Problema — Fantafisica cariche tutte positive

Testo

Fantafisica: cariche tutte positive. Cosa succederebbe se in natura esistessero soltanto cariche positive, e nessuna negativa? Discuti l’effetto sull’esistenza degli atomi neutri, sulla materia ordinaria e sul ruolo della gravità.

Soluzione

Atomi neutri impossibili. La neutralità di un atomo nasce dall’equilibrio fra protoni positivi ed elettroni negativi. Con sole cariche positive non esisterebbe alcuna carica opposta capace di compensare: ogni aggregato di materia resterebbe globalmente carico positivo e non potrebbe esistere un atomo neutro.

Niente legami, niente materia ordinaria. Il legame chimico e la coesione dei solidi si reggono su attrazioni fra cariche di segno opposto. Se tutte le cariche fossero positive, la forza di Coulomb fra due qualsiasi di esse sarebbe sempre repulsiva:

$F = k\,\frac{q_1 q_2}{r^2} > 0 \quad \text{(sempre repulsiva se } q_1, q_2 > 0)$

Ogni carica fuggirebbe da tutte le altre, e le strutture macroscopiche (molecole, cristalli, corpi solidi) si scomporrebbero: la materia ordinaria come la conosciamo non potrebbe formarsi.

Ruolo della gravità. L’unica interazione attrattiva rimasta sarebbe la gravità. Ma alla scala atomica essa è debolissima — decine di ordini di grandezza inferiore alla repulsione elettrica — e quindi del tutto insufficiente a tenere insieme le cariche. La gravità dominerebbe solo su scale astronomiche enormi, non su quella atomica.

$\ev{\text{Atomi neutri impossibili; repulsione universale disgrega la materia; la gravità è troppo debole a scala atomica}}$

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Argomenti: Elettrostatica Concetti: Carica elettrica Competenze: Analisi di casi limite e fantafisica