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Un Universo di varietà, ma le forze sono solo 4

La materia è composta di atomi (vedi 1). Gli atomi sono composti da un piccolissimo nucleo centrale dotato di carica elettrica +Z, e da Z elettroni che "ruotano" attorno, disponendosi attorno al nucleo (2) ad energie via via crescenti con uno schema a "buccia di cipolla". Questo schema però presenta una ripetitività ciclica (quando si riempie un livello energetico, si comincia con il successivo) all'aumentare del numero atomico, che spiega la natura periodica della tavola di Mendeleev. I livelli energetici e le corrispondenti strutture degli orbitali elettronici degli elementi, quindi, spiegano i comportamenti chimici (3) degli elementi e determinano la formazione di composti molecolari. Pressione, temperatura ed altri fattori termodinamici determinano lo stato (solido, liquido o gassoso) delle sostanze (4).
Il nucleo atomico è composto di protoni e neutroni (5), tenuti insieme dalla interazione forte. Nel nucleo agisce anche l'interazione debole, responsabile tra l'altro della radioattività.

Abbiamo quindi fin qui parlato della composizione della materia e accennato alle interazioni che avvengono tra le sue varie forme, cioè atomi e particelle.
Vale la pena però di soffermarsi proprio sulle interazioni fondamentali: nei film di fantascienza, per non parlare di storie esoteriche o d'avventura, si accenna talvolta a forze sconosciute o si inventano "influenze" misteriose. Senza tarpare le ali alla fantasia, è bene tener presente che in tutto l'universo, dalla scala intergalattica a quella subnucleare, sono però state finora individuate solo quattro interazioni fondamentali. Quella gravitazionale, quella elettromagnetica, la debole e la forte. Tutto ciò che vediamo accadere intorno a noi è riconducibile ad una o più di queste interazioni.
La interazione (o forza) gravitazionale è la prima in cui ci imbattiamo, sin da piccoli, quando cerchiamo di saltare verso il cielo ma veniamo inesorabilmente riportati giù, dopo pochi centimetri di volo. L'intuizione di Isaac Newton portò a ricondurre a questa stessa causa il nostro rimanere attaccati alla terra e l'attrazione dei corpi celesti (appare una cosa ovvia solo a chi non sia convinto che la Terra è piatta). Dagli esperimenti di Galileo, che misurò la caduta dei gravi con l'ausilio di palline e piani inclinati, fino alle verifiche sperimentali delle leggi di Keplero sul moto dei pianeti attorno al Sole, tutto confermava la formula matematica di Newton sull'attrazione gravitazionale. Solo all'inizio del nostro secolo una nuova teoria, quella di Albert Einstein, portò ad un nuovo punto di vista, per cui si comprese che invece di pensare che la massa attrae altra massa (l'idea di Newton), era più appropriato considerare che la massa/energia deforma lo spazio-tempo circostante, e tutti i corpi intorno (con o senza massa) ne risentono. Anche le previsioni di questa teoria si rivelarono più precise rispetto al modello newtoniano.
La forza elettromagnetica è però di gran lunga quella che più "domina" il nostro quotidiano. A parte l'invasione di apparecchiature elettroniche che controllano ormai la nostra vita, ogni fenomeno chimico è manifestazione dell'elettromagnetismo. La durezza dei corpi solidi, l'esplosione della benzina nei motori a scoppio, la fotosintesi delle piante, la trasmissione radiotelevisiva, la digestione o la contrazione di un muscolo.
Si parla di elettromagnetismo (e non separatamente di elettricità e magnetismo) in quanto già nell'800 (con le equazioni "classiche" di Maxwell) si è compreso che l'attrazione tra cariche elettriche e l'orientamento magnetico della bussola sono in realtà manifestazioni diverse della stessa interazione. Un campo magnetico è generato dal moto di una carica elettrica, mentre un magnete in movimento genera un campo elettrico; sono quindi fenomeni inseparabili e riconducibili ad una sola interazione.
Benché le manifestazioni chimiche della materia siano quindi di natura elettromagnetica, non possiamo dimenticare che il modo in cui la materia si presenta è dovuto alla sua natura atomica, e che la stessa composizione dei nuclei atomici (con protoni e neutroni) è dovuta alle forze che vi agiscono. Quindi, anche se non sono immediatamente percepibili, le forze nucleari (debole e forte) non sono irrilevanti, ma anzi determinanti perché il mondo sia come lo conosciamo.
Per esempio, se non esistesse l'interazione debole, tutti gli isotopi atomici sarebbero egualmente stabili, e potrebbero esistere atomi molto più pesanti di quelli esistenti in natura. Anche l'uranio e gli elementi di numero atomico più alto non sarebbero instabili (e radioattivi). Insomma, tutto potrebbe essere molto più "pesante"! Il principale uso tecnologico che viene fatto della radioattività causata dall'interazione debole è nelle centrali nucleari a fissione. Purtroppo, il primo modo che l'uomo ha trovato di sfruttare questo tipo di energia è stato la bomba atomica di Hiroshima.
L'interazione forte è quella responsabile della coesione del nucleo; come l'interazione debole ha un raggio di azione molto breve, ma è molto più intensa. Anche se apparentemente il suo effetto è quindi "custodito" nei nuclei atomici, essa ha per noi un effetto macroscopico determinante: l'energia del Sole (come di tutte le stelle) infatti è dovuta all'interazione forte, unita a quella gravitazionale (ma entra in gioco anche l'interazione debole). Il Sole, infatti, è una grande massa di idrogeno (in grande prevalenza, e ce n'è ancora per circa 5 miliardi di anni), che per il suo stesso peso precipita su sé stessa, arrivando a pressioni e temperature che fanno avvicinare tanto i nuclei di idrogeno fino a farli "fondere" in un nucleo di elio. In questo processo (4 protoni diventano un nucleo di elio) entra in gioco anche l'interazione debole che trasforma due dei protoni in neutroni (con produzione anche di neutrini). Questa fusione nucleare offre un "guadagno" di energia, che viene quindi emessa dal Sole in molte forme, tra cui quella per noi vitale di radiazione elettromagnetica, cioè calore, luce. L'attrazione tra nucleoni, causata dall'interazione forte, è quindi la principale fonte di energia per il nostro pianeta. Invano, finora, abbiamo cercato di realizzare centrali elettriche a fusione controllata, in un processo (la fusione dell'idrogeno in elio) che non avrebbe il difetto di produrre scorie radioattive. Ma il fatto che abbiamo compiuto molti progressi nella comprensione di certi fenomeni non ci consente comunque ancora di dominarli...

Mmmmmmm...mumble mumble...credo che manchi ancora qualche scoperta prima di dire che le forze sono solo 4.L'80 per cento della materia presente nell'universo è totalmente sconosciuta,invisibile e di natura ignota.Lo stesso vale per l'energia oscura,che la pervade.
E' vero che essa interagisce con la materia ordinaria tramite la gravitazione ma credo che siamo talmente lontani dalla soluzione di questi problemi che dire che le forze che governano il cosmo siano solo 4 è la solita,a mio avviso,arrogante,irritante,presupponente posizione umana su questioni che rimarranno misteriose ancora per moltissimi anni...