Breve storia del vuoto

5. Misurare l’energia del vuoto.

di Paolo Lenisa

 

La visione moderna del vuoto ci è fornita dalla meccanica quantistica icona_glossario : la teoria che descrive le particelle subatomiche icona_glossario  (elettroni icona_glossario , fotoniicona_glossario , quarkicona_glossario ecc.). Essa ci presenta un’immagine del tutto nuova di vuoto come uno spazio pervaso da continue fluttuazioni energetiche. Lo spazio vuoto non è affatto vuoto: appare tale solo perché la creazione e la distruzione incessante di particelle ed altre entità si verifica su intervalli temporali brevissimi, tali da non lasciare allo sperimentatore il tempo per la loro rilevazione. Il vuoto appare calmo su scala macroscopica come appare piatto e uniforme il mare visto da un aereo che vola ad alta quota mentre, se visto da una barca, si mostra ben diverso, con onde e flutti. La meccanica quantistica ci dice che non è possibile creare una regione di spazio totalmente svuotata di materia ed energia. Una delle sue leggi fondamentali, il principio di indeterminazione icona_esperto[013] icona_esperto[353] di Heisenbergicona_minibiografia, afferma che è impossibile conoscere contemporaneamente posizione e velocità di una particella. Di conseguenza, se possediamo informazione precisa dell’assenza di ogni particella in ogni punto di un determinato spazio, allora non possiamo possedere alcuna informazione sullo stato di moto e, di conseguenza, sull’energia all’interno di quello spazio. Affermare che esiste un vuoto che non contiene assolutamente nulla viola il principio di indeterminazione: esiste sempre una quantità minima di energia al di sotto della quale non si può scendere. Questo implica che qualunque regione finita di spazio vuoto è piena di energia. La fisica moderna individua nel vuoto lo stato in cui questa energia è la minore possibile. Nel gergo scientifico, questa energia è chiamata “energia di punto zero".


vuoto2FIGURA 4 – L’effetto Casimir dimostra che il vuoto quantistico è reale. Due piastre di metallo affiancate perturbano il vuoto quantistico. All’interno delle placche il numero di onde elettromagnetiche di punto zero è minore che all’esterno e ciò origina una forza che spinge le placche una contro l’altra.

Il fisico Hendrik Casimir icona_biografia concepì, nel 1948, un esperimento concettualmente semplice per dimostrare che l’energia di punto zero è reale e non un artificio matematico. Il vuoto, tra le varie entità di cui è popolato, è anche un mare quantistico di onde elettromagnetiche di punto zero con tutte le lunghezze d’onda icona_glossario possibili. Se inseriamo nel vuoto due lamine di metallo parallele leggermente distanziate tra loro, esse perturberanno le onde elettromagnetiche alterando l’energia di punto zero del vuoto. Infatti, i metalli sono ottimi conduttori di elettricità e si può dimostrare come l’effetto delle piastre sia quello di consentire al loro interno l’esistenza delle sole onde con un numero intero esatto di lunghezze d’onda. All’interno delle piastre mancheranno quindi delle onde rispetto a quelle esistenti nello spazio circostante. Questa differenza darà origine ad una diversa pressione esercitata sulle piastre interne ed esterne dall’energia di punto zero. Questo effetto si tradurrà in una forza complessiva che spinge le piastre verso l’interno. Dopo anni di tentativi, questa (piccolissima) forza è stata effettivamente misurata nel 1996.

 

storia

La meccanica quantistica ci presenta una visione del mondo totalmente diversa da quella che ci appare nell’esperienza quotidiana. La ricerca scientifica ci costringe ad un continuo cambiamento della nostra immagine della realtà e ci spinge a ridisegnare il mondo da capo ogni volta. Troviamo modi efficaci di interpretare le cose, ma ce ne sono sempre di più efficaci. Questo è un processo difficile, perché siamo intrinsecamente legati ai vecchi concetti e, anche per le menti geniali, è arduo sostituirli con quelli nuovi. Si pensi che Einstein icona_biografia rifiutò sempre di accettare la visione indeterministica ed approssimata del mondo che emergeva dalla meccanica dei quanti. La storia della fisica ci insegna che, se vogliamo capire l’Universo che ci circonda, dobbiamo essere disponibili ad accettare idee rivoluzionare, a volte addirittura sovversive, e che la scienza per progredire ha continuo bisogno di nuove e giovani generazioni aperte a modi di pensare diversi.


ultimo aggiornamento giugno 2013

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Ultima modifica: 28 maggio 2018

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