Atomi: dall'ipotesi filosofica all'evidenza sperimentale
L’idea che la materia sia fatta di particelle indivisibili è greca — Leucippo e Democrito, V secolo a.C. — ma per oltre venti secoli è rimasta una congettura filosofica priva di base sperimentale. Newton, Boyle e i fondatori della scienza moderna la trattano con simpatia ma cautela: gli “atomi” sono utili come metafora, non come oggetti misurabili. Ancora alla fine dell’Ottocento, fisici di prim’ordine come Mach e Ostwald sostengono apertamente che gli atomi sono finzioni contabili, comode per fare i conti ma non per questo reali.
Il dibattito si chiude in modo netto fra il 1900 e il 1908. Da un lato la teoria cinetica, sviluppata da Maxwell, Boltzmann e Clausius, prevede con dettaglio i comportamenti dei gas a partire da semplici ipotesi sulle “palline” che li compongono, e i conti tornano con una precisione sospetta per essere casuale. Dall’altro Einstein, nel 1905, mostra che il moto browniano (il movimento erratico di granelli di polline in acqua, osservato da Brown nel 1827 senza che nessuno ne capisse l’origine) è proprio l’effetto degli urti delle invisibili molecole d’acqua sui granelli; e Perrin, nel 1908, misura sperimentalmente questi effetti, ricavando da essi un valore del numero di Avogadro coincidente con quelli ottenuti da metodi del tutto indipendenti (legge di Faraday, scattering della luce, capillarità).
Quando vari modi di “contare gli atomi” che non si parlano fra loro danno tutti la stessa risposta, l’esistenza degli atomi smette di essere una congettura. È un caso istruttivo di come la scienza accerta l’esistenza del non-osservabile: non per visione diretta, ma per convergenza inferenziale. La stessa logica che oggi ci fa credere ai quark, ai neutrini cosmologici e alla materia oscura: nessuno li ha mai visti, ma linee di evidenza indipendenti puntano alla stessa storia, ed è questa concordanza, non l’osservazione diretta, a renderla credibile.
Collegamenti
Argomenti: Teoria cinetica dei gas
Esercizi collegati: Esercizio svolto — Elio in un camion che frena · Problema — Temperatura di fuga dell’idrogeno · Problema — Ranking di velocità quadratiche medie