L'incredibile storia del vuoto: dall'"horror vacui" alla fisica quantistica

Aristotele affermava che la natura aborrisce il vuoto, il famoso “horror vacui”, e per secoli nessuno ha osato contraddirlo: si credeva che, se fosse comparso uno spazio vuoto, la materia lo avrebbe riempito immediatamente. Ma se oggi fai un respiro profondo, usi un vuoto per sopravvivere: i tuoi polmoni sfruttano il fatto che l'aria, sebbene invisibile, è piena di molecole che si muovono da una parte all'altra. Tutti pensano che il vuoto sia l'opposto della materia, un nulla assoluto. La cosa sorprendente è che, più la fisica progredisce, più scopriamo che il vuoto è pieno di cose e che è una delle chiavi per comprendere l'universo. Quattro secoli fa, Galileo si scontrò con un limite: utilizzando pompe di aspirazione, l'acqua non saliva più di 10 metri nei pozzi. Perché? Il suo allievo Torricelli ideò un esperimento con una provetta di mercurio: capovolgendola, il mercurio scendeva e lasciava sopra uno spazio trasparente, il famoso “vuoto di Torricelli”. Ma quel vuoto non era causato dall'aspirazione, bensì dal peso dell'aria: l'atmosfera premeva dall'esterno e sosteneva la colonna. Nacque così il barometro e la certezza che l'aria ha un peso. Pascal lo confermò nel 1648, quando suo cognato portò il barometro sul Puy de Dôme e vide che più alta era l'altitudine, più bassa era la pressione: l'atmosfera è finita, non infinita. Poi arrivò Otto von Guericke, che nel 1654 prese due emisferi metallici, ne estrasse l'aria e chiese a due squadre di cavalli di tirare in direzioni opposte. Nemmeno così riuscirono a separarli, perché il vuoto all'interno faceva sì che la pressione atmosferica li tenesse uniti. Boyle e Hooke perfezionarono le pompe per vuoto: Boyle fece suonare campane, accese candele e mise animali in recipienti privi d'aria. La campana non suonava, la candela si spegneva e i topi non respiravano. Il vuoto cessò di essere solo un'idea filosofica per diventare una realtà tangibile, e ispirò persino dipinti come L'esperimento con un uccello nella pompa a vuoto di Joseph Wright of Derby. In seguito, il vuoto divenne essenziale per la scienza: senza tubi a vuoto, Röntgen non avrebbe scoperto i raggi X nel 1895, perché gli elettroni attraversano questi tubi solo se l'aria è stata quasi completamente eliminata. Ma la vera svolta arrivò con la fisica quantistica. Nella visione classica, vuoto significa assenza di materia. Per la teoria quantistica dei campi, invece, il vuoto è lo stato di energia più basso dei campi fondamentali, eppure è pieno di attività: fluttuazioni quantistiche, coppie di particelle virtuali che appaiono e scompaiono in un batter d'occhio. Non si vedono, ma i loro effetti sì. L'esempio più emblematico: l'effetto Casimir, previsto nel 1948 e misurato nel 1997. Se si posizionano due piastre metalliche quasi attaccate l'una all'altra nel vuoto, le fluttuazioni quantistiche tra di esse sono inferiori rispetto all'esterno. Risultato: una misteriosa pressione spinge le piastre, come se il vuoto esercitasse una forza. È come una corda di violino: a seconda di come la si tiene, vibrano solo determinate note. Pertanto, il vuoto quantistico ha proprietà fisiche reali. Oggi, il vuoto è al centro della fisica più moderna: il campo di Higgs, che conferisce massa alle particelle; la costante cosmologica, che determina l'espansione accelerata dell'universo; e l'elettrodinamica quantistica, una delle teorie più precise della storia. L'ironia è che Aristotele si sbagliava nei dettagli, ma aveva ragione sul fondo: il vuoto non è mai stato un semplice nulla, bensì un protagonista nascosto della realtà. Ora, pensa a questo: la prossima volta che vedi uno spazio apparentemente vuoto, ricorda che potrebbe essere più pieno di fisica di qualsiasi cosa visibile. Se, dopo aver ascoltato questo, senti che la tua idea del vuoto è cambiata, in Lara Notes puoi segnalarlo con I'm In: non è un “Mi piace”, è un modo per dire: ora questa prospettiva è tua. E se finisci per raccontare a qualcuno la storia delle semisferi di Magdeburgo o dell'effetto Casimir, puoi registrarlo con Shared Offline: in questo modo viene salvata la conversazione che rende la scienza reale. Questo contenuto proviene da The Conversation e, con questa Nota, ti sei risparmiato quasi quattro minuti di lettura.