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L'importanza dei livelli energetici negli atomi
di Richard Feynman



(da La legge fisica - Universale Bollati Boringhieri 1971)
 

Sebbene in queste lezioni abbiamo parlato dei fondamenti delle leggi fisiche, devo dire subito che, anche conoscendo tutte le leggi fondamentali così come le conosciamo oggi, non se ne deduce immediatamente la spiegazione di ogni fenomeno specifico. Ci vuole un po' di tempo, e anche allora la comprensione è solo parziale perché la natura, in effetti, sembra essere congegnata in modo che le cose più importanti del mondo reale appaiono come un complicato risultato accidentale di un gran numero di leggi.
Per dare un esempio, i nuclei, che contengono varie particelle nucleari, protoni e neutroni, sono molto complicati. Hanno quelli che si chiamano livelli energetici, cioè possono stare in stati o condizioni di energia differente, e nuclei diversi hanno livelli energetici diversi. Trovare la posizione dei livelli energetici è un complicato problema matematico, che solo in parte possiamo risolvere. L'esatta posizione dei livelli è ovviamente una conseguenza di un'enorme complessità, per cui non c'è nessun particolare mistero nel fatto che l'azoto, con 14 particelle, abbia un livello a 2,4 milioni di volt, e un altro a 7,1 e così via. Ma la cosa strana della natura è che l'intero universo nel suo carattere dipende precisamente dalla posizione di un particolare livello di un particolare nucleo. Nel nucleo del carbonio-12 c'è un livello a 7,82 milioni di volt, e questo ha delle conseguenze enormi.
La situazione è la seguente. Se cominciamo con l'idrogeno, e pare che all'inizio il mondo fosse praticamente tutto idrogeno, allora a mano a mano che questo si addensa sotto l'effetto della gravità e si riscalda, possono avere luogo delle reazioni nucleari, e può formarsi l'elio, e poi questo può combinarsi solo parzialmente con l'idrogeno e può produrre qualche altro elemento più pesante. Ma questi elementi più pesanti si disintegrano di nuovo immediatamente in elio. Perciò per un certo tempo l'origine di tutti gli altri elementi restò completamente misterioso perché, partendo dall'idrogeno, il processo di cottura che avviene nelle stelle non avrebbe potuto dare molto di più che l'elio e neanche una mezza dozzina di altri elementi.Messi di fronte a questo problema, Hoyle e Salpeter, proposerro una via d'uscita. Tre atomi di elio possono unirsi per formare il carbonio, e si può facilmente calcolare quante volte questo potrebbe accadere in una stella. Viene fuori che ciò non accadrebbe praticamente mai, tranne che in un caso speciale, cioè se esiste nel carbonio un livello energetico a 7,82 milioni di volt, nel qual caso i tre atomi di elio, incontrandosi, starebbero insieme, prima di staccarsi, un po' di più, in media, di quanto starebbero se non ci fosse un livello energetico a 7,82. E stando lì un po' più a lungo, ci sarebbe abbastanza tempo perché accadesse qualche altra cosa, e perché si formassero gli altri elementi. Dunque, se ci fosse un livello a 7,82 milioni di volt nel carbonio, allora potremmo comprendere da dove sono venuti gli altri elementi della tavola periodica. Così, con un ragionamento alla rovescia, fu predetto che doveva esserci nel carbonio un livello a 7,82 milioni di volt, e gli esperimenti di laboratorio mostrarono che effettivamente c'è. Perciò l'esistenza nel mondo di tutti questi altri elementi è strettamente legata alfatto che esista questo particolare livello del carbonio. Ma la posizione di questo particolare livello nel carbonio sembra, a noi che conosciamo le leggi fisiche, un complicatissimo accidente di un sistema di dodici particelle che interagiscono. Questo esempio è un'ottima dimostrazione del fatto che una comprensione delle leggi fisiche non dà necessariamente in maniera diretta una comprensione delle cose importanti del mondo. I dettagli dell'esperienza reale, sono spesso assai lontani dalle leggi fondamentali.

«Il tempo è ciò che accade quando non accade nient'altro»

Richard Phillips Feynman

Libri su Feynman

Mago della fisica - di Silvie Coyaud

Un assaggio delle Feynman Lectures

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