Autore: lowenergies

Abbiamo detto in precedenza⁽²⁾ che la configurazione degli elettroni “quasi liberi” dell’acqua, rispetto agli elettroni di valenza dei metalli lascia gli elettroni in prossimità degli atomi di appartenenza e consente ai domini di coerenza di oscillare; ecco perché l’oscillazione è possibile per l’acqua ma non per i metalli. E’ come se l’acqua stesse al confine fra gli isolanti e i conduttori anzi, in generale si comporta come un ottimo isolante (per liberare l’elettrone dell’idrogeno occorrono ben 13,6 eV⁽³⁾) ma quando si trova nella configurazione di elettroni “quasi liberi” si comporta come un ottimo conduttore ⁽⁴⁾. Lo stesso meccanismo che consente la formazione dei domini di coerenza consente anche coerenze di più alto livello dove numerosi domini di coerenza (da circa 1/10 di micron ciascuno) oscillano coerentemente tutti insieme. Siccome il numero di configurazioni possibili per ciascun dominio di coerenza è elevatissimo, anche le possibili coerenze sono tantissime e tali da formare una gerarchia di livelli di gruppi di domini ognuno avente la propria frequenza caratteristica di oscillazione. Tutto questo significa che sono sufficienti piccoli salti energetici per consentire all’acqua – simultaneamente con frequenze numerosissime tutte diverse fra loro – di oscillare da una configurazione all’altra⁽⁵⁾ consentendo di produrre campi elettromagnetici risultanti assai complicati. In sintesi, l’ambiente circostante cede all’acqua energia (disordinata) che viene utilizzata dall’acqua per generare (grazie agli elettroni “quasi liberi”) domini di coerenza che generano a loro volta domini di domini, che a loro volta generano domini di domini di domini, fino ad arrivare a domini delle dimensioni di una balena….. I domini di coerenza sono sistemi ordinati e ordinanti che prendono energia dall’ambiente circostante disordinato e disordinante. Ecco che i domini di coerenza realizzano proprio quei sistemi dissipativi (di cui parla Prigogine) in grado di generare spontaneamente ordine⁽⁶⁾. E’ come quando, soffiando aria “disordinata” su un clarinetto ne esce un suono “ordinato”.  Ecco un esempio tangibile (come quello dei metronomi⁽⁷⁾) di riduzione spontanea dell’entropia, di creazione di ordine partendo dal disordine ⁽⁸⁾.

I domini, essendo coerenti non decadono (permangono per tempi lunghissimi) e nel frattempo, nel corso del tempo, se ne aggiungono continuamente degli altri. La “somma” (meglio dire sovrapposizione) di eccitazioni coerenti è anch’essa un’eccitazione coerente ma, esattamente come avviene con tutti i tipi di onde quando sono coerenti le intensità aumentano e le energie aumentano di conseguenza⁽⁹⁾. Stiamo parlando di un fenomeno tipico delle basse energie⁽¹⁰⁾: anziché agire con veloci trasferimenti di grandi quantitativi di energia (alte energie), qui abbiamo un grandissimo numero di piccolissimi trasferimenti (contemporanei o sequenziali) di energia che (non trattandosi di sistemi dissipativi) si accumulano nel tempo aumentando così via via il quantitativo di energia trasferito. Ecco un esempio: per trasportare un grosso carico da Roma a Parigi posso decidere di fare un solo trasporto di breve durata, oppure tantissimi piccoli trasporti sia contemporanei sia sequenziali.  

In definitiva gli esseri viventi, grazie a questo meccanismo consentono la trasformazione dell’energia incoerente dell’ambiente circostante in energia coerente⁽¹¹⁾.  Ciò ha un effetto ordinante sull’attività biochimica in quanto, grazie al fatto che la creazione della coerenza è accompagnata da un campo elettromagnetico che oscilla ad una data frequenza, esiste un teorema in elettrodinamica (teorema della coerenza elettrodinamica quantistica⁽¹²⁾) che dice che se ho un campo elettromagnetico esteso che oscilla con una certa frequenza “X” e prendo due molecole, di cui una che oscilla con frequenza “Y” e l’altra che oscilla con frequenza “Z”, tra queste 2 molecole si stabilisce una forza che dipende dai valori delle tre frequenze che, in generale è una forza assai piccola (trascurabile), ma che diventa grande (e qui importante) nel caso in cui le tre frequenze coincidono. In virtù di questo teorema, se due molecole risuonano alla stessa frequenza di un dominio di coerenza entro cui transitano, queste molecole si attraggono anche se si trovano a grandi distanze fra loro. La massima distanza che consente questo meccanismo è la distanza del dominio di coerenza. Tale attrazione le fa incontrare e reagire⁽¹³⁾. Questa reazione produce energia che viene assorbita dal campo elettromagnetico. L’energia prodotta dalla reazione biochimica fa cambiare frequenza al campo. La nuova frequenza attiva molecole biochimiche che si trovano alla nuova frequenza e che reagiscono fra loro. In questo modo ottengo una sequenza di reazioni biochimiche in grado di auto-regolarsi perché ogni step (reazione) di questa sequenza di reazioni definisce univocamente quale sarà lo step (reazione) successivo. Questa spiegazione risolverebbe un mistero della biologia molecolare, infatti in questo modo un gran numero di processi biologici vengono ricondotti a sequenze ordinate di reazioni biochimiche. Ad esempio, per spostare con una mano un bicchiere da una posizione “1” ad una posizione “2”, occorre che la molecola “A” reagisca con la molecola “B”, poi che la molecola “C” reagisca con la “D”, poi che la molecola “E” reagisca con la “F”, ecc. per una sequenza di milioni di reazioni biochimiche. Solo alla fine di questa lunghissima sequenza di reazioni il bicchiere si troverà nella posizione “2”. Affinchè tutto ciò avvenga occorre che la molecola “A” reagisca con la molecola “B” e solo con essa, che la molecola “C” reagisca con la “D” e solo con essa, che la molecola “E” reagisca con la “F” e solo con essa, ecc. Occorre anche che tutte le molecole di tutte le reazioni della sequenza, nessuna esclusa, si riconoscano tra loro e si incontrino per reagire nonostante si trovino distanti l’un l’altra^{(13) (14)}. Inoltre le reazioni devono essere estremamente veloci: lo spostamento del bicchiere avviene in pochi secondi e, in questi pochi secondi devono poter avvenire milioni di reazioni biochimiche in sequenza^{(13) (14)}. Infine l’intero processo deve essere pressochè esente da errori affinchè avvenga lo spostamento del bicchiere e non tutt’altra azione. Dico “pressochè esente da errori” e non “esente da errori” perché mentre un algoritmo di software consente ad un braccio artificiale di un robot di eseguire lo spostamento del bicchiere sempre esattamente allo stesso modo, ciò non avviene nel caso di movimenti biologici. Nemmeno il più virtuoso violinista mai esistito riuscirebbe ad eseguire un brano musicale sempre esattamente allo stesso modo: tra un’esecuzione e l’altra ci sono sempre anche minime differenze che rendono ciascuna esecuzione unica. Questo è un altro requisito fondamentale affinchè ci possa essere evoluzione. Stiamo immaginando un’evoluzione assai diversa da quella teorizzata da Darwin; Darwin pretende che tra una miriade di eventi disordinati e disordinanti, stocasticamente ogni tanto ne avvenga qualcuno ordinato e ordinante che generi evoluzione: qui abbiamo il caso invece che tra una miriade di eventi ordinati e ordinanti ogni tanto ci sia qualche evento disordinato ma anch’esso ordinante che cambia la sequenza di eventi facendola evolvere verso un’altra direzione. Tale nuova direzione può risultare un vicolo cieco oppure un nuovo filone evolutivo.

In definitiva, per la chimica l’incontro delle molecole affinchè reagiscano è casuale; nel nostro caso invece non può essere casuale perché richiederebbe troppo tempo e perché potrebbe portare a reazioni completamente diverse da quelle della sequenza stabilita. L’agente chimico che consente tutte queste condizioni e soprattutto che impedisce le reazioni biochimiche indesiderate è l’acqua. Il codice di riconoscimento che consente le corrette reazioni chimiche e non altre è la frequenza di oscillazione.

Gianfranco Pellegrini

Torino, 2 settembre 2018

(1) Ilya Prigogine (Mosca, 25 gennaio 1917 – Bruxelles, 28 maggio 2003) è stato un chimico e fisico russo naturalizzato belga, molto noto per le sue teorie sulle strutture dissipative, i sistemi complessi e l’irreversibilità. Ricevette nel 1977 il premio Nobel per la chimica per le sue teorie riguardanti la termodinamica applicata ai sistemi complessi e lontani dall’equilibrio. Nel pensiero di Prigogine ha un’importanza cruciale il concetto di entropia, ovvero il secondo principio della termodinamica: ogni processo naturale, infatti, è irreversibile e tende ad aumentare la sua entropia (e quella dell’ambiente in cui si trova). Anche il tempo, in quanto successione di stati sempre diversi, deve essere concepito come irreversibile, ed è soggetto a sua volta a entropia. Tuttavia in natura esistono organismi viventi in grado di auto-organizzarsi diminuendo la propria entropia a discapito dell’ambiente, vincolati a un maggior o minor disordine entropico. A partire da queste considerazioni, Prigogine e altri studiosi (tra cui Francisco Varela, Harold Morowitz ed Enzo Tiezzi) hanno cominciato a gettare un ponte tra la fisica, la chimica, l’ecologia e le scienze sociali, per studiare tali settori non separatamente ma come sistemi tra loro interagenti. Per questa ragione Prigogine è considerato uno dei pionieri della cosiddetta scienza della complessità. Negli ultimi anni Prigogine lavorò alla matematica dei sistemi non-lineari e caotici e propose l’uso dello spazio di Hilbert allargato in meccanica quantistica come possibile strumento per introdurre l’irreversibilità anche nei sistemi quantistici. . (Da Wikipedia).

(2) Per approfondimenti si veda anche il mio articolo precedente “I domini di coerenza dell’acqua”.

(3) Per riuscire a liberare un elettrone dall’atomo di idrogeno (cioè fornire 13,6 eV) per effetto termico occorre scaldare di ben 158.000 K !!!. Per approfondimenti si veda anche il mio articolo precedente “I domini di coerenza dell’acqua”.

(4) Devo accennare a due fenomeni naturali apparentemente strani. I fulmini non riescono a formarsi se l’umidità relativa dell’aria non è sufficientemente elevata (a parte i casi di concomitanza con tempeste di sabbia, bufere di neve, nuvole di polvere vulcanica, “fulmini a ciel sereno”). Ma se l’acqua, come l’aria è un ottimo isolante come fa a consentire la propagazione del fulmine ? La differenza di potenziale fra superficie terrestre e ionosfera è di ben 200/500 kV a cui corrisponde una densità di corrente di soli 2 pA/m² (2 millesimi di miliardesimo di Ampere al m²). La differenza di potenziale è garantita da un’attività temporalesca 30/100 fulmini/secondo (circa 5.000.000 di fulmini al giorno). Nessuna delle due attuali ipotesi sul meccanismo dei fulmini (teoria convettiva e teoria gravitazionale) è in grado di spiegare adeguatamente il meccanismo dei fulmini. Magari la spiegazione a entrambe queste problematiche può essere trovata ipotizzando che l’attrito dell’acqua dovuto alle forti correnti ascendenti/discendenti favorisca la configurazione degli elettroni “quasi liberi”.

Altra questione non sufficientemente spiegata: se noi (e più in generale tutti gli esseri viventi) siamo fatti d’acqua e l’acqua è un ottimo isolante perché prendiamo la scossa ? Magari perchè i domini di coerenza oscillano fra una configurazione non eccitata e una di elettroni quasi liberi.

Approfondiremo questo argomento più in là quando parleremo di legame a idrogeno, acqua interfacciale, quarta fase dell’acqua.

(5) La sovrapposizione di oscillazioni a frequenze (e fasi) diverse è un tipico fenomeno della propagazione delle onde (sonore, marine, elettromagnetiche, quantistiche, sismiche, ecc.). Utilizzando le stesse formule (equazioni d’onda, battimenti, modulazioni, bande laterali, ecc.) e gli stessi strumenti matematici (trigonometria, esponenziali immaginari, serie e trasformate di Fourier) si riescono a studiare in dettaglio anche gli effetti delle simultanee oscillazioni dell’acqua a frequenze diverse.     

(6) Per approfondimenti su questi argomenti si suggeriscono i seguenti testi:

• R. Benkirane – La teoria della complessità, Bollati Boringhieri ,2007;
• I. Prigogine – Le strutture dissipative. Auto organizzazione dei sistemi termodinamici di non equilibrio, Sansoni 1982;
• I. Prigogine – Le leggi del caos, Roma-Bari 1992;
• J. Al-Khalili, J. McFadden. La fisica della vita– La nuova scienza della biologia quantistica, Bollati Boringhieri 2014;
• J. Gleick – Caos, BUR Saggi Rizzoli 2016.

(7) Si veda ad esempio il video https://you.be/u73T3FZp7kg; per maggiori approfondimenti si veda anche il mio articolo precedente “Basse energie e risposta inbound”.

(8) Gli evoluzionisti magari potrebbero prendere spunto da queste considerazioni per ricercare teorie alternative a darwinismo, neo-darwinismo, creazionismo …. dato che nessuna di queste teorie si sta dimostrando sostenibile.  

(9) Anche se la frequenza è la medesima, la differenza di fase fa sì che la sovrapposizione di funzioni sinusoidali pur rispettando il principio di sovrapposizione degli effetti da luogo a onde risultanti aventi intensità maggiore ma diversa dalla somma delle intensità, frequenza diversa dalla somma delle frequenze e fasi diverse dalla somma delle fasi. L’energia è proporzionale al quadrato dell’intensità e aumenta anch’essa anche se in modo ancor più complicato.

(10) Per approfondimenti si veda anche il mio articolo precedente “L’energia armoniosa”.

(11) Per approfondimenti si veda ad es. E. Schroedinger, Che cosa è la vita ? – La cellula vivente dal punto di vista fisico, Adelphi 1995

(12) QED Coherence in Matter, World Scientific, 1995 – Giuliano Preparata.

(13) I tempi e le distanze in gioco sono tali da non consentire di spiegare la realizzazione di queste reazioni biochimiche, a meno che non si abbandoni la convinzione che la realtà fisica sia descrivibile come un insieme di eventi localizzati nello spazio e nel tempo; per maggiori approfondimenti su questo punto si veda anche il mio precedente articolo “Superare il pregiudizio ontologico”.

(14) Il dominio di coerenza ha dimensioni dell’ordine di 1/10 di micron, un monosaccaride ad es. ha dimensioni pari a circa 0,5 nm (200 volte più piccola): è come se due corpi di dimensioni di un metro dovessero interagire a 200 m di distanza !!

Lo stato di coerenza (1) è facilmente ottenibile a condizione che esista un “mezzo” che consenta agli oscillatori di “comunicare” tra loro. Uno dei tanti esempi interessantissimi di come raggiungere lo stato di coerenza può essere visto in youtube all’indirizzo https://www.youtube.com/watch?v=u73T3FZp7kg dove 32 metronomi sono messi in oscillazione in modo casuale: tutti con fasi diverse fra loro, ma tutti alla stessa frequenza. Dopo circa 4 minuti dal movimento iniziale, oscilleranno tutti in fase e mantenendo rigorosamente la medesima frequenza comune. Ciò è possibile perché i metronomi sono tutti appoggiati ad un ripiano in grado anch’esso di oscillare. È proprio il ripiano a “comunicare” a tutti i metronomi quale deve essere la fase comune della sincronizzazione. Utilizzando l’analogia dei metronomi “auto-sincronizzanti”, nell’universo il vuoto (il vuoto quantistico, non quello classico !!) costituisce il “supporto mobile e oscillante” che consente “l’auto-sincronizzazione” di tutto ciò che esiste (ossia di tutto ciò che oscilla) nell’universo; se si preferisce, il vuoto quantistico è il “mare” (con moto ondoso regolare) su cui l’esistente “galleggia” (oscillando verticalmente come farebbe un tappo di sughero). Negli esseri viventi, il “ripiano” (o se vogliamo il mare) è costituito dall’acqua(1).

Per ottenere un effetto amplificante non solo occorre avere la medesima frequenza di tutti i corpi oscillanti ma, a meno di multipli di 2π, è altresì necessario che oscillino tutti con la medesima fase (concordanza di fase) (2): in parole povere l’amplificazione richiede anche la coerenza perché l’accordatura non è sufficiente. Raggiungere lo stato di coerenza consente scambi energetici ordinati (antientropici) e non dispersivi. Se avessimo momentaneamente la possibilità di eliminare le “alte energie” disordinate e “disordinanti”, percepiremmo un mondo costituito da una moltitudine di oscillazioni di ogni tipo in grado di scambiarsi mutuamente “basse energie” ordinate e “ordinanti”. Il mondo delle basse energie si manifesta armonioso e cooperativo rispetto a quello delle alte energie che premia la competizione e la disarmonia. Oscillazioni a frequenze diverse (ovviamente non multiple di 2π) consentono nello stesso luogo scambi di energia simultanei e non sovrapposti (3).

La fisica di Newton e Galileo ci insegna che il moto di un corpo può essere modificato solo da una forza esterna al corpo (principio di inerzia). Chi avrebbe potuto impartire la forza esterna iniziale capace di animare “in principio” i corpi dell’universo? Da questa semplice osservazione si può facilmente constatare che non c’è molta differenza tra fisici classici e uomini di fede !! I fisici quantistici che accettano di scartare la dichiarazione n. 3 di Bell(4) e che dunque sono disposti a sostenere che la realtà fisica non debba necessariamente essere descrivibile come un insieme di eventi localizzati nello spazio-tempo (e dunque sono disposti a superare il principio di inerzia) accettano l’idea che i corpi possano “auto-animarsi”. In base a questa affermazione, apparentemente, la fisica quantistica sarebbe in grado di fare a meno di Dio, a meno di non trasformare il Dio “esterno ai corpi” in un “Dio interno i corpi” capace cioè di “auto-animarli”; in questo senso, l’affermazione: “Dio è nei cieli, in terra e in ogni luogo” verrebbe meglio specificata: “Dio è nei cieli, in terra e in ogni corpo … .. dentro ogni corpo”. Con questa visione della fisica, la trascendenza “invade” persino l’immanenza “comprendendola”.

I fisiologi tedeschi Weber e Feckner hanno enunciato una legge secondo cui la risposta a uno stimolo non è proporzionale all’intensità dello stimolo, bensì al logaritmo dello stimolo. Ciò significa che se lo stimolo è inferiore a 1, il logaritmo diventa negativo, cioè la risposta allo stimolo diventa negativa ma, ancor peggio, minore è lo stimolo, più la sua risposta tende a meno infinito! (5) Cosa significa “risposta negativa”? Significa “in entrata” (inbound) mentre risposta positiva significa “in uscita” (outbound) – da non confondere rispettivamente con implosione versus esplosione. In base a questa legge, nella fisica delle basse energie sembrerebbe che uno stimolo basso, invece di generare effetti esterni e distruttivi, genererebbe effetti interni, “mutanti”, “costruttivi” ” e ” ordinati”. Mutazioni genetiche? Non so, ma è certo che più entrano in gioco le basse energie, più aumentano le “mutazioni costruttive” (costruttive nel senso di Prigogine, cioè antientropiche)(6). Coloro che operano nel campo delle onde elettromagnetiche sostengono che le energie coinvolte sono minime e quindi innocue: secondo la legge logaritmica di Weber e Feckner, proprio perché sono molto basse potrebbero avere effetti molto grandi !! I vecchi telefoni avevano bisogno di molta (alta) energia che scaldava l’orecchio, ma si trattava di risposta “innocua” e debole “in uscita” (outbound). Non è che ora che consumano meno possono avere una forte risposta “in entrata” (inbound) ?

Torino, 28 agosto 2018

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) Per approfondimenti vedi anche il mio articolo precedente “I domini di coerenza dell’acqua”.

(2) Per approfondimenti vedi anche il mio articolo precedente “Tutto oscilla”.

(3) Per approfondimenti vedi anche i miei articoli precedenti “Tutto oscilla” e “L’energia armoniosa”.

(4) In questo nuovo millennio sempre più fisici quantistici accettano questa scelta logica. Per maggiori approfondimenti vedi anche il mio articolo precedente “Superare il pregiudizio ontologico”.

(5) Per approfondimenti vedi anche il mio articolo “Il principio di minimo stimolo”. Chiamando con R la risposta allo stimolo e S lo stimolo, abbiamo R/α = ln(S/So) con α costante di proporzionalità ed So un valore particolare dello stimolo la cui risposta è nulla .

(6) Per approfondimenti vedi anche il mio articolo “Il sogno di Prigogine”.

In generale tutte le oscillazioni relative alle molecole costituiscono un sistema incoerente⁽¹⁾ e solo in certe condizioni limitate a uno spazio più o meno grande che contiene un certo numero di molecole – detto dominio di coerenza – è possibile ottenere uno stato di coerenza.

Nel caso dell’acqua, l’oscillazione che dà origine allo stato di coerenza si verifica tra una configurazione (non eccitata) in cui gli elettroni sono tutti fortemente legati alla molecola e una configurazione (eccitata) in cui un elettrone per ogni molecola risulta “quasi libero”.  Attenzione perchè “quasi libero” non significa “totalmente libero”, come ad esempio nel caso dei metalli. Nei metalli infatti, gli elettroni si allontanano enormemente dalle molecole di appartenenza originali. Ad esempio, in un cavo elettrico in rame a sezione ridotta, gli elettroni (di valenza) relativi agli atomi all’interno della sezione “migrano” naturalmente verso la periferia della sezione (cioè nell’area di confine tra rame e isolante), quindi, se l’atomo ha le dimensioni di un decimilionesimo di millimetro e il raggio della parte in rame è uguale ad un esempio ad un millimetro, la distanza fra gli elettroni di valenza che appartengono agli atomi situati al centro del cavo è dieci milioni di volte la dimensione dell’atomo di appartenenza; è come se, mentre giochiamo a ping pong, la pallina si allontanasse dal tavolo di gioco di 40 km !!!! Se al cavo viene applicata una tensione alternata⁽²⁾, gli elettroni si muovono alternativamente avanti e indietro allontanandosi di distanze comprese tra 1 e 10 micron dalla posizione di riposo iniziale. Se la tensione è continua, l’elettrone si sposterebbe sempre di più con una velocità di deriva compresa tra 0,1 mm/s e 1 mm/s; è come se la pallina da ping pong si allontanasse di 40 km al secondo per tutta la durata della tensione esercitata sulle estremità del cavo elettrico !!!.

Diversamente dal caso dei conduttori, nel caso dell’acqua nello stato eccitato a cui ho accennato prima, gli elettroni sono “quasi liberi” e quindi, rispetto al caso dei metalli, sebbene liberi, rimangono molto vicini alla molecola di appartenenza.

Un altro aspetto che voglio sottolineare è che nella configurazione non eccitata della molecola d’acqua rispetto alla configurazione “quasi libera”, per liberare un elettrone ci vuole un’energia pari a 13,6 eV⁽³⁾, corrispondente a riscaldare l’acqua fino a 158.000°C⁽⁴⁾ oppure a bombardarlo con raggi ultravioletti ad alta frequenza (quasi raggi X)⁽⁵⁾ !!! Si tratta un’energia enorme e dunque stiamo parlando di una configurazione estremamente stabile. Queste considerazioni ci indicano che l’oscillazione che dà origine a uno stato coerente passa da una condizione di estrema stabilità in cui l’acqua si comporta come un eccellente isolante elettrico a una configurazione completamente opposta (conduttore eccellente).

Qual è la frequenza (e quindi la lunghezza d’onda) corrispondente a questa oscillazione coerente? La lunghezza d’onda è pari a 0,1 micron (pari a un decimillesimo di millimetro) e quindi la frequenza è pari a 300 PHz (300 mila miliardi di cicli al secondo). L’intera banda della radiazione ultravioletta è compresa tra 400 nm e 10 nm (749 THz e 30 PHz) e dunque una lunghezza d’onda pari a 0,1 micron = 100 nm è inclusa nella banda dell’ultravioletto. Pertanto la radiazione di base in grado di creare questo stato di oscillazione coerente sugli elettroni dell’acqua appartiene alla banda ultravioletta.

Che dimensioni ha il dominio di coerenza? È approssimativamente uguale alla lunghezza d’onda del campo elettromagnetico che dà origine alla fluttuazione, ovvero 0,1 micron. Quindi tutte le molecole d’acqua contenute in uno spazio avente un raggio di circa 0,1 micron, se attivate dalla radiazione ultravioletta con una frequenza di 300 PHz, oscillano in modo coerente. Poiché la molecola d’acqua ha un diametro medio dell’ordine di 1 Ängstrom (un milionesimo di millimetro) e la dimensione del dominio di coerenza è 0,1 micron (un decimillesimo di millimetro), un dominio di coerenza è pari a circa mille volte la dimensione della molecola d’acqua; per fare un confronto, se la molecola d’acqua avesse un diametro di un metro, il dominio di coerenza avrebbe un raggio di 1 km.

Infine, un’ultima domanda: quante molecole d’acqua ci sono in un dominio coerente? Un dominio di coerenza contiene circa 20 milioni di molecole⁽⁶⁾.

A questo punto abbiamo tutti gli ingredienti che ci permetteranno di approfondire gli effetti dell’interazione tra la radiazione ultravioletta e gli elettroni delle molecole d’acqua e meravigliarci per le sue incredibili conseguenze.

Gianfranco Pellegrini

Torino 30/08/2018

Note

(1) Significa che le molecole oscillano con diverse fasi coprendo, nell’insieme, statisticamente e mediamente l’intera gamma di possibili sfasamenti. Sappiamo che gli spostamenti di fase multipli di 2π risultano in fase con i corrispondenti spostamenti di fase tra 0 e 2π; per esempio, spostamenti tra oscillazioni uguali a α, α + 2π, α + 4π, α + nπ sono tutti in fase tra loro, quindi l’intervallo di spostamenti di fase che sono di interesse per l’analisi è solo quello tra 0 e 2π.

(2)   Per le considerazioni che seguono si consideri una velocità media di deriva degli elettroni compresa tra 0,1 e 1 mm/s e una frequenza di rete pari a 50 Hz (cioè una semi-frequenza pari a 100 Hz).

(3)   Questa energia può essere calcolata facilmente partendo dal principio di Eisenberg.

Da questo principio si evince che l’ordine di grandezza della quantità di moto sarà approssimativamente uguale a p≈h/r.

L’energia cinetica dell’elettrone sarà quindi uguale a mv²/2= p²/2m = h²/2mr² mentre il l’energia potenziale sarà uguale a -q_pq_e/4πε₀r. Quindi l’energia totale sarà uguale a

dove:

– h è la costante di Planck pari a 6,626 x 10^-34 J • s

– m è la massa elettronica pari a 9.109 x 10^-31 kg

– q_p e q_e sono rispettivamente le cariche di elettrone e protone pari a 1.602 x 10^-19 C

– r è la distanza dell’elettrone dal nucleo incognita.

Per trovare la distanza più probabile ricaviamo l’energia rispetto alla distanza e la uguagliamo a 0 per trovare la distanza minima di energia:

Ponendo dE/ dr = 0 otteniamo r₀ = 0.528 x 10^-10 m = 0.528 Ängstrom (chiamato raggio di Bohr) che rappresenta il raggio della superficie sferica di massima probabilità in cui trovare l’elettrone dell’atomo di idrogeno. A questo punto è sufficiente sostituire questo valore nell’equazione dell’energia e otteniamo E₀ = -13,6 eV (1 eV = 1,602176565 x 10^-19 J).

(4)   Considerando che 1 eV è uguale a 1.6 * 10^-19 J e che la costante di Boltzman è uguale a Kb = 1.38 * 10^-23 J/K, 13.6 eV corrisponde ad un incremento di temperatura uguale a circa 158.000 K ≈ 158.000 °C (visto l’elevato valore di temperatura in gioco, possiamo trascurare la traslazione di 273.15 K fra scala Kelvion e scala Celsius perché del tutto irrilevante).

(5)  Per la radiazione incidente l’energia corrispondente a 13.6 eV è uguale a hν essendo “ν” la frequenza della radiazione e “h” la costante di Planck uguale a 4.136 * 10^-15 eV. La frequenza necessaria per rilasciare questa energia corrisponde a 13.6 / 4.136 * 10^-15 = 3.29 * 10¹⁵, cioè circa 3 PHz. Tenendo conto che la banda dei raggi X inizia a 30 PHz vediamo che, pur essendo ancora nella banda degli ultravioletti, siamo molto vicini ai raggi X. Questo semplice calcolo ci fa osservare che gli UV non sono tutti uguali. Quelli naturalmente filtrati dall’atmosfera sono più vicini a λ = 400 nm (vicino alla banda visibile e quindi con energie non troppo elevate) ma è sufficiente scendere a soli 250 nm (la lunghezza emessa dai vapori di mercurio utilizzati per le lampade a vermicida è uguale a 254 nm) e tale radiazione è già in grado di distruggere i legami molecolari del DNA di microrganismi, producendo dimeri di timina nel loro DNA e distruggendoli, rendendoli innocui o impedendo la loro crescita e riproduzione. Nel nostro esempio stiamo parlando di 3 PHz corrispondenti a λ = 100 nm, quindi ben al di sotto dei 254 nm di vapore di mercurio.

(6)   Approssimando un dominio di coerenza con una sfera avente un diametro di 0,1 micron, il suo volume è pari a circa 5,2 * 10^-22 m³; la massa molecolare dell’acqua è pari a 18 kg / mole, quindi ogni m³ di acqua contiene 55.556 moli; ogni mole contiene 6,02 * 10²³ molecole, quindi ogni m³ di acqua contiene 3,34 * 10²⁸ molecole e quindi un dominio contiene circa 1,75 * 10⁷ molecole.

L’acqua è una sostanza straordinaria e mostra comportamenti anormali sotto molti punti di vista. Nel 2003 Martin Chaplin ha creato un sito che aggiorna costantemente dove descrive più di 70 comportamenti anomali dell’acqua suddividendoli in fase, densità, materiale, termodinamica, anomalie fisiche⁽¹⁾.

Le piccole dimensioni della molecola d’acqua, la sua leggerezza, l’elevata differenza di elettronegatività dei suoi atomi costituenti e l’angolo asimmetrico tra l’atomo di ossigeno e i due atomi di idrogeno spiegano quasi tutto il comportamento anomalo dell’acqua. L’apparente semplicità della molecola d’acqua non sembra giustificare l’incredibile capacità di favorire strutture e interazioni a un livello molto più articolato di organizzazione della materia molecolare.

La molecola d’acqua è composta da un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno. La distanza tra ciascun atomo di idrogeno e l’atomo di ossigeno è in media 0.9585 Ängström e i due atomi di idrogeno formano con l’atomo di ossigeno un angolo medio di 104,45 °. Parlo di valori medi perché nella molecola in realtà ci sono vari tipi di oscillazioni (allontanamento / avvicinamento degli atomi di idrogeno da/a quello di ossigeno, variazione dell’angolo tra l’atomo di ossigeno e i due di idrogeno, torsioni nelle tre direzioni dello spazio) che ci danno angoli e distanze in continua evoluzione. Per meglio inquadrare il problema, il diametro medio dell’atomo di ossigeno è di circa 1,2 Ängström e quello dell’idrogeno è di circa 1,06 Ängström (1 Ängström equivale a un decimilionesimo di millimetro o anche a un decimillesimo di micron).

Gli atomi che costituiscono la molecola d’acqua raggruppano due coppie di elettroni per formare una molecola di dipolo (questo perché l’attrazione esercitata dall’ossigeno è maggiore di quella esercitata dall’idrogeno). Questa dipolarità rende l’ossigeno elettronegativo e l’idrogeno elettropositivo e ciò consente l’esistenza di un legame covalente ad un angolo stabile (asimmetrico e oscillante attorno a 104,45 °). Inoltre questa dipolarità rende possibile il legame (chiamato legame “ponte idrogeno”) tra gli atomi di idrogeno di una molecola e gli atomi di ossigeno delle molecole adiacenti. Essendo un dipolo di dimensioni abbastanza grandi, la molecola d’acqua può essere influenzata da campi elettromagnetici esterni e molte anomalie dell’acqua sono attribuibili a queste caratteristiche, specialmente ai legami idrogeno che si formano e distruggono continuamente.

Sarebbe troppo lungo descrivere dettagliatamente uno per uno ogni singolo comportamento anomalo dell’acqua e spiegare le ragioni chimiche e fisiche di questo comportamento, per cui in questa sede accenniamo solo ad alcuni comportamenti anomali rimandando al lavoro di Martin Chaplin per ulteriori approfondimenti.

L’acqua ha proprietà idratanti uniche verso importanti macromolecole biologiche (in particolare proteine ​​e acidi nucleici) che determinano in soluzione le loro strutture tridimensionali e quindi le loro funzioni biologiche. Questa idratazione forma gel che possono subire reversibilmente le transizioni di fase gel-sol che sono alla base di molti meccanismi cellulari.

Sostanze come idrocarburi e grassi, essendo non polari, sono poco solubili o totalmente insolubili (sostanze idrofobiche) mentre altre (proteine, polisaccaridi, DNA indispensabili per il funzionamento cellulare) sono invece molto solubili (idrofile).

L’elevata velocità di rottura / ricostituzione continua dei legami idrogeno rende l’acqua meno viscosa.

L’alta costante dielettrica consente all’acqua di interagire facilmente con i campi elettromagnetici e di solubilizzare facilmente composti ionici o molto polari.

A causa delle sue piccole dimensioni che consentono alle molecole d’acqua di entrare tra uno ione e un altro o tra una molecola e l’altra, l’acqua è uno dei migliori solventi. Per fare solo un esempio, la costante reticolare di un cristallo di cloruro di sodio è pari a 0,564 nanometri (cinque decimilionesimi di un metro = cinque decimillesimi di micron); questo significa che la molecola d’acqua essendo cinque volte più piccola, può facilmente entrare nel reticolo cristallino del cloruro di sodio. Inoltre, a seconda della polarità degli ioni coinvolti, è in grado di interagire elettrostaticamente (o di formare legami idrogeno) generando forze che rompono la struttura cristallina (nel lessico chimico questo “assedio” degli ioni soluto da parte delle molecole d’acqua è chiamato solvatazione).

L’acqua è permanentemente presente sulla terra sia allo stato liquido, sia allo stato solido, sia allo stato gassoso (rendendo così possibile la vita sulla Terra così come la conosciamo).

È inodore, incolore e trasparente (quindi consente la fotosintesi delle piante acquatiche).

Il calore specifico dell’acqua è veramente molto alto (solo l’idrogeno, l’elio e poche altre sostanze hanno un calore specifico così elevato; ciò è dovuto al fatto che l’energia fornita alle molecole d’acqua quando viene riscaldata, oltre ad aumentare l’agitazione delle molecole, serve anche a rompere i legami a idrogeno (a partire dalla temperatura di liquefazione, quando la temperatura sale, i legami idrogeno iniziano a rompersi e si riducono man mano che la temperatura aumenta fino a scomparire totalmente quando l’evaporazione è completa). Questa caratteristica è molto utile per garantire una termoregolazione ottimale degli esseri viventi; inoltre sempre grazie a questa proprietà, la grande quantità di acqua presente nella superficie terrestre consente una buona termoregolazione climatica della terra.

Il calore latente di vaporizzazione dell’acqua è molto elevato a causa del fatto che, una volta raggiunta la temperatura di evaporazione, il 75% dei legami idrogeno è ancora presente; per gli stessi motivi, anche il calore latente di fusione è molto alto. Queste peculiarità sono importantissime per il clima sulla terra; infatti l’acqua grazie a questo alto calore latente può termoregolare le fluttuazioni di temperatura attenuandole.

Il ghiaccio è meno denso del 9% rispetto all’acqua ed è un ottimo isolante; grazie a queste proprietà il galleggiamento del ghiaccio nell’acqua consente la vita anche nelle zone polari della terra.

La molecola d’acqua è così piccola e così leggera che a conti fatti dovrebbe evaporare a -80°C e invece sulla terra, a seconda della pressione atmosferica, evapora tra 68°C e 100°C; per le stesse ragioni dovrebbe congelare -100°C e invece solidifica a 0°C; stranamente raggiunge la massima densità e il massimo grado di agitazione a 3,98 °C⁽²⁾.

Torino, 31 luglio 2018

Gianfranco Pellegrini

Note

(1) http://www1.lsbu.ac.uk/water/water_anomalies.html

(2)   Per maggiori informazioni si veda: Viktor Schauber – Anomalous point and state of indifference.

Sappiamo molto sulle energie “violente” (alte energie), proviamo ora ad analizzare meglio le energie “armoniose” (basse energie).

Se immaginassimo per un momento di liberarci dalle alte energie, vedremmo ogni cosa oscillare: onde elettromagnetiche, atomi, elettroni. In molti casi questo è molto difficile da percepire perché queste oscillazioni si mescolano tra loro e perché le oscillazioni non sono tutte uguali. È come nel mare agitato: diventa molto difficile distinguere le singole onde perché alcune sono più lunghe di altre (hanno una diversa lunghezza d’onda / frequenza), alcune sono più alte di altre (hanno intensità / energia diverse), alcune vengono prima e altre vengono dopo (hanno fasi diverse). Il mix di tutte queste onde perde completamente il senso del movimento ondulatorio e il mare assume un aspetto irrequieto. Matematicamente (attraverso gli sviluppi della serie di Fourier) è possibile studiare le onde disordinate risultanti in una combinazione di onde regolari. Un esempio interessante è quello delle onde sonore. Generalmente sentiamo rumori e non suoni. Con gli sviluppi della serie di Fourier è possibile scomporre le onde sonore disordinate che danno luogo a un certo effetto di rumore in una serie di onde elementari. Generando onde elettronicamente elementari con altezza e frequenza corrispondenti ai componenti di disturbo ma con sfasamenti di mezza lunghezza d’onda, è possibile generare interferenze distruttive tali da annullare tutti i componenti di disturbo. Le tecniche che sfruttano questo fenomeno consentono di ristrutturare brani musicali registrati molti anni fa, eliminare il rumore nelle registrazioni HI-FI, cancellare rumori fastidiosi, ecc.

L’elettrodinamica quantistica consente di studiare l’oscillazione delle onde elettromagnetiche generate da sorgenti esterne, particelle atomiche, nucleari e sub-nucleari e l’interazione tra onde e particelle.

Diventerebbe troppo lungo andare nei dettagli di questi argomenti molto affascinanti che consentono di spiegare fisicamente molti fenomeni di cui alcuni assai noti, altri meno. Ad esempio, molti fenomeni ottici (diffusione della luce, riflessione, assorbimento, polarizzazione, rifrazione, bi-rifrazione, effetto doppler, aberrazione, risonanza, visione dei colori, ecc.), raffreddamento laser, superconduttività, supersolidità, sono tutti fenomeni ben descritti dall’elettrodinamica quantistica. Fra tutti questi fenomeni, in particolare siamo interessati ad approfondire l’interazione tra la radiazione elettromagnetica e gli elettroni delle molecole d’acqua.

Ma prima di avventurarci in questo percorso, forse abbiamo bisogno di conoscere meglio la molecola d’acqua e scoprire, ad esempio, che l’acqua mostra almeno 70 anomalie rispetto ad altre sostanze.

In questo viaggio, forse lungo ma affascinante che ci accingiamo a compiere, incontreremo personaggi come Jean-Baptiste van Helmont e i suoi studi sul gas^(*), Rudolph Arthur Marcus e i suoi studi sull’electro-transfer, Enzo Tiezzi, Sven Jørgensen e Ilya Prigogine sull’oscillazione coerente di elettroni della molecola d’acqua “quasi liberi” nella loro interazione con il campo elettromagnetico di base, Luc Montagner e l’ormesi, Zengjorgj e la bioenergetica, Otto Einrich Warburg e la sostituzione di reazioni ossidoriduttive nei processi di  putrefazione, Gerald Pollack e la quarta fase dell’acqua, Ernst Heinrich Weber e Gustav Theodor Fechner e la scoperta della relazione logaritmica tra la risposta a uno stimolo e lo stimolo stesso, Mario Pincherle e la teoria di Zed, Emilio del Giudice e i domini di coerenza, ecc.

Torino, 28 luglio 2018

Gianfranco Pellegrini

(*) (Da Wikipedia) Il termine gas fu coniato da van Helmont nel 1630. Sembra derivare dalla trascrizione della sua pronuncia della parola greca χάος (chàos), che fece diventare geist; ma Weigand e Scheler hanno traslato l’origine etimologica nel gascht tedesco (fermentazione): così secondo molti, sarebbe stato inizialmente utilizzato dal chimico van Helmont per indicare la fermentazione vinosa. Lasciando da parte l’etimologia, sappiamo per certo che Van Helmont fu il primo a postulare l’esistenza di sostanze distinte nell’aria. Qualche anno dopo Boyle dichiarò che l’aria era costituita da atomi e da vuoto e solo dopo 140 anni le affermazioni di Boyle e van Helmont si dimostreranno vere.

In a conductor cable (not superconducting) crossed by electric current, intuitively it would seem that:

– the energy flow that generates the Joule effect has the direction of the cable axis

– the Joule effect is somehow caused by a sort of “friction” between the charges that move along the cable and the atoms of the material of which the cable is made

– the motion of the charges along the cable “thermally agitates” the atoms of the material of which the cable is made

– the potential difference has the purpose of “compensating” the energy loss due to the Joule effect, allowing the charges to move along the cable without “slowing down”.

According to Henry Poynting, the phenomena are completely different:

– the energy flow⁽¹⁾ that generates the Joule effect has a radial, not an axial direction and comes from the electromagnetic field surrounding the cable

– the Joule effect is somehow caused by a sort of “friction” between the electromagnetic energy coming from the field generated by distant charges and the atoms of the material of which the cable is made

– the interaction of the electromagnetic energy flow with the atoms of which the cable is made “thermally agitate” the atoms

– the potential difference has the purpose of “aspirating” the flow of energy coming from the surrounding electromagnetic field making it interact with the material of which the cable is made.

Starting from the general consideration that, for the conservation of energy, the temporal variation of the energy contained in a certain volume (let’s call it “A”) must equal the sum of the flow of energy leaving the surface that encloses the volume considered (let’s call it ” B ”) plus the work done on the matter contained in the volume considered (let’s call it“ C ”), in 1884 Poynting manipulates Maxwell’s equations and, with a series of mathematical passages, finds the three components of the equation A = B + C in function only of the electric field “E” and the magnetic field “B” (except for the constants “c” = speed of light and “ε₀” = dielectric constant).

Until the advent of electronic computers, physicists were frightened by the non-linear differential equations. For example, in the case that we are analysing, in addition to the Poynting deductions that lead to two simple equations exclusively containing the first two scalar products⁽²⁾ and the second a vector product⁽³⁾ there are theoretically possible infinite other solutions, all more complex than the one found from Poynting⁽⁴⁾.

The principle of Ockham’s Razor, by the philosopher William of Ockham, is famous: “The simplest solution is often the right one”. It is true, but not always.

Chaos theory teaches us that nature often enjoys using complex mechanisms that require complex theories to be studied.

Fortunately, with the advent of supercomputers, it has become easy to solve even extremely complex equations numerically. For example, in the case we are analysing, the solution of equations alternative to those of Poynting, could lead to phenomenological descriptions of the propagation of electromagnetic energy different from those deriving from the Poynting theory. It is then obvious that it will be only the experimental verification that objectively determines which of the various mathematical descriptions is the correct one.

Fortunately, with the advent of supercomputers, it has become easy to solve even extremely complex equations numerically. For example, in the case we are analysing, the solution of equations alternative to those of Poynting, could lead to phenomenological descriptions of the propagation of electromagnetic energy different from those deriving from the Poynting theory. It is then obvious that it will be only the experimental verification that objectively determines which of the various mathematical descriptions is the correct one. 

Turin (Italy)

Gianfranco Pellegrini

(1) the Poynting vector represents the energy flow in the unit of time (= energy in the unit of area and time).

(2) u = ε₀/2(E · E) + ε₀c²/2(B · B)

(3) S = ε₀c²(E X B)

In inglese per distinguere la velocità scalare dalla velocità vettoriale si utilizzano due parole diverse; infatti chiamano la prima “speed” e la seconda “velocity”. Traggo ispirazione da questa considerazione per sottolineare che per garantire che non ci siano cambiamenti (forze, variazioni di energia), non è sufficiente che la “speed” rimanga invariata, è anche necessario che la “velocity” resti costante. Infatti, anche se la “speed” rimane invariata, è sufficiente cambiare la direzione o l’angolo di movimento per poter asserire che la “velocity” è cambiata. Nel moto circolare uniforme la “speed” è costante mentre la “velocity” non lo è. Un punto che viaggia alternativamente tra due estremi di un segmento (anche immaginando che agli estremi avvengano passaggi istantanei da “velocità” + v a “velocità” -v o viceversa) è un altro esempio. Quindi i moti circolari, quelli oscillanti e, più in generale tutti i movimenti periodici, anche quando la “speed” si mantiene costante, generano cambiamenti di “velocity”.

In natura ci sono due manifestazioni di energia che coesistono e si manifestano in ogni luogo e in ogni situazione: una prima forma che chiamerei “forte” e una seconda forma che chiamerei “armoniosa”. La prima forma è in grado di “muovere” un grande “pacchetto energetico” una tantum e in un breve lasso di tempo, mentre la seconda è in grado di “spostare” ripetutamente (ciclicamente) e continuamente piccoli “pacchetti energetici”. La prima, per le sue caratteristiche, può essere solo “essoterica” mentre la seconda, per le sue caratteristiche è più “esoterica”.
L’energia “forte”, per manifestarsi spontaneamente, ha bisogno di un “Δ” di qualsiasi tipo (pressione, altezza, temperatura, ecc.) tanto che si potrebbe dire: “datemi un “Δ” e vi solleverò il mondo “^(*) e tale “∆” non necessariamente deve essere ciclico. La chiamo “forte” perché forme di energia come quella generata dalla combustione (e più in generale reazioni chimiche esotermiche), l’energia nucleare, l’energia generata da una turbina idraulica o da una turbina eolica, o quella generata dal moto ondoso, da eventi catastrofici. (vulcani, terremoti, cadute di meteoriti, ecc.) sono tutte forme di energia “violenta”, “distruttiva”, “entropica”.

Allo stesso tempo una forma di energia meno visibile e più “delicata” è sempre presente e, anche quando a volte viene definita “distruttiva”, al massimo riduce il suo effetto fino ad annullarlo e, in generale è sempre, almeno in parte, “costruttiva” e, soprattutto, antientropica. Questa forma di energia è l’unica in grado di spiegare bene gli scambi di energia relativi alla biologia, alla vita, all’evoluzione e, a mio modesto parere più in generale, anche inerenti altri aspetti quali quelli sociali, psicologici, ecc. Questa forma di energia è anche l’unica ad essere indipendente dalla “gabbia” spazio-temporale, in quanto ammette anche fenomeni non necessariamente legati alla sequenza causa-effetto.

Questa seconda forma di energia “armoniosa” è ben nota agli scienziati coinvolti nella meccanica quantistica e, più specificamente, nell’elettrodinamica quantistica. A mio avviso è ora di far chiarezza e di renderla nota a tutti.

Torino 26 luglio 2018

Gianfranco Pellegrini

(*) Secondo la leggenda Archimede di Siracusa pronunciò questa frase diventata famosa: “Datemi una leva e vi solleverò il mondo”.

In un cavo conduttore (non superconduttore) attraversato da corrente elettrica, intuitivamente sembrerebbe che:

• il flusso di energia che genera l’effetto Joule abbia la direzione dell’asse del cavo   
• l’effetto Joule sia in qualche modo causato da una sorta di “attrito” fra le cariche che si muovono lungo il cavo e gli atomi del materiale di cui è costituito il cavo
• il moto delle cariche lungo il cavo “agitino termicamente” gli atomi del materiale di cui è costituito il cavo
• la differenza di potenziale abbia lo scopo di “compensare” la perdita di energia per effetto Joule consentendo alle cariche di muoversi lungo il cavo senza “rallentamenti”.

Secondo Henry Poynting le cose stanno invece in maniera completamente diversa:

• il flusso di energia⁽¹⁾ che genera l’effetto Joule ha direzione radiale anziché assiale e proviene dal campo elettromagnetico circostante al cavo stesso  
• l’effetto Joule è in qualche modo causato da una sorta di “attrito” fra l’energia elettromagnetica proveniente dal campo generato da cariche lontane e gli atomi del materiale di cui è costituito il cavo
• l’interazione del flusso di energia elettromagnetica con gli atomi di cui è costituito il cavo “agitano termicamente” questi ultimi
• la differenza di potenziale ha lo scopo di “aspirare” il flusso di energia proveniente dal campo elettromagnetico circostante facendolo interagire con la materia di cui è costituito il cavo.

Partendo dalla considerazione generale che, per la conservazione dell’energia, la variazione nel tempo dell’energia contenuta in un certo volume (chiamiamola “A”) deve eguagliare la somma del flusso di energia uscente dalla superficie che racchiude il volume considerato (chiamiamolo “B”) più il lavoro fatto sulla materia contenuta nel volume considerato (chiamiamolo “C”), nel 1884 Poynting manipola le equazioni di Maxwell e, con una serie di passaggi matematici ritrova i tre componenti dell’eguaglianza A = B + C in funzione dei soli campo elettrico “E” e campo magnetico “B” (a meno delle costanti “c” =  velocità della luce ed “ε₀“= costante dielettrica).

Fino all’avvento dei calcolatori elettronici i fisici erano spaventati dalle equazioni differenziali non lineari. Ad esempio nel caso in esame, oltre alle deduzioni di Poynting che portano a due equazioni semplici contenenti esclusivamente la prima due prodotti scalari⁽²⁾ e la seconda un prodotto vettoriale⁽³⁾ sono teoricamente possibili infinite altre soluzioni, tutte più complesse di quella trovata da Poynting⁽⁴⁾.

E’ famoso il principio del Rasoio di Ockham, del filosofo Guglielmo di Ockham: “La soluzione più semplice, spesso, è quella giusta”. E’ vero, ma non sempre. 

La teoria del caos ci insegna che la natura spesso si diverte a utilizzare meccanismi complessi che, per essere studiati, richiedono teorie complesse.

Fortunatamente, con l’avvento dei supercalcolatori, è diventato agevole risolvere numericamente anche equazioni estremamente complesse. Ad esempio, nel caso in esame, la soluzione di equazioni alternative a quelle di Poynting, potrebbe portare a descrizioni fenomenologiche della propagazione dell’energia elettromagnetica diverse da quelle derivanti dalla teoria di Poynting. E’ poi ovvio che sarà solo la verifica sperimentale a determinare oggettivamente quale sia fra le varie descrizioni matematiche quella corretta.

Gianfranco Pellegrini

Torino 19/06/2019

Note

(1) il vettore di Poynting rappresenta il flusso di energia nell’unità di tempo ( = energia nell’unità di superficie e di tempo).

(2) u =  ε₀/2(E·E) + ε₀c²/2(B·B)

(3) S = ε₀c² (E X B)

(4) Infatti i fisici, hanno trovato anche altre formule alternative contenenti termini del secondo ordine (ad es. derivate seconde o derivate prime al quadrato).

Si sente spesso dire che il corpo umano è composto da circa il 70% di acqua. Va specificato che la percentuale indicata è la percentuale in peso. Cerco di chiarire il concetto con un semplice esempio. Il corpo umano (ma lo stesso vale per qualsiasi altro essere vivente) è costituito da molecole d’acqua, molecole inorganiche (ferro, fosforo, calcio, potassio, ecc.) e molecole organiche (carboidrati, grassi, proteine, ecc.). Rispetto all’intero peso corporeo, l’acqua rappresenta circa il 70% in peso, le sostanze organiche rappresentano circa il 30% in peso (negli alberi con tronco legnoso questa percentuale può salire anche oltre il 60% ma per la continuazione del nostro ragionamento poco cambia), mentre la quantità in peso delle altre sostanze inorganiche è trascurabile.

Da una stima approssimativa ho trovato che in media una molecola organica pesa circa 400 volte più di una molecola di acqua (non ho fatto un calcolo troppo preciso perché è inutile ai fini del ragionamento che voglio fare). Per fare un’analogia, una molecola di acqua paragonata ad una molecola organica è come un granello di sabbia di circa 1 mm³ di volume e circa 3 milligrammi di peso rispetto ad una pietra avente un volume di circa 4 cm³ (= 4.000 mm³) e pesante circa 12 grammi (= 12.000 milligrammi). Immaginiamo di prendere un recipiente (che nell’analogia rappresenta il nostro corpo umano) e riempiamola con 700 grammi di sabbia e 300 grammi di pietre. La domanda è la seguente: quanti granelli di sabbia e quante pietre ci saranno nel contenitore ? Una prima risposta è: 233.000 granelli di sabbia e 25 pietre. Una seconda risposta è: il 99,99% sono granelli di sabbia e solo lo 0,01% sono pietre.

Bene, nel caso del corpo umano possiamo dire esattamente la stessa cosa: il 99,99% sono molecole d’acqua e solo il restante 0,01% è costituito da molecole organiche, con la differenza che, mentre la molecola d’acqua è unica le molecole organiche sono di tantissime tipologie.

Chiunque abbia studiato un po’ di chimica sa che nelle reazioni chimiche è il numero di molecole coinvolte nelle reazioni ad essere importante e non la loro percentuale in peso. La prima domanda che sorge spontanea è: se siamo così “diluiti”, perché non siamo “pozzanghere”? Ad esempio, l’acqua di mare, è una soluzione assai meno diluita perchè contiene circa il 3,5% di molecole di sali e il 97,5% di molecole d’acqua; dunque il corpo umano con un risibile 0,01% di molecole organiche è assai più diluito.  Eppure l’acqua di mare è liquida mentre il corpo umano non lo è !!!

Da queste poche considerazioni si comincia a capire l’importanza che ha l’acqua nel corpo umano e, più in generale, negli esseri viventi. Ecco perché è fondamentale approfondire il ruolo dell’acqua per l’esistenza della vita.

All’inizio la fisica quantistica non era accettata da tutti i fisici anche se poi, agli scienziati della scuola di Copenaghen se ne sono aggiunti sempre di più. Un importante esempio di scienziato scettico nei confronti della fisica quantistica è Einstein che, insieme a Podolskj e Rosen, enunciò il seguente famoso paradosso: “Supponiamo di avere due particelle in risonanza tra loro perché frammenti di una singola particella che si è spezzata e i cui due frammenti si sono allontanati l’uno dall’altro; se le leggi della fisica quantistica fossero vere, potremmo dedurre che, operando su una delle due particelle, istantaneamente anche l’altra ne avvertirebbe l’effetto; ma questo non può essere perché violerebbe il principio di causalità: da questa conclusione possiamo dedurre che la fisica quantistica non può essere vera.”

In breve, Einstein – e con lui una minoranza di fisici del secolo scorso – hanno avuto paura di superare il concetto di causa ed effetto: è ciò che il professor Vitiello, con una definizione a mio avviso molto brillante, chiama “pregiudizio ontologico”.

In realtà, Bohr e tutti i fisici che difendevano la fisica quantistica hanno sempre risposto sostenendo che i risultati sperimentali confermavano la teoria senza andare oltre. Anche loro non hanno mai osato superare il concetto di causa ed effetto.

Finalmente nel 1964 John Stewart Bell enuncia questo teorema che, per me è uno stupendo capolavoro di logica:

“Il seguente insieme di 3 istruzioni è logicamente incompatibile nel senso che una delle seguenti 3 affermazioni deve necessariamente cadere:

1) la realtà fisica è descritta dalla fisica quantistica

2) la realtà fisica è suscettibile di descrizione oggettiva (cioè indipendente dall’osservatore)

3) la realtà fisica è descrivibile come un insieme di eventi localizzati nello spazio e nel tempo “.

Einstein e company preferirono respingere la dichiarazione n. 1). Bohr e company non volevano rinunciare alla spazio-temporalità e hanno preferito scartare la dichiarazione n. 2) sostenendo che l’osservatore influenza l’esperimento facendogli perdere l’oggettività (principio di indeterminazione di Eisemberg).

Un esempio di fenomeno esclusivamente quantistico è quello che dà luogo alla superconduttività.

Il cavo superconduttore più grande del mondo, installato su un asse nord-sud nell’infrastruttura LIPA di Holbrook, USA, è lungo ben 600 metri e a pieno carico è in grado di trasportare 574 MVA, sufficienti a fornire elettricità a 300.000 appartamenti !! Le dimensioni di questo cavo sono tali da non consentire più di affermare che gli elementi coinvolti nei fenomeni quantistici sono così piccoli da essere influenzati dal laboratorio.

Come rispondere al teorema di Bell in casi come questi ?

Finalmente in questo nuovo millennio – a partire da David Boehm – i fisici hanno iniziato a scartare l’enunciato n. 3) aprendo così la strada alla sincronizzazione degli eventi a distanza e al superamento della spazio-temporalità !!! Una vera rivoluzione copernicana che supera il pregiudizio ontologico !

Si tratta di un risultato enorme infatti, con la caduta di questo pregiudizio, la strada per la fisica si apre a concetti come la bilocazione, la sincronizzazione degli eventi a distanza (superando così il limite di velocità della luce), ecc.