a Paesi intorno al Mediterraneo orientale...L'olivo domestico, Olea europaea, l'unica specie del genere Olea sfruttata per il suo frutto, è coltivata da almeno 5000 anni, ma forse anche da 7000. Dalle rive orientali del Mediterraneo, la coltivazione dell'olivo si diffuse in Palestina e in Egitto. Alcuni esperti credono che la coltivazione abbia avuto inizio a Creta, da dove, intorno al 2000 a.C., un'industria fiorente esportava l'olio in Grecia, in Nordafrica e in Asia Minore. Al crescere delle loro colonie, i greci introdussero l'olivo in Italia, in Francia, in Spagna e in Tunisia. All'espandersi dell'Impero romano, anche la coltivazione dell'olivo si diffuse nell'intero bacino mediterraneo. Per secoli l'olio d'oliva fu la merce più importante per la regione. Oltre che per la sua funzione ovvia di fornire calorie preziose alla dieta, l'olio d'oliva fu usato in molti altri aspetti della vita quotidiana dei popoli mediterranei. Lampade che usavano come combustile l'olio d'oliva illuminavano le case di sera. L'olio era usato anche a fini cosmetici; tanto i greci quanto i romani lo usavano per frizionarsi la pelle dopo un bagno. Gli atleti consideravano i massaggi con olio d'oliva essenziali per mantenere sciolti i muscoli. I lottatori aggiungevano sabbia o polvere al loro olio, per impedire la presa ai loro avversari....I composti responsabili del profumo e dell'aroma nelle piante sono molto spesso solubili in olio, cosicché alloro, sesamo, rosa, finocchio, menta, ginepro, salvia e altre foglie e fiori venivano messi in infusione in olio d'oliva, producendo miscugli esotici profumati di grande pregio. In Grecia i medici prescrivevano olio d'oliva o alcuni di tali miscugli per numerosi disturbi e malattie, fra cui nausea, colera, ulcere e insonnia. Numerosi riferimenti all'olio d'oliva, assunto per bocca o applicato esternamente, appaiono in antichi testi egizi di medicina. Dell'olivo si usavano persino le foglie per attenuare la febbre e fornire sollievo contro la malaria. Oggi sappiamo che contengono acido salicidico, la stessa molecola, presente nel salice e nell'olmaria, da cui nel 1893 Felix Hofmann sviluppò l'Aspirina. L'importanza dell'olio d'oliva per i popoli del Mediterraneo si riflette nei loro scritti e addirittura nelle loro leggi. Il poeta greco Omero lo chiamò "oro liquido". Il filosofo greco Democrito pensava che una dieta a base di miele e olio d'oliva potesse permettere a un uomo di vivere 100 anni, un'età estremamente avanzata in un'epoca in cui la speranza di vita oscillava intorno a 40 anni. Nel VI secolo a.C. il legislatore ateniese Solone introdusse leggi per la protezione dell'olivo. Da un oliveto si potevano rimuovere ogni anno solo 2 olivi. La violazione di questa legge comportava sanzioni gravi, fra cui la pena di morte....L'enciclopedista romano Plinio il Vecchio, nel I secolo a.C., nella Naturalis historia scrisse che l'Italia aveva il migliore olio d'oliva del Mediterraneo...Gli oliveti erano spesso considerati un obiettivo da colpire durante la guerra, poiché la loro distruzione non solo eliminava un'importante fonte di cibo del nemico, ma gli infiggeva anche un colpo psicologico devastante...L'olivo è un albero molto resistente. Esso ha bisogno, per dare un raccolto abbondante, di un clima con un breve inverno freddo, senza gelate primaverili che uccidano i fiori. Una lunga estate molto calda e un autunno mite permettono alle olive di maturare. Il Mediterraneo rinfresca le sue coste africane e riscalda le sue rive settentrionali, rendendo la regione idealmente adatta alla coltivazione dell'olivo. L'olivo non cresce nell'interno, lontano dall'effetto mitigante di un grande mare. Gli olivi possono sopravvivere anche in presenza di una piovosità molto scarsa. Le loro lunghe radici a fittone penetrano in profondità per trovare l'acqua, e le foglie sono strette e coriacee con una superficie inferiore opaca e argentea: adattamenti che impediscono la perdita d'acqua per evaporazione. L'olivo può sopravvivere a lunghi periodi di siccità e può crescere su suoli rocciosi e su terrazzature pietrose. Un gelo estremo e tempeste invernali possono strappargli rami e spezzare tronchi, ma anche un olivo apparentemente distrutto dal freddo la primavera seguente si rigenera ed emette nuovi polloni verdi. Non sorprende che coloro che si trovarono a dipendere dall'olivo per migliaia di anni siano giunti a venerarlo."
Ora, andiamo ad analizzare la famiglia dei lipidi in generale. Essi rappresentano un importante gruppo di sostanze organiche utilizzate dall'organismo umano (insieme a glucidi e proteine) come nutrimento indispensabile, poiché opportunamente metabolizzate. Ecco le loro funzioni fondamentali:
- concorrono, insieme alla proteine globulari, alla formazione delle membrane cellulari; - sono indispensabili in molti processi metabolici; - consentono il trasporto delle vitamine liposolubili; - forniscono tanta energia: dalla loro demolizione si liberano 9 kcal/g rispetto alle 4 kcal/g dei carboidrati.
I lipidi sono insolubili in H2O e solubili nei solventi apolari organici, come acetone, etere, tetracloruro di carbonio. Che siano semplici o complessi, i lipidi liberano per idrolisi acidi grassi, lunghe catene di atomi di carbonio con un gruppo acido, COOH (o HOOC) a un estremo. Quelli che riscontriamo nei grassi naturali possiedono un numero pari di atomi di carbonio. Inoltre, gli acidi grassi possono essere:
saturi: presentano solamente legami singoli (carbonio-carbonio) in catena;
insaturi: presentano uno o più doppi legami in catena. Il loro punto di fusione è inversamente proporzionale al numero di doppi legami.
Gli acidi grassi insaturi possono essere a loro volta suddivisi in:
monoinsaturi: 1 doppio legame;
polinsaturi: 2 o più doppi legami.
Tra gli acidi grassi, uno in particolare, l'acido linoleico, è detto, dal punto di vista nutrizionale, acido grasso essenziale, in quanto indispensabile per l'uomo. Esso, però, non può venire sintetizzato e dunque deve essere assunto mediante gli alimenti. La mancanza di acido linoleico nell'alimentazione dei bambini determina perdita di peso ed eczema. I lipidi si possono classificare in 3 gruppi fondamentali:
1) semplici; 2) complessi; 3) derivati.
In tal contesto ci interessa il gruppo dei lipidi semplici, che ci serve per comprendere meglio l'olio d'oliva e le sue caratteristiche chimiche. L'idrolisi di un lipide semplice è questa:
Si distinguono 2 casi come risultato del processo di idrolisi di un lipide semplice:
1) l'idrolisi genera 3 acidi grassi + glicerolo: in tal caso il lipide viene detto grasso o olio (trigliceride); 2) l'idrolisi dà vita a 1 acido grasso + alcol monoidrato (a elevata massa molecolare): il lipide viene chiamato cera.
L'acido oleico monoinsaturo, a 18 atomi di carbonio, è, come abbiamo detto, il principale acido grasso dell'olio d'oliva. Sebbene esso si riscontri anche in altri oli e in molti grassi, l'olio d'oliva ne rappresenta la fonte principale. La percentuale dell'acido oleico nell'olio d'oliva può variare dal 55 al 85%, a seconda delle varietà e delle condizioni di crescita (le aree più fresche producono un contenuto di acido oleico maggiore rispetto a quelle più calde). Sorgono delle domande: perché sussiste un elevato interesse per l'olio d'oliva? forse perché possiede effetti benefici sulla salute? A queste domande ci risponde il fisico-chimico Hervé This nel suo libro "La scienza in cucina":
"Perché tanto interesse per l'olio d'oliva? La ragione è che gli studi epidemiologici riscontrano una ridotta incidenza di tumori e malattie coronariche nelle popolazioni mediterranee. Dopo la scoperta di questa correlazione le virtù della "dieta mediterranea" sono state attribuite a molti fattori: abbondanza di tannini nei vini locali, alimentazione variegata, scarsità di prodotti affumicati, consumo notevole di fibre, di frutta e verdura, uso di olio d'oliva. L'olio d'oliva è un "buon" prodotto alimentare sotto molti punti di vista. Come per altri oli, le molecole che vi prevalgono, i trigliceridi, sono composte da una molecola di glicerolo cui si legano 3 acidi grassi. Nel caso dell'olio d'oliva, però, questi sono rappresentati per oltre il 70% da acido oleico, monoinsaturo, meno sensibile all'autossidazione rispetto agli acidi grassi polinsaturi, come l'acido linoleico dell'olio di girasole. L'ossidazione degli acidi grassi polinsaturi genera molecole reattive che, come sappiamo grazie a studi in vitro, si legano al DNA delle cellule umane, favorendo la comparsa di tumori. Altre proprietà dell'olio d'oliva ne spiegherebbero l'interesse nutrizionale. A Heidelberg, Robert Owen ha analizzato diversi oli d'oliva alla ricerca di composti antiossidanti, e ha scoperto che le capacità antitumorali dell'olio d'oliva sono dovute anche alla presenza di numerosi fenoli. Durante la crescita delle olive, tra ottobre e gennaio, i principali composti fenolici sono legati a zuccheri, ma vengono liberati dall'azione di alcuni enzimi quando i frutti maturano. Nell'olio d'oliva sono stati identificati numerosi fenoli, tra cui l'idrossitirosolo e 2 "lignani"; tutti hanno forti proprietà antiossidanti...Lo studio dell'autossidazione degli oli rivela che l'idrossitirosolo è il composto più attivo: inibisce completamente il perossido di idrogeno, sostanza presente nell'acqua ossigenata e capace di ridurre moltissimo la vitalità di cellule epiteliali dell'intestino coltivate in vitro...I composti fenolici dell'olio d'oliva sono antiossidanti efficacissimi. I lignani sembrano agire in maniera diversa: la loro struttura, analoga a quella dell'estradiolo, li rende simili ad antiestrogeni (sostanze che ostacolano la proliferazione delle cellule mammarie). Nell'olio d'oliva si trova anche un'alta concentrazione di squalene, composto che viene trasferito alla pelle (rappresenta il 12% del sebo) e sarebbe efficace contro i tumori epiteliali. La gastronomia incita a utilizzare l'olio d'oliva; la biologia conferma che il gusto e la salute vanno di pari passo."
Tirando le fila del discorso, l'olio d'oliva è una sostanza alla base della cucina mediterranea da millenni e che presenta a livello chimico caratteristiche molto singolari, anche rispetto agli altri oli, proprietà utili persino nel contrastare l'insorgenza di tumori! Si può pertanto affermare che la scienza alla base dell'olio d'oliva fa in modo non solo di renderlo uno strumento indispensabile per rendere ottimi i nostri piatti in cucina, ma gli fornisce anche delle proprietà estremamente benefiche per il nostro organismo! Il tutto, poi, ci dimostra che la scienza è la base di tutto, perfino della cucina!
P.S.
Ecco un po' di brani musicali inerenti alimenti e cibo (la cucina in musica!):
- Louis Armstrong & Ella Fitzgerald - Let's call the whole thing off:
- Dean Martin - That's Amore:
- Dizzy Gillespie & Charlie Parker - Salt Peanuts:
- Vianne sets up shop (Chocolat Sountrack):
- Johann Strauss - Wiener Bonbons walzer:
Infine, un episodio di Paperino, denominato "disastri in cucina":
Nel novembre del 1957Gordon Gould, uno studente laureato della Columbia University, annotò su un taccuino alcune idee su come realizzare un laser, termine da lui stesso coniato. I possibili utilizzi di tale strumento, aveva scritto, includevano:
- la spettrografia; - l'interferometria; - i radar; - la fusione nucleare.
3 anni più tardi fu realizzato effettivamente il primo laser. Il laser è forse la tecnologia che meglio rappresenta il XX secolo. Infatti, ha portato alla realizzazione dei lettori CD, DVD, Blu-ray, degli scanner alle casse dei supermercati, delle fibre ottiche per le telecomunicazioni ad alta velocità e molto altro ancora. Il termine "laser" è un acronimo inglese di Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ("amplificazione di luce attraverso emissione stimolata di radiazione"). Leggendo l'acronimo, sorge dunque una domanda: cos'è l'emissione stimolata di radiazione? La fisica quantistica ha illustrato il meccanismo secondo cui gli atomi emettono radiazione elettromagnetica. Se un atomo è eccitato, ossia ha un elettrone a un livello E2 di energia più elevato del livello minimo possibile (chiamiamolo E1), esso si rilassa portando l'elettrone al livello energetico inferiore ed emettendo un fotone che sottrae l'eccesso di energia, in un processo denominato emissione spontanea. L'emissione spontanea, in un insieme di atomi eccitati, avviene in modo disordinato, in quanto i fotoni emergono in tutte le direzioni e in istanti diversi. Arrivando al nocciolo della domanda, la meccanica quantistica prevede tuttavia anche un ulteriore meccanismo di emissione: l'emissione stimolata (idea introdotta da Einstein nel 1917), appunto. Se l'atomo eccitato viene colpito da un fotone della "giusta energia", cioè pari alla differenza tra i 2 livelli energetici (E2-E1), allora, nel rilassarsi, esso emette istantaneamente un altro fotone della stessa energia e nella stessa direzione del primo! Questa è la base del funzionamento di un laser. Già un solo atomo amplifica la radiazione: infatti, per un fotone che incide sull'atomo ne emergono 2 identici. Dunque, basandosi su questo fenomeno, per realizzare un laser, è necessario preparare un gran numero di atomi di una certa sostanza, chiamata mezzo attivo, in maniera che ognuno abbia un elettrone a un livello alto di energia, e far scendere poi gli elettroni a un livello più basso per emissione stimolata. Tra gli stati eccitati in cui può trovarsi un elettrone atomico sussistono alcuni, denominati metastabili, nei quali l'elettrone permane per un tempo relativamente lungo prima di compiere una transizione spontanea verso uno stato a energia inferiore. Per la preparazione degli atomi del mezzo attivo occorre fare in modo che la maggior parte di essi abbia un determinato stato metastabile "popolato", a scapito dello stato fondamentale, rimasto privo di elettroni. In gergo tecnico, questo meccanismo viene detto inversione di popolazione. Essendo in uno stato metastabile, gli elettroni hanno il tempo di aspettare che pervengano i fotoni, i quali vanno ad indurre l'emissione stimolata di altri fotoni, in una reazione a catena. Per ottenere l'inversione di popolazione bisogna sottoporre gli atomi a un irraggiamento elettromagnetico oppure a una scarica elettrica (in generale bisogna fornire dall'esterno un'energia molto intensa), mediante l'operazione chiamata pompaggio ottico. Questo è il prezzo energetico da pagare se vogliamo ottenere la moltiplicazione dei fotoni, e pertanto, un raggio laser. Ma quali sono le caratteristiche della luce che esce da un laser? Il fascio luminoso risulta:
- collimato, cioè unidirezionale. - estremamente monocromatico: ciò significa che possiede una precisa lunghezza d'onda: il laser seleziona e amplifica una sola componente dello spettro elettromagnetico, o per esser più precisi, un insieme continuo di componenti che appartengono a un intervallo veramente ristretto di lunghezze d'onda; - estremamente coerente: in tutte le porzioni della sezione trasversale del fascio l'onda elettromagnetica è in fase: se il campo elettromagnetico è massimo in un punto della sezione, allora è massimo in tutti gli altri punti.
Per tali motivi, la luce laser è l'entità reale che più si avvicina al concetto ideale di onda elettromagnetica armonica: la sua lunghezza d'onda è pressocché unica, come unica è la sua direzione di propagazione e ben definiti risultano i fronti d'onda. I laser possono essere suddivisi in queste categorie fondamentali:
laser a gas: comprendono i comunissimi laser a elio-neon, che sviluppano la loro nota luce rossa. Sono alimentati con onde radio o per mezzo di energia elettrica. I laser a elio-neon risultano piuttosto deboli. Esistono anche quelli ad anidride carbonica che, invece, possono essere sfruttati nell'industria pesante per far esplodere, tagliare e saldare, e possono innescare fasci potentissimi e totalmente invisibili;
laser chimici: vengono alimentati mediante una specifica reazione chimica, come, ad esempio, la combustione di un getto di etilene e trifluoruro di azoto (NF3). Risultano abbastanza potenti da poter essere usati a scopi militari. Infatti, le forze armate americane sono dotate di laser chimici, al suolo o aviotrasportati, capaci di generare potenze di milioni di watt e realizzati con il fine di abbattere in volo missili a corto raggio;
laser a eccimeri (o a ecciplessi): anch'essi alimentati da reazioni chimiche che interessano generalmente un gas nobile (argo, krypton, xeno), del fluoro o del cloro. La loro emissione è nell'ultravioletto. Possono essere utilizzati nell'industria dei semiconduttori per incidere transistor sui chip oppure in campo medico per delicati interventi di chirurgia oftalmica;
laser a stato solido: il primo di essi mai realizzato fu un laser a rubino, prodotto con un cristallo di rubino drogato con atomi di cromo. Sono numerosi i cristalli capaci di generare un fascio laser, a patto che vengano utilizzati insieme a sostanze chimiche come l'ittrio, l'olmio o il tulio. I laser a stato solido possono dar vita ad impulsi ultracorti ad alta energia;
laser a semiconduttori: i diodi, componenti molto utilizzati nell'industria dei semiconduttori, possono generare fasci abbastanza intensi da essere usati per tagliare e saldare. Rappresentano proprio quei laser che vengono usati nei supermercati per leggere i codici a barre dei prodotti che acquistiamo;
laser a coloranti (dye): sfruttano coloranti organici come mezzo di amplificazione. Sono ineguaglabili per quanto concerne il creare impulsi luminosi ultracorti, dell'ordine di una manciata di picosecondi!
Proprio il laser permette il funzionamento di un importante componente hardware dei moderni computer, ovvero il masterizzatore. Esso ci permette, come ben noto, di archiviare un'enorme quantità di dati in forma binaria, indipendentemente dalla tipologia di dati, su un supporto ottico (i comuni CD o DVD) costituito da 4 strati:
1) primo strato: sulla superficie di esso si può collocare un'etichetta; 2) secondo strato: di materiale acrilico, il suo ruolo è solamente quello di fungere da elemento separatore; 3) terzo strato (Die): formato da una lamina di alluminio. Risulta "scrivibile" proprio mediante il laser che, emettendo a intervalli determinati luce molto intensa a temperature molto alte, arriva a bruciare letteralmente lo strato, incidendo in questo modo dei solchi microscopici chiamati Pit, le cui dimensioni vanno da 0,83 μm dei CD, fino a 0,4 μm dei DVD; 4) quarto strato: trasparente in policarbonato. Ha funzioni protettive.
L'informazione viene pertanto immagazzinata come una sequenza di zone bruciate o non bruciate. La lettura delle informazioni avviene in questo modo: quando il laser incontra un Pit, la luce viene dispersa e codificata con il numero binario 0, mentre quando viene riflessa (cioè quando incontra le parti di alluminio non bruciate, dette Land) è codificata con 1. L'informazione risulta perciò digitalizzata con una sequenza specifica di 0 e 1. In conclusione, l'importanza del laser è sempre sotto i nostri occhi: molte delle importanti applicazioni di esso immaginate da Gordon Gould si sono avverate, eccetto la fusione nucleare. Infatti, realizzare centrali basate sulle reazioni di fusione nucleare per produrre energia, rappresenta, molto probabilmente, il Santo Graal della produzione energetica (pulita)!
La chimica è quella disciplina che si occupa in generale delle proprietà e delle trasformazioni della materia. La musica rappresenta quel concetto che racchiude in sé, forse più di tutti, sia l'arte che la scienza. Ma sussiste un qualche tipo di relazione tra chimica e musica? Generalmente la musica è strettamente collegata alla fisica, in quanto è un insieme di onde sonore. Dunque viene studiata dalla branca denominata acustica. Per le relazioni della musica con la fisica vi rimando all'articolo Scienza e Musica: 2 Realtà Strettamente Collegate. Tuttavia, esiste anche una relazione tra la musica (in particolare la "buona musica") e la "sorella" della fisica, ossia la chimica. Robert Zatorre, neuroscienziato cognitivista che lavora al Neurological Institute della Mcgill University di Montreal, sostiene che i brividi (i "chills", che generalmente chiamiamo "pelle d'oca") causati dall'ascolto di un brano musicale particolarmente emozionante dipendono da una particolare sostanza chimica: la dopamina o dopammina. Egli ritiene che vi siano 2 fasi in cui vengono rilasciate le molecole di dopamina nel cervello:
1) prima del massimo picco di piacere generato dall'ascolto del brano considerato; 2) durante l'esecuzione.
Egli afferma: "La musica produce dopamina e dà piacere come quando si assumono sostanze stupefacenti. Gli effetti positivi sono gli stessi della droga, con la differenza che ascoltare un brano piacevole è un'esperienza positiva e non dannosa". Lo studio in questione sulle relazioni tra la musica e il rilascio di questa particolare sostanza è stato pubblicato su Nature Neuroscience. Ma cos'è la dopamina? Sintetizzata per la prima volta nel 1910 da George Barger e James Ewens presso i Laboratori Wellcome a Londra, la dopamina (la cui formula chimica è C6H3(OH)2-CH2-CH2-NH2) è una catecolamina, cioè una sostanza costituita da un gruppo amminico legato ad un anello fenolico del tipo catecolo (diidrossibenzene). Specifichiamo che:
- un gruppo amminico o aminico è un gruppo funzionale (ossia quella specifica parte della struttura di una molecola che conferisce al composto la sua reattività tipica) di una molecola organica che contiene un atomo di azoto legato a 2 atomi di idrogeno; - i fenoli sono composti che hanno uno o più gruppi ossidrilici (-OH) legati direttamente ad atomi di carbonio dell'anello del benzene. La caratteristica fondamentale di un anello fenolico del tipo catecolo è quella di presentare 2 gruppi ossidrilici.
Attinenti alle ricerche di Zatorre, sono le parole di Daniel Levitin nel suo bel libro "Fatti di Musica":
"Ascoltare musica faceva sì che le regioni cerebrali venissero attivate in un particolare ordine. In primo luogo la corteccia uditiva per l'elaborazione iniziale delle componenti del suono. Poi le regioni frontali come BA44 e BA47, implicate nell'elaborazione della struttura musicale e delle aspettative. Infine, una rete di regioni (il sistema mesolimbico) coinvolte nell'eccitazione, nel piacere, nella trasmissione di oppioidi e nella produzione di dopamina, che culminavano con l'attivazione del nucleus accumbens... Dunque, gli aspetti di gratificazione e rinforzo dell'ascolto musicale sembrano essere mediati da un incremento dei livelli di dopamina nel nucleus accumbens...Le attuali teorie di neuropsicologia associano l'umore e l'affetto positivo a maggiori livelli di dopamina, uno dei motivi per cui molti dei più recenti antidepressivi agiscono sul sistema dopaminergico. La musica è chiaramente un mezzo per migliorare l'umore delle persone, e adesso crediamo di sapere perché. La musica sembra imitare certe caratteristiche del linguaggio per trasmettere alcune delle stesse emozioni della comunicazione verbale, ma in modo non-referenziale e non-specifico. Invoca anche alcune delle stesse regioni neurali chiamate in causa dal linguaggio, ma, molto più di quest'ultimo, la musica s'infiltra in strutture cerebrali primitive, coinvolte con la motivazione, la gratificazione e l'emozione".
Specifichiamo che il nucleus accumbens è un sistema di neuroni posto nel cervello, deputato ad elaborare sensazioni di piacere o paura e che gioca un ruolo importante nei meccanismi di rinforzo, nella risata e nella dipendenza. Tirando le fila del discorso, la musica riesce a stimolare diverse aree del cervello umano e, qualche volta, può persino causare, come abbiamo visto, il rilascio di dopamina. Ecco perché si può considerare la musica come una sorta di "droga", completamente benefica, al contrario delle sostanze stupefacenti. Quindi, quando la musica trasmette emozioni o addirittura causa la "pelle d'oca", come si suol dire, allora, in quel momento, manifesta non solo la sua caratteristica di arte, caratterizzandosi come qualcosa di estremamente armonioso, una "metafisica in suoni", come la definiva Schopenhauer, ma anche quella meno evidente di scienza! Per concludere, ecco un po' di brani musicali che protrebbero stimolare (a causa della loro immensa bellezza) il rilascio di dopamina nel vostro cervello:
Il termine "nucleo", dal latino nucleus, indica generalmente la parte centrale di qualcosa, che sia un oggetto, un argomento, un problema e così via. Infatti, per esempio, il verbo "enucleare", che deriva proprio da nucleo, significa mettere in rilievo la parte essenziale (il nucleo, appunto) di un argomento, di un problema, ecc. Il termine nucleo, però, assume una connotazione ancor più importante nel campo della scienza. Addentriamoci allora nelle principali accezioni di nucleo che riscontriamo nel mondo della fisica, della chimica, della geologia, dell'astronomia e della biologia.
1) NUCLEO ATOMICO
In principio era l'atomo (deriva dall'aggettivo greco á-tomos, ossia "non divisibile", "privo di parti" (dalla radice tom- di témno, "taglio", preceduta dall'álpha privativo)), l'elemento indivisibile, mattone fondamentale della materia, postulato per la prima volta da Leucippo di Mileto e Democrito di Abdera. Per quest'ultimo, gli atomi sono identici fra loro dal punto di vista qualitativo (sono fatti della medesima materia) ma differiscono per quanto riguarda gli aspetti quantitativi (forma, dimensione, posizione). Aggregandosi e disgregandosi essi determinano la nascita e la morte di tutte le cose e dalla posizione e dall'ordine che assumono nell'aggregato dipendono la mutevolezza e la diversità dei fenomeni osservabili. Prima del concetto di atomo, tuttavia, diversi filosofi hanno introdotto alcuni principi originari (in greco arché) alla base della natura. Il primo di essi fu Talete di Mileto (che ricordiamo anche in geometria per il noto Teorema di Talete). Egli identificava come principio primordiale l'acqua, basandosi sulle osservazioni e sul buon senso che mostravano come ogni cosa vivente sia intrisa di questa sostanza, che evapora nel momento in cui sopraggiunge la morte. Talete, probabilmente, fa riferimento anche al ruolo che l'acqua ha nella nascita dei bambini: infatti, il neonato, viene alla luce "rompendo le acque" che lo hanno custodito per 9 mesi. La visione dell'universo di Talete doveva essere pressapoco così: all'inizio esisteva il grande Oceano, da cui è nata la vita; poi si sono originati la terra e i corpi celesti. Tutto l'universo, alla stregua di una grande nave, fluttua sulle acque del mare. L'acqua rappresenta pertanto il principio fondamentale, l'arché, di tutte le cose. Ed infine, tutte le cose vi faranno ritorno quando periranno, tornando a confondersi con l'Oceano indistinto e indefinito. Un altro filosofo, sempre di Mileto, Anassimandro, invece, individuava l'arché in una sostanza indeterminata e indefinita: l'ápeiron, che vuol dire appunto "senza confini", "sconfinato". Anassimandro sosteneva che da tale sostanza originaria derivassero tutte le cose secondo un processo di separazione e differenziazione governato da una legge necessaria, denominata Dike (la Giustizia). Tale separazione, nonostante sia, a detta del filosofo, la base della vita, è allo stesso tempo fonte di infelicità, poiché gli individui provano nostalgia per il "tutto originario" da cui derivano. La separazione, infatti, rappresenta la causa della molteplicità e della differenza tra gli esseri, del loro contrasto e delle guerre. Per sconfiggere questo male (il male della differenza che è all'origine della nascita) ogni essere vivente (non solo gli uomini) devono perire e ritornare così all'unità perduta. Sempre di Mileto, Anassimene, identificava il principio originario con l'aria o "respiro", paragonando la vita dell'universo alla vita dell'uomo:
"Come l'anima nostra, che è aria, ci sostiene, così il soffio e l'aria circondano il mondo intero".
Dunque, secondo questa visione filosofica, tutte le cose (gli esseri viventi e persino le divinità) si generano per condensazione o rarefazione dell'aria. Infatti, quando l'aria viene a rarefarsi diviene fuoco; quando si condensa diventa progressivamente vento, nuvola, acqua, terra, e anche pietra dura. Nel mezzo di queste concezioni filosofiche sui principi originari della natura, si inserisce la figura emblematica di Pitagora di Samo (famosissimo per il Teorema riguardo i triangoli rettangoli che prende il suo nome). Pitagora e i suoi discepoli, i pitagorici (che costituivano una sorta di setta segreta, dove erano ammesse anche le donne, nella quale si venerava Pitagora come una divinità) ritenevano che la vera sostanza delle cose non risiedesse nell'acqua, nell'aria o in qualsiasi altro elemento fisico come avevano congetturato i filosofi sopracitati, bensì nel numero. Riporto la magnifica descrizione presente nel libro "La musica di Pitagora" di Kitty Ferguson a riguardo dell'importanza del concetto di numero in Pitagora e della sua strettissima relazione con la musica:
"La scoperta pitagorica che "tutte le cose che si conoscono hanno numero", poiché "senza il numero non sarebbe possibile pensare né conoscere alcunché", fu fatta in musica. È ben stabilito, come poche cose di Pitagora lo sono, che la prima legge matematica che sia mai stata formulata matematicamente fu la relazione fra l'altezza dei suoni e la lunghezza di una corda d'arpa vibrante, e che essa fu espressa dai primissimi pitagorici. Antichi studiosi, come il discepolo di Platone Senocrate, pensavano che la scoperta fosse stata fatta dallo stesso Pitagora. Al tempo di Pitagora, i musicisti accordavano da secoli strumenti a corde. Quasi tutti erano consapevoli che a volte una lira o un'arpa producevano suoni gradevoli e altre volte no. Quelli abili sapevano come produrre e accordare uno strumento così che il risultato fosse gradevole....Che cosa significa "gradevoli"? Quando gli antichi greci pensavano all'armonia, la pensavano allo stesso modo in cui l'avrebbero pensata i posteriori musicisti e amanti della musica? Le corde delle lire...non venivano pizzicate come in una chitarra moderna o suonate con un archetto come un violino. Più difficile è dire se le note venissero suonate insieme nello stesso tempo, ma gli storici di musica pensano di no. Erano le combinazioni di intervalli in melodie e scale - come suonavano le note quando si susseguivano l'una all'altra - a essere gradevoli o sgradevoli. Chiunque abbia però suonato uno strumento in cui le corde sono pizzicate, o colpite con un martelletto, sa che una corda continua a suonare a meno che non venga premuta. Anche se le corde di una lira non erano state suonate insieme in un accordo, si udiva nello stesso tempo più di un tono, e spesso vari toni, tanto più se c'era anche un'eco. Anche quando le note sono suonate in successione e poi smorzate, l'orecchio e il cervello umano hanno una memoria tonale che fa loro riconoscere armonia o dissonanza. In verità gli antichi greci, compreso lo stesso Pitagora, udivano l'armonia in entrambi i modi, fra toni suonati nello stesso tempo e toni suonati in successione. Lo strumento suonato da Pitagora era probabilmente la lira a 7 corde. La suonava con 4 delle 7 corde a intervalli fissi. Non c'era scelta su come dovessero essere quegli intervalli. I suoni più bassi e più alti delle corde a intervalli fissi erano accordati in modo che fossero separati da un'ottava. La corda di mezzo sulla lira (la quarta delle sette corde) era accordata in modo che suonasse una quarta sopra la corda più bassa, e quella successiva era accordata in modo che suonasse una quinta sopra la corda più bassa. Gli intervalli dell'ottava, della quarta e della quinta furono considerati concordanti e armonici. Sulla lira a 7 corde il musicista greco poteva regolare le altre 3 corde (la seconda, la terza e la sesta), a seconda del tipo di scala desiderata. Premendo una corda esattamente a metà fra i 2 estremi si produce un tono più alto di un'ottava rispetto a quello prodotto dalla corda libera, non premuta. Il rapporto fra queste 2 lunghezze della corda è di 2:1 e produce sempre un'ottava. L'ottava non è però una cosa che il musicista possa creare premendo la corda. Pizzicando una corda libera non premuta, la si fa vibrare nella sua interezza, cosicché essa suona la "nota fondamentale", ma varie parti della corda stanno anche vibrando indipendentemente producendo suoni "armonici". Anche senza che la corda venga premuta nel punto di mezzo per suonare un'ottava, questa è presente nel suono della corda libera. Premendo la corda si liberano toni provenienti dall'ottava, dalla quinta, dalla quarta e così via - a seconda di dove si preme - che erano stati sempre presenti nella nota fondamentale, ma più difficili da udire. La tradizione attribuisce a Pitagora l'invenzione del kanon, uno strumento con una sola corda, e il suo uso per fare esperimenti sul suono. Pitagora avrebbe trovato che le note che erano in armonia con la nota fondamentale erano quelle prodotte dividendo la corda in parti uguali. Dividendola in 2 parti uguali si produceva una nota più alta di un'ottava rispetto alla corda non premuta. Se si premeva in modo da dividerla in 3 parti uguali, la corda suonava una nota di una quinta sopra l'ottava; se la si divideva in 4 parti uguali suonava una quarta sopra l'ottava....Quando Pitagora e i suoi discepoli videro che certi rapporti di lunghezza di corde producevano sempre l'ottava, la quinta e la quarta, balenò nella loro mente l'idea che dietro la bellezza che essi udivano nella musica doveva esserci una regolarità nascosta....Regolarità aritmetiche e geometriche simili dovevano celarsi dietro tutta la quotidiana confusione e complessità della natura. Nell'universo c'era ordine, e quest'ordine era fatto di numeri."
Ad illustrare tali concetti in maniera divertente e simpatica ci pensa anche la Disney con l'eccezionale episodio animato "Paperino nel mondo della matemagica":
Prima di ritornare al nucleo centrale della nostra trattazione, ossia l'atomo e in particolare, il suo nucleo, dobbiamo citare altre 2 concezioni filosofiche fondamentali sui principi originari della natura. In primis, c'è Eraclito di Efeso: della sua unica opera, probabilmente intitolata Intorno alla natura, ci restano solo frammenti. Da essi si desume una visione dell'universo basata sull'idea che nel mondo non ci sia nulla di immobile: tutto muta incessantemente. A detta di Eraclito, ad esempio, non è possibile bagnarsi 2 volte nello stesso fiume, dal momento che le sue acque si rinnovano costantemente. Il tutto si può ricondurre al celebre aforisma pánta rei, cioè "tutto scorre". L'antitesi di Eraclito è rappresentata da Parmenide di Elea, con la sua concezione dell'essere: l'essere è, e non può non essere, mentre il non essere non è, e non può essere. Tutto ciò significa che solamente l'essere esiste e che il non essere, non solo non esiste, ma non può essere nemmeno pensato. L'essere, poi, possiede diverse caratteristiche: esso è:
- ingenerato e imperituro: infatti, se nascesse, dovrebbe derivare da ciò che non è; ma nulla può derivare da ciò che non esiste: pertanto l'essere non può nascere; - eterno; - immutabile e immobile; - finito: secondo la mentalità greca la perfezione non è data dall'infinità, bensì dal finito. Da questo punto di vista Parmenide ci fornisce ulteriori informazioni: infatti afferma che l'essere è una sfera, perfettamente omogenea e identica a se stessa in ogni parte.
Abbiamo analizzato, dunque, diverse concezioni filosofiche sulla natura delle cose, ideate dai filosofi greci. Ebbene, in questa variegata lista di arché arriva il già citato atomo, portato alla notorietà, in particolare, da Democrito. Con il concetto di atomo, Democrito è riuscito a conciliare le antitetiche posizioni di Parmenide ed Eraclito, ammettendo che un elemento dotato di assoluta immobilità (l'atomo) ma allo stesso tempo concependo la molteplicità e il divenire. La teoria atomistica viene successivamente seguita e implementata da Epicuro e da Lucrezio, che nel libro I del De rerum natura presenta proprio la dottrina degli atomi. Nel libro II, inoltre, Lucrezio riprende la trattazione del movimento e delle combinazioni degli atomi, rese possibili dal clināmen, ossia dalla deviazione o inclinazione che interviene a modificare le traiettorie verticali secondo cui gli atomi si muovono nel vuoto. Questo concetto di atomo, che ha le sue radici nell'antichità classica, si sviluppa e diventa uno dei pilastri della scienza moderna. Oggi sappiamo che l'atomo è un qualcosa di reale, che esistono differenti atomi (gli elementi chimici della tavola periodica) che vanno poi a costituire molecole, e queste vanno a loro volta a determinare strutture più complesse, come DNA, cellule, fino ad arrivare a pianeti, stelle, galassie e così via. L'atomo, come noto, è formato da:
- protoni; - neutroni; - elettroni.
Quindi, esso è costituito da un nucleo (comprendente protoni e neutroni, tenuti assieme dal collante fornito dall'interazione nucleare forte, attraverso i gluoni), circondato dagli elettroni che orbitano nelle regioni, nuvole di spazio, chiamate orbitali. Ma chi scoprì i costituenti del nucleo atomico? Alla scoperta del protone giunse Eugene Goldstein nel 1886, usando un tubo a raggi catodici, con catodo forato. Alla pressione di 0,000001 atm, oltre ai normali raggi catodici, si generavano dietro al catodo radiazioni con movimento opposto rispetto a quello dei raggi catodici, che vennero denominate raggi positivi o raggi canale. Esse rendevano fluorescente il vetro al fondo del tubo ed erano deflesse verso il polo negativo di un secondo campo elettrico perpendicolare a quello presente nel tubo. Tali radiazioni erano pertanto costituite da particelle di carica positiva e possedevano massa diversa a seconda del gas presente nel tubo. La particella con massa minima venne riscontrata nel caso specifico dell'idrogeno. Quest'ultima fu allora considerata costituente fondamentale di tutti gli atomi. Ernest Rutherford, successivamente, la chiamò protone. La scoperta del neutrone avvenne, invece, nel 1932, per merito di James Chadwick. Con la scoperta del neutrone il quadro dell'atomo era stato completato. La storia non finisce qui: abbiamo visto che l'atomo, al contrario di quanto ritenuto dagli antichi, è strutturato internamente da protoni, neutroni ed elettroni; ma poi protoni e neutroni, a loro volta, sono suddivisibili in particelle ancora più elementari: i quark. Ed inoltre, i quark non sono le uniche particelle elementari: ne esistono di innumerevoli, come neutrini, muoni, bosoni e così via. Dunque la concezione comune che un non addetto ai lavori ha dell' atomo, con il suo nucleo e i suoi elettroni che gli orbitano attorno, come i pianeti che girano intorno al Sole, non è sufficiente a spiegare precisamente la natura microscopica della materia. Pertanto, possiamo affermare che in realtà il nucleo atomico, alla fine, non è l'unità fondamentale della natura, l'arché degli antichi, in quanto, oramai, la prospettiva della fisica atomica e subatomica si è allargata in maniera considerevole. Se poi in questo quadro ci inseriamo anche la stravagante, ma non verificata Teoria delle Stringhe, allora queste ultime potrebbero concorrere al ruolo di unità fondamentali dell'Universo.
2) NOCCIOLO DI UN REATTORE NUCLEARE A FISSIONE
La parte fondamentale di un reattore a fissione nucleare è il nucleo o nocciolo. Per una descrizione delle sue caratteristiche e delle reazioni nucleari in generale, vi rimando all'articolo Reazioni Nucleari. Comunque, la questione delle centrali nucleari a fissione è di stretta attualità: il Giappone è stato colpito l'11 marzo 2011 da un devastante terremoto di magnitudo 9, con conseguente tsunami. L'unione di questi 2 fenomeni estremi ha provocato migliaia di vittime e danni ingentissimi: purtroppo, però, le catastrofi naturali hanno causato gravi problemi ai reattori nucleari della centrale di Fukushima. Come si suol dire: piove sul bagnato! Ebbene, c'è stata la fuga di sostanze altamente radioattive e forse anche la fusione del nocciolo del reattore. Da sottolineare il fatto che si parla di fusione del nocciolo di un reattore a fissione nucleare e non di fusione nucleare, che indica invece il processo, completamente diverso, che avviene nel nucleo delle stelle, e anche del nostro Sole. Le centrali nucleari a fusione sono ancora in fase di sperimentazione. Comunque, l'incidente di Fukushima è stato classificato sulla scala degli incidenti nucleari alla posizione 5 su un massimo di 7 (che corrisponde all'evento di Chernobyl), anche se la valutazione dell'evento potrebbe essere modificata a seconda di come procede la suddetta situazione. Tale scala è denominata scala INES (International Nuclear Event Scale): ecco la pagina wikipedia dove vi sono informazioni approfondite su tale scala.
3) NUCLEO CELLULARE
Come noto, le cellule si dividono principalmente in:
- procarioti: prive di un nucleo distinto; - eucarioti: presentano, al contrario, un nucleo.
Anzi, negli eucarioti riscontriamo il nucleo e il nucleolo:
nucleo: organello delimitato da una doppia membrana interrotta da pori, i quali consentono sia il passaggio di ioni e macromolecole, sia l'interazione tra il nucleo e il citoplasma cellulare che lo circonda;
nucleolo: rappresenta la parte più attiva del nucleo che, nelle preparazioni istologiche, si colora in modo evidente. In esso si trovano ingenti quantità di proteine enzimatiche e acidi nucleici necessari alla lettura e trascrizione della doppia elica: infatti, qui, a partire dal DNA, si sintetizzano i vari tipi di RNA, ossia gli acidi nucleici che mediano e promuovono la sintesi delle proteine:
tutta la storia biologica della cellula e dell'organismo a cui essa appartiene;
l'informazione genetica che guida lo svilupppo embrionale e che stabilisce il tipo di specializzazione, la durata della vita e la capacità riproduttiva di ciascuna cellula.
Ogni informazione viene codificata nel DNA: come nell'alfabeto Morse la successione di punti e linee trasmette un messaggio completo ed articolato, allo stesso modo la successione delle basi azotate costituenti il DNA determina ogni caratteristica cellulare e dunque dell'intero organismo.
4) NUCLEO TERRESTRE
La Terra è suddivisa internamente in:
- Crosta; - Mantello; - Nucleo.
Poi, la crosta si può suddividere ancora in:
- Crosta continentale; - Crosta oceanica.
Il mantello si può suddividere in:
- Mantello superiore; - Mantello inferiore.
Il nucleo (costituito principalmente di ferro) si può dividere in:
- nucleo esterno (liquido): ha una temperatura che può arrivare a 3500 °C. Risulta composto principalmente di ferro, silicio e nichel; - nucleo interno (solido): la sua temperatura può raggiungere i 5000 °C. È costituito prevalentemente da ferro e nichel.
Tutti questi strati sono separati da specifiche discontinuità:
- discontinuità di Conrad: separa la crosta continentale da quella oceanica; - discontinuità di Mohorovičić o Moho: separa la crosta dal mantello; - discontinuità di Dahn: separa il mantello superiore e da quello inferiore; - discontinuità di Gutemberg: separa il mantello dal nucleo; - discontinuità di Lehmann: separa il nucleo esterno e da quello interno.
Inoltre, il nucleo esterno liquido, con i suoi intensi moti convettivi, genera l'importante campo magnetico terrestre o magnetosfera, che ci protegge dal vento solare. Il campo magnetico terrestre è simile a quello che sarebbe prodotto da una gigantesca barra magnetica leggermente inclinata rispetto all'asse di rotazione della Terra.
5) NUCLEO DEL SOLE
Il Sole è strutturato in questo modo:
- Corona: è considerata l'alta atmosfera solare ed è caratterizzata da una temperatura in rapida crescita, che può raggiungere i 5 milioni di gradi kelvin. Si può osservare da terra, anche ad occhio nudo, solo durante le eclisssi solari; - Cromosfera ("sfera di colore"): è considerata la bassa atmosfera solare. È uno strato di plasma che raggiunge temperature fino a mezzo milione di gradi kelvin. La cromosfera appare rosata durante le eclissi; - Fotosfera ("sfera della luce"): Ha uno spessore di appena 400 km e una temperatura di circa 6000. K. Rappresenta la "superficie solare" a cui ci si riferisce quando si parla di "diametro solare". Inoltre, è anche il luogo nel quale si manifestano i fenomeni solari più conosciuti e studiati, cioè le macchie e la granulazione; - regione convettiva: si estende per 250.000 km circa. La temperatura è dell'ordine di 600.000 gradi kelvin. In questa zona l'energia si trasmette nel plasma attraverso correnti convettive ad alta velocità che "rimescolano" ininterrotamente la materia solare; - zona radiativa: estesa fino a 450.000 km dal centro del Sole, ha uno spessore di circa 300.000 km. La temperatura è dell'ordine di 4 milioni di gradi. Qui l'energia si trasmette attraverso il plasma soltanto per radiazione, in una catena di assorbimenti e riemissioni; - nucleo o core: ha un raggio di circa 150.000 km. In tale zona è concentrato circa il 40% dell'intera massa solare. La densità è massima (mediamente si aggira intorno a 160 g/cm³). La pressione raggiunge i 30 bilioni di kPa e la temperatura i 15 milioni di gradi kelvin! Date le estreme condizioni di temperatura e pressione, in questo luogo possono innescarsi spontaneamente le reazioni nucleari di fusione dell'idrogeno in elio.
P.S: Visto che abbiamo trattato le relazioni importanti tra musica e matematica scoperte dai pitagorici, è venuto il momento di fornire una bella carrellata di buona musica:
Fisico (con laurea magistrale in fisica teorica) e blogger scientifico. Mi piace divulgare la scienza e la matematica, e renderle il più possibile comprensibili e divertenti al lettore. Sono un vero appassionato di buona musica, in particolare classica e jazz. Ho anche una passione per alcune tipologie di videogames, dove ho detenuto alte posizioni nelle classifiche europee/mondiali, oltre che sviluppato miei innovativi "theorycrafts".
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