La meccanica quantistica ha mostrato che tutte queste sorprendenti proprietà degli atomi derivano dalla natura ondulatoria dei loro elettroni.
Per prima cosa, l’aspetto solido della materia è conseguenza di un tipico “effetto quantistico” collegato al comportamento duale onda-particella della materia.
Ogni volta che una particella è confinata in un piccolo spazio, essa reagisce a questa limitazione agitandosi dentro, e tanto più piccola è la regione in cui è confinata, tanto più velocemente la particella si muove.
Nell’atomo sono presenti due forze antagoniste. Da una parte, gli elettroni sono legati al nucleo da forze elettriche che cercano di trattenerli il più vicino possibile.
Dall’altra, essi reagiscono a questa limitazione ruotando vorticosamente, e quando più strettamente sono legati al nucleo, tanto più alta sarà la loro velocità; di fatto, il confinamento degli elettroni all’interno di un atomo porta a velocità enormi, di circa 900 chilometri al secondo.
Queste alte velocità fanno si che l’atomo appaia come una sfera rigida, proprio come avviene per un’elica in rapida rotazione la quale appare come un disco. E’ molto difficile comprimere ulteriormente gli atomi e ciò dà alla materia l’aspetto solido familiare.
Un altro aspetto caratteristico degli stati atomici è che si possono descrivere completamente con un insieme di numeri interi, chiamati “numeri quantici”, i quali indicano la posizione e la forma delle orbite elettroniche.
Il primo numero quantico è il numero dell’orbita; due ulteriori numeri precisano la particolare forma dell’onda elettronica nell’orbita e sono in rapporto con la velocità e con l’orientamento della rotazione dell’elettrone.
Comportamenti probabilistici, particelle che reagiscono muovendosi al confinamento in zone limitate di spazio, atomi che si spostano da uno “stato quantico” a un altro, essenziale interconnessione di tutti i fenomeni: queste sono alcune delle insolite caratteristiche del mondo atomico.
D’altro canto la forza fondamentale che da origine a tutti i fenomeni atomici è ben nota e la si incontra facilmente nel mondo macroscopico: è la forza di attrazione elettrica tra il nucleo atomico carico positivamente è gli elettroni carichi negativamente.
L’azione reciproca fra questa forza e le onde elettroniche dà luogo all’enorme varietà di strutture e di fenomeni del nostro ambiente: è responsabile di tutte le reazioni chimiche e della formazione delle molecole, cioè degli aggregati di più atomi legati tra loro dalla mutua attrazione.
L’interazione tra gli elettroni e i nuclei atomici è quindi il fondamento di tutti i corpi solidi, liquidi e gassosi, e anche degli organismi viventi e di tutti i processi biologici a essi collegati.
Tratto dal libro il Tao della fisica di Fritjof Capra – La nuova fisica cap. 4 – Ed. Adelphi
