Scienza e vita: ecco le 10 leggi che tutti dovremmo conoscere

Scienza 10 leggi

La scienza è radicata nella nostra vita: dal principio del galleggiamento dei corpi alle teorie sull'Universo e a quelle dell'evoluzione, ecco 10 leggi che tutti noi dovremmo conoscere, fosse solo perché siamo qui e anche involontariamente abbiamo "obbedito" a loro e continuiamo a farlo.

1. Teoria del Big Bang

14 miliardi di anni fa tutto l'immenso Universo era concentrato in un unico punto, e ha accumulato talmente tanta energia da esplodere, liberando un'enorme quantità di materia, che si è espansa e che continua a farlo.

La Teoria del Big Bang ('Grande Scoppio'), elaborata da Edwin Hubble, Georges Lemaitre e Albert Einstein, impossibile attualmente da dimostrare in modo inconfutabile ma che ha avuto diverse conferme indirette, cerca di spiegare le origini di tutto e di rispondere, quindi, alla più antica domanda dell'uomo: "Da dove veniamo?".

2. Legge dell'Espansione Cosmica

Il grande scoppio ha fatto esplodere l'Universo, e i suoi componenti, che sono diventati poi pianeti e stelle, avevano talmente tanta energia da viaggiare a grande velocità, allontanandosi gli uni dagli altri ed espandendo lo spazio che li circondava. Se la Teoria del Big Bang è vera è probabilmente vera anche la Legge dell'Espansione Cosmica, elaborata da Hubble.

Lo scienziato ha anche quantificato questa velocità di "allontanamento", teorizzando che v = H0 x distanza, dove H0 è una costante (ovvero un numero), detta di Hubble, e per distanza si intende quella della galassia di interesse da un'altra presa come riferimento.

3. Leggi di Keplero sul moto dei pianeti

Ma come si muovono i pianeti attorno al Sole? Da sempre infatti diamo per scontato che ci sia il giorno e la notte e che l'anno si divida in aree temporali diverse per clima e ore di sole, chiamate stagioni. Ma che giro fanno i corpi celesti "spenti"? Keplero, nel XVII secolo lo stabilì, pubblicando le sue 3 leggi che da allora sono diventate un cardine dell'astronomia.

Lo studioso ha innanzitutto dimostrato che le orbite dei pianeti intorno al Sole sono ellittiche (ovvero sono dei cerchi "schiacciati") e che il Sole occupa uno di due punti caratteristici detti fuochi; inoltre, se uniamo immaginariamente un pianeta con il Sole, questa linea percorrerà aree uguali in tempi uguali, quindi il pianeta, quando è più lontano dal Sole, va più lento, come illustrato nella figura, dove gli spicchi hanno la stessa superficie, ma l'arco corrispondente sull'ellisse viene percorso dal pianeta a velocità diverse; e infine che tutti i pianeti compiono un anno in base a quanto distano dal Sole, perché il rapporto tra il periodo che impiegano per compiere un giro e questa distanza è fisso.

Keplero

4. Legge della Gravitazione Universale

Siamo abituati al concetto che se lasciamo qualcosa in sospeso questo cade per terra, e sappiamo che questo è dovuto alla forza di gravità, che si sprigiona dalla terra e che attira a sé qualunque cosa. Ma non era così scontato che questa misteriosa forza fosse esercitata reciprocamente. Newton ha dimostrato infatti che tutti i corpi si attirano, ma questa forza dipende dalla loro massa in modo diretto e dalla loro distanza al quadrato in modo inverso.

Da ciò segue che una massa molto grande attira più fortemente una massa molto piccola di quanto succeda nel caso inverso (ecco perché noi siamo attratti dalla Terra e non viceversa) e che questa "calamita" universale è tanto più decisa quanto più i corpi sono vicini. La legge fu chiamata di Gravitazione Universale perché niente fa eccezione.

5. Relatività Generale di Einstein

L'Universo si espande, e le masse si attraggono l'una all'altra, ma c'è di più. La sola presenza di una massa, in qualsiasi punto dello spazio, induce una modifica su di esso. Immaginiamo di prendere un telo e di tenerlo agganciato per il lati, sospeso a terra. Se ci mettiamo sopra un oggetto, il telo modificherà la sua forma: in particolare si formerà una curva. Stessa cosa, secondo Albert Einstein, avviene nel firmamento. Ma poiché per il grande fisico tedesco lo spazio non è solo spazio ma spazio-tempo, anche questo è curvo.

La teoria, da lui stesso definita come la cosa più difficile della sua carriera e che oggi è alla base di tutte le leggi della cosmologia, non fu però subito accettata, tanto che il premio Nobel fu assegnato ad Einstein per tutt'altro lavoro, da molti considerato oggi di ben minore impatto (l'effetto fotoelettrico).

6. Le Leggi del Moto di Newton

Tutto quello che vediamo, con il quale ci confrontiamo e che sperimentiamo in ogni momento della nostra vita obbedisce a tre leggi fondamentali, elaborate da Newton più di 300 anni fa e che spiegano come un corpo si muove e in un certo senso anche perché.

Innanzitutto un corpo si muove solo se qualche forza agisce su di lui, e, se si sta muovendo, smette di farlo solo per lo stesso motivo. Se lanciamo una biglia su un pavimento questa inizierà a camminare, ma poi tenderà a rallentare fino a fermarsi perché su di lei agisce una forza chiamata attrito, che si genera dal contatto tra la biglia e il pavimento sul quale si trova e che la trattiene. Ma in un mondo dove questo non c'è continuerebbe a rotolare in linea retta all'infinito.

Queste forze, di cui spesso parliamo, si possono calcolare, sia nella loro intensità, sia nella direzione e verso nei quali agiscono. Newton ha infatti dimostrato che F = m x a, dove m è la massa del corpo e a la sua accelerazione, ovvero la variazione della sua velocità. Infine, cosa piuttosto familiare ma forse non così scontata, ad ogni azione corrisponde un'altra uguale e contraria. Se, per esempio, spingiamo con una mano una porta, anche la porta spinge verso la nostra mano, cosa che ci porta a "sentire" la forza che applichiamo noi.

7. Leggi della Termodinamica

Nella storia ci sono state poche leggi più discusse e travagliate di quelle della Termodinamica, ovvero lo studio di come funziona l'energia in un sistema, che si tratti di un motore o il centro della Terra. Il fisico inglese C.P. Snow disse a questo proposito:

I. Non si può vincere

II. Non si può pareggiare

III. Non ci si può ritirare dal gioco

Non si può vincere perché l'energia complessiva è sempre costante, e pari alla somma di calore e lavoro. Si può trasformare l'una nell'altra ma mai superare quella somma (I Legge). E in questo recinto fisso non è possibile nemmeno percorrere tutte le strade, perché non è possibile trasformare tutto il calore in lavoro, cosa che comporta avere sempre delle perdite, quindi nemmeno nessun pareggio (II Legge).

E, ahinoi, nemmeno possiamo ritirarci perché, se qualche sistema raggiungesse la temperatura più bassa possibile, chiamata zero assoluto, non si avrebbe più alcuna forma di energia: tutto fermo, immobile. E questo, è impossibile (III Legge). Alla termodinamica non si sfugge, quindi meglio sapere quali sono le regole.

8. Principio di Archimede (Galleggiamento dei Corpi)

"Eureka!", ovvero "Ho trovato!" gridò Archimede correndo fuori dalla vasca dove stava facendo il bagno. La leggenda vuole che il famoso matematico siracusano riuscì a dimostrare che l'orafo del Tiranno aveva tentato di imbrogliare il suo sovrano, costruendogli una corona non del tutto in oro massiccio come lui aveva chiesto. Sembra che l'ispirazione gli fosse venuta proprio facendo il bagno, sentendo la spinta dell'acqua verso di lui.

Ogni corpo del tutto o parzialmente immerso in un fluido (liquido o gas) riceve una spinta dal basso verso l'alto (che tende a farlo galleggiare) pari al peso del volume di fluido spostato per immersione del corpo, dimostrò Archimede.

Nonostante la corona e il lingotto d'oro che doveva servire all'orafo per costruire la corona avessero lo stesso peso, questa spostava una quantità di fluido maggiore, perché l'artigiano disonesto l'aveva fatta anche con materiali meno nobili dell'oro, che avevano volume maggiore. Legge quanto mai presente nella vita quotidiana, dunque.

Archimede

9. Teoria della selezione naturale

Legge che potrebbe essere considerata crudele, la Teoria della Selezione Naturale, elaborata dal biologo Charles Darwin sostiene che la diversità biologica che contraddistingue il nostro pianeta sia dovuta ad un processo naturale di selezione degli organismi più adatti all'ambiente. Essendo questo profondamente mutato nei secoli e nelle ere storiche, ha generato specie e caratteri totalmente differenti, nonché fatto soccombere alcuni di loro.

La legge, oltre ad essere tuttora oggetto di dispute scientifiche, è stata anche tristemente strumentalizzata per avallare teorie prive di fondamento, che sostenevano la superiorità di alcune razze rispetto ad altre. Un motivo in più per capirne a fondo i principi, ben lontani dal concetto di superiorità, ma fondati su più eque considerazioni sull'adattamento alla natura: secondo Darwin non sopravvive il più forte, ma il più adatto, e questo può cambiare se mutano le condizioni ambientali.

10. Principio di indeterminazione di Heisemberg

Siamo passati dall'immensamente grande (le teorie sull'Universo) a quello che sperimentiamo tutti i giorni nella nostra vita quotidiana (Da Newton ad Archimede). È giusto dare uno sguardo anche all'immensamente piccolo: cosa succede nel più profondo intimo della materia? Gli scienziati che all'inizio del '900 elaborarono le teorie della meccanica quantistica sconvolsero le menti di tutti i fisici contemporanei, ormai convinti di non aver altro da scoprire e forti del loro sapere, che consideravano assoluto e incontrovertibile.

Nel regno di atomi e molecole invece niente è certo, niente si può dimostrare con certezza e niente è scontato. E non solo per mancanza di mezzi, ma perché ci sono delle leggi che lo vietano del tutto. Heisemberg, in particolare, stabilì come sia impossibile conoscere contemporaneamente la posizione e la quantità di moto di un elettrone, una proprietà vicina alla sua velocità.

In poche parole se ne conosciamo la posizione non potremo sapere la sua traiettoria, e viceversa. Niente leggi certe, ma elaborazioni statistiche. Nell'immensamente piccolo, quindi, la teoria sovrana è il calcolo delle probabilità.

Roberta De Carolis

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