Dove si parla della luce e di come si capisce che le stelle si allontanano tra loro

102-Calore

Allora fermiamoci un attimo e non somministriamo più calore alla sostanza. La materia che stiamo esaminando, se noi non le avessimo rotto le scatole con il nostro calore, sarebbe rimasta lì senza dare fastidio a nessuno. E si perché la materia inanimata non da fastidio a nessuno, ma nemmeno vuole che gli si rompano le scatole. E infatti non appena noi la lasciamo perdere, non vede l’ora di cedere di nuovo quel calore che noi le abbiamo dato, ne cede un po’ di meno di quello ricevuto perché la differenza è servita agli atomi per muoversi. Fatto sta che, in men che non si dica, la nostra sostanza ritorna nel suo particolare stato di “quiete”, il calore viene ceduto all’esterno, gli atomi rallentano la loro corsa e tutto torna come prima. Ma vediamo cosa succede, invece, se continuiamo a somministrare calore alla nostra sostanza. Piccolo esempio: prendiamo un pezzo di ferro, magari con una molla per proteggerci le mani, mettiamolo sul fuoco e notiamo che dapprima si riscalderà ed emanerà calore, poi, ad un certo punto diventerà rovente  e dopo ancora addirittura incandescente, cioè emanerà una luce rossa. La temperatura è salita a tal punto che il calore è diventato visibile, tanto da non chiamarsi più calore, ma luce. E’ nata cioè la luce!!!. 

E allora è necessario andare a vedere cosa è successo all’interno della materia, cosa è avvenuto di tanto strano da provocare la nascita della luce. Diamo uno sguardo allora, all’interno della materia e finalmente sapremo la verità. Il perché della nascita di questo fenomeno che ora è diventato visibile è presto detto. Intanto avevamo lasciato le onde ad una certa lunghezza. Continuando nel processo di riscaldamento la lunghezza delle onde è diminuita  e la frequenza naturalmente  è aumentata a tal punto che siamo arrivati al rosso di quel famoso spettro. Infatti, continuando a somministrare calore, gli atomi finiranno per impazzire, a causa di questa perturbazione così violenta, e la loro stabilità relativa andrà a farsi friggere. La prima cosa che succede è che gli atomi, già per loro conto in preda a movimenti violentissimi con frequenti urti reciproci, cominceranno a perdere elettroni. Ricordate i vari strati su cui sono disposti gli elettroni? E allora gli elettroni dello strato più esterno voleranno fuori dall’atomo, quelli dello strato immediatamente sottostante se ne andranno su quello superiore e così via, man mano che si liberano posti nei vari strati, arrivano elettroni da sotto pronti ad occupare gli spazi vuoti. Questo succede perché l’elettrone, acquistando energia, dal calore che noi gli stiamo somministrando, non si trovano più bene dove stanno e quel surplus di energia li fa balzare ad un livello maggiore. Ma  la materia, e questo vale anche per gli elettroni, preferisce la quiete o meglio il suo particolare stato di quiete, che come ho detto non è riposo totale.

103-Atto di nascita

Avviene allora una vera e propria guerra, a un certo punto, tra noi che col nostro calore cerchiamo di scompaginare tutta la composizione atomica della sostanza, e gli elettroni che tentano di tornare al loro posto. E in effetti per una frazione infinitesima di tempo essi riescono a riprendere il loro posto originario, prima però di volare di nuovo via. Però se volando via essi assumeranno energia dall’esterno, quando tornano al proprio posto essi restituiranno l’energia che avevano acquistato e la restituiranno sotto forma di luce. La frequenza di quelle onde di cui era composto il calore è diventata così alta, la lunghezza d’onda così corta che siamo entrati nel campo della luce visibile, dopo il rosso. Il famoso spettro poi, ci dice che se la frequenza aumenterà e la lunghezza d’onda si accorcerà ulteriormente, si passerà attraverso tutti i colori dello spettro e poi si avranno i raggi ultravioletti, i raggi x e i raggi gamma che sono pieni di energia con una frequenza altissima e una lunghezza d’onda cortissima, che noi, proprio come gli infrarossi non vediamo, ma ne percepiamo in qualche modo  gli effetti. Così nasce la luce, quella cosa che corre a quella velocità pazzesca e che noi possiamo riprodurre anche a casa nostra, come abbiamo visto con l’esempio del ferro, ma soprattutto perché ci basta  accendere una lampadina. Premendo uno degli interruttori che abbiamo a parete, non facciamo altro che far passare corrente nel filo e dare energia a quel sottile filamento che sta dentro la lampadina. Gli atomi di quel filamento impazziscono,  perdono gli elettroni che tornano subito al proprio posto restituendo subito dopo l’energia che avevano acquisito. 

E così il filamento diventa incandescente. Tutto questo succede anche all’interno delle stelle che sono delle lampadine enormi. Esse si accendono perché qualcuno, o meglio qualcosa le riscalda, come abbiamo fatto noi con il pezzo di ferro. Esse in effetti si riscaldano da sole perché è il loro stesso peso a provocare calore. La grande massa di cui sono dotate non fa altro che premere su se stessa tanto grande è il suo peso. E allora cosa succede sotto, al centro di questa massa  a causa di questo enorme peso degli strati esterni? Piccolo esempio se chiudiamo la mano a pugno e ci soffiamo dentro con forza cercando di vincere la pressione dell’aria succede che la mano si riscalda. Quindi con l’aumentare della pressione dall’esterno l’aria dentro il pugno si è riscaldata. Ma ora immaginiamo l’enorme perso della materia di cui è composta una stella. Ebbene questo peso provoca un riscaldamento tale, che dal semplice calore si passa, grazie al movimento vorticoso degli atomi a soprattutto degli elettroni che saltano di qua e di là,  alla emissione di luce visibile. Quindi, per dirla in due parole il calore è una questione di atomi che cozzano tra loro, la luce è una questione di elettroni che saltano da una orbita all’altra. Abbiamo così visto l’atto di nascita della luce. Da quel momento essa prende a correre nello spazio infinito e a seconda della sua intensità  e della grandezza della sua fonte arriva più o meno lontano.

104-Il fischio del treno

Noi siamo bombardati da queste fonti luminose, e non solo di giorno in cui il sole la fa da padrone, ma anche di notte, con tutti quei puntini luminosi che ci guardano da distanze più o meno enormi. La notte restiamo affascinati  da quella immensità di fonti luminose, ma di una cosa non ci accorgiamo e non potrebbe essere altrimenti. Non ci accorgiamo cioè del fatto che questi puntini luminosi si allontanano inesorabilmente da noi. Lo spazio infatti, si dilata e le stelle si allontanano tra loro. Vorrei cercare ora di spiegare come si è giunti a questa constatazione, o meglio quale è la prova sicura di questa continua dilatazione che avviene dall’epoca del Big Bang e non si è più fermata. Anche questo allontanamento tra le stelle avviene secondo regole ben precise. Non è un moto caotico, chi in una direzione, chi in un’altra, le galassie si allontanano tra loro con un movimento ben preciso. Per dirne una, gli scienziati hanno visto che la velocità con cui esse si allontanano aumenta man mano che aumenta la distanza. Pensiamo un po’ in venti miliardi di anni quanta strada devono aver fatto!! La sola nostra galassia ha un diametro di centomila anni luce cioè un miliardo di miliardi di chilometri. E’ stato calcolato per esempio che una galassia che dista da noi 4 miliardi di anni luce, si allontana da noi alla velocità di 80 mila chilometri al secondo. Galassie più vicine ovviamente si allontaneranno da noi a velocità minori. Ma come si fa a capire che queste galassie si allontanano? Dunque quando osserviamo una galassia, praticamente osserviamo la luce che essa manda in tutte le direzioni, e quindi anche verso di noi. Se la galassia si allontana è chiaro che si allontanerà da noi la fonte di quella luce. Quindi il problema è capire se la fonte di quella luce che arriva a noi si stia allontanando o avvicinando o non addirittura stia ferma, rispetto a noi. Facciamo un salto indietro. La materia e quindi gli elettroni sono fatti di onde e corpuscoli. Anche la luce fa parte della materia in quanto non è che un fascio di elettroni, ed è fatta di onde, così come il suono. Ora queste onde si comportano in maniera particolare. Però per poter capire questo comportamento forse è meglio parlarne prima applicandolo al suono, in quanto risulta più intuitivo. 

Esempio, se io sto fermo alla stazione e aspetto che passi un treno…solo così per vederlo passare. Lo vedo da lontano e quello, per farsi sentire comincia a fischiare. Ora immaginiamo che invece di fare un fischio ogni tanto, faccia un fischio unico fino a che arriva in stazione dove ci sono io….e anzi anche oltre. Allora questo fischio lo sentirò sempre più forte, fino a che arriverà in stazione, poi lo sentirò sempre più piano, fino a non sentirlo più. Ma il suono in effetti arriva a me attraverso delle onde, le onde sonore. E allora immaginiamo una serie di onde che dal treno, quando è ancora lontano, arriva fino a me, basta disegnare delle onde, cioè una linea ondulata. Se il treno stesse zitto la linea sarebbe diritta. Ora che succede a questa specie di molla che va dal treno a me, mentre lui si avvicina?

 105-Dopo il rosso

Mentre il treno di cui abbiamo parlato si avvicina a noi e fischia, succede che le onde sonore si schiacciano e da larghe diventano sempre più strette. Questo significa che il suono avvicinandosi a me aumenta e le onde si fanno sempre più strette. Nella luce è lo stesso. Quando la sorgente di luce si avvicina, le onde che arrivano a noi si schiacciano, mentre se la sorgente si allontana, le onde si allargano. Sempre continuando nella analogia con il suono quando le onde si schiacciano il suono diventa più acuto, più forte. Nella luce, quando la sorgente che la manda si avvicina, diventa più forte. Ma che significa che la luce diventa più forte? Quando abbiamo parlato dell’arcobaleno, cioè dello spettro di colori che forma la luce stessa, abbiamo visto che da una parte c’è il rosso e dall’altra il violetto, per riferirci alla luce visibile al nostro occhio. Questo perché sia dall’una che dall’altra parte ci sono altre componenti della luce che non vediamo ma di cui sentiamo gli effetti. Avevamo detto che da una delle due parti e cioè oltre il violetto i raggi erano più forti, più pieni di energia, più duri, tanto che qui troviamo gli ultravioletti che possono fare venire i tumori della pelle e i raggi x capaci di trapassare persino le nostre ossa. Ora dal violetto fin verso questi raggi le onde saranno più strette. Il contrario succede dall’altra parte cioè dopo il rosso, le onde si allargano fino quasi a diventare una linea appena appena ondulata. E da questa parte ci sono prima le microonde, quelle dei forni, e poi le onde radio. Tutte onde deboli, molto larghe per così dire. Adesso si tratta solo di chiudere il cerchio. Questo di cui abbiamo parlato si chiama spettro, cioè lo spettro dei vari componenti della luce, al centro una serie di colori, di qua il rosso e di qua il violetto. Dopo il violetto i raggi più forti e quindi le onde più strette, dopo il rosso i raggi più deboli e quindi le onde più larghe. Considerando allora tutte questa gamma di componenti della luce possiamo dire che il centro è dove c’è il giallo. Infatti se noi osserviamo una sorgente di luce ferma con dei particolari strumenti si registrerà una luce gialla. Se la sorgente si avvicina e, come succede nel treno che si avvicina, le onde si fanno più strette, si registrerà una luce viola. E, finalmente se registriamo una luce rossa, vuol dire che le onde si fanno più larghe il che sta a significare che la sorgente di luce osservata si sta allontanando. Ed è questo quello che succede da molto tempo a questa parte, cioè da quando osserviamo le stelle…che registriamo sempre una luce rossa, qualsiasi stella, qualsiasi galassia osserviamo. 

Rosso, quindi sinonimo di onde larghe, sinonimo di allontanamento. E’ chiaro che se la fonte della luce, cioè la stella, stesse ferma, noi vedremmo una luce gialla e se si avvicinasse,  una luce violetta. Tutto questo dimostra che le galassie, le stelle e i pianeti si allontanano progressivamente tra loro, con una velocità che, come dicono gli esperti, aumenta con l’aumentare della distanza. Proprio come si allontanano le uvette in un plum cake che sta lievitando.