La domanda di Richard Feynman

Richard Feynman, premio Nobel per la fisica del 1965, è probabilmente il più grande fisico della fine del XX secolo. Dotato di eccezionali capacità di divulgazione, tenne lezioni diventate un classico per gli studenti di fisica, trascritte dai suoi allievi in varie raccolte.Una domanda fondamentale che pose una volta suonava circa così:

Se, a causa di un qualche cataclisma, si perdesse ogni conoscenza scientifica tranne una, quale sarebbe l’affermazione con il massimo contenuto di informazione, nel minimo numero di parole?

Scartò le formule più note, come l’equazione di Einstein E=mc2, che esprime il contenuto di energia di un corpo di massa m, oppure l’aumento di velocità di quella stessa massa, quando sottoposta ad una sollecitazione esterna F=ma. Infatti queste formule, per quanto universali, non hanno conseguenze al di fuori del loro ambito di applicazione.

Feynman pensò piuttosto ad un’affermazione che risaliva alle antiche teorie dei filosofi naturali greci, gli atomisti Democrito e Leucippo e la sua risposta alla sua domanda fu quindi “la materia è fatta di atomi”. Le implicazioni di questa consapevolezza sono vastissime e profonde. Feynman lo dimostra prendendo ad esempio l’acqua, in cui tre atomi, due di idrogeno ed uno di ossigeno, formano l’unità costituente, la molecola di acqua, poco più grande dell’atomo di ossigeno.Gli atomi sono troppo piccoli per poter essere osservati con i microscopi, basti pensare che, se ingrandissimo una goccia d’acqua alle dimensioni dell’Europa, una molecola sarebbe grande come la goccia originaria. 

A questo punto, si possono giustificare i fenomeni principali che osserviamo con l’acqua.

L’acqua allo stato liquido è un insieme di molecole che si attirano blandamente. Il vapore d’acqua è la condizione in cui le molecole, a causa della velocità con cui si muovono, sfuggono all’attrazione reciproca e formano un sistema disordinato, in cui ognuna si muove indipendentemente dalle altre.Nello stato liquido, le molecole l’acqua, le cui molecole non sono legate rigidamente le une alle altre, scorre come la sabbia in una clessidra. L’acqua tuttavia non evapora rapidamente, perché le molecole un po’ si attraggono tra loro. Raffreddando l’acqua, le molecole rallentano e la forza di attrazione prevale, trasformandola nel solido che chiamiamo ghiaccio. La forma complessa delle molecole non permette loro di incastrarsi perfettamente le une nelle altre e quindi nel ghiaccio restano degli interstizi microscopici. Presentando delle lacune al suo interno, il ghiaccio è meno denso, come un pezzo di groviera che pesa meno di un pezzo di parmigiano con lo stesso volume. Per questo motivo, il ghiaccio galleggia sull’acqua, a differenza dei solidi comuni che affondano quando immersi nel proprio fuso.Come insegna Galileo, il requisito principale di una teoria è riuscire a dar conto di tante osservazioni diverse, giustificandole tutte in modo convincente.

La teoria atomica spiega di tutte le osservazioni senza dover introdurre ipotesi ad hoc neanche per l’acqua che, per quanto comune, è un sistema con un comportamento molto anomalo.