Vuoto

Il vuoto ha una tale quantità di accezioni che elencarle tutte sarebbe impossibile; se poi si dovessero considerare anche le sue sfumature si rischierebbe davvero di perdersi: se lo zio protesta perché il suo bicchiere è vuoto, ha ragione se si riferisce al suo contenuto liquido; tuttavia contiene dell’aria, e magari ancora qualche residuo di ghiaccio! Capiamo bene che il vuoto vuoto da un punto di vista fisico e ideale ha una complessità maggiore di quel che potrebbe sembrare rispetto all’uso quotidiano che facciamo del termine. A partire dalla domanda se esiste.

Ad esempio, attingendo a un’idea molto pura di vuoto, nella logica matematica esiste il concetto di insieme vuoto, un insieme che non contiene alcun elemento. Non contenendo alcunché, non è possibile costituire un altro insieme vuoto che sia distinguibile dal primo, quindi in sostanza di insiemi vuoti ce n’è uno solo. Dunque mettendo insieme il fatto che l’insieme vuoto contiene zero elementi, e che di insiemi vuoti ne esiste uno, otteniamo niente meno che lo zero e l’uno: quanto basta per creare tutta la matematica!

Ora, mentre la carriera scientifica del vuoto nella logica matematica inizia solo nel XIX secolo, la sua entrata in scena in fisica è ben precedente, risalendo almeno al filosofo Democrito che, verso il IV secolo a.C., immagina che la materia sia fatta di atomi che si muovono liberamente nel vuoto, e si aggregano in modo da formare tutte le cose esistenti. Una visione estremamente moderna, che infatti verrà subito messa a tacere da altri filosofi, almeno sulla base di ragionamenti ontologici: poiché l’Essere è il principio cardine di tutte le cose, il vuoto, che è il Non-essere per eccellenza, viene automaticamente aborrito.

C’erano anche motivi fisici per rifiutarlo, in base alle credenze dell’epoca. Ad esempio, secondo Aristotele la velocità di caduta dei gravi è tanto maggiore non solo quanto più è pesante l’oggetto, ma anche quanto meno è denso il mezzo in cui avviene la caduta. Un sasso cade più velocemente nell’aria che nell’acqua; quindi se un sasso cadesse nel vuoto, che ha densità nulla, la sua velocità di caduta sarebbe infinita, il che è assurdo – dunque il vuoto non può esistere.

Il vuoto verrà trascurato come oggetto d’indagine per duemila anni, venendo rifiutato ancora da Cartesio, mentre Galileo lo tiene quantomeno in sospetto; ma un suo collaboratore, Evangelista Torricelli, nel 1644 fa un esperimento dirompente: riempie con del mercurio una provetta di vetro lunga un metro e la capovolge in modo che l'imboccatura rimanga immersa in una bacinella contenente lo stesso materiale. Il risultato è noto: il livello del mercurio nella provetta scende fino a portare in equilibrio la forza generata dalla pressione atmosferica con il peso del mercurio; e la grande scoperta è il volume della provetta in alto, non più riempito da mercurio: che cosa ci può essere lì dentro? Assolutamente niente, lì è stato creato il vuoto!

L'esperimento di Torricelli fa il giro dell'Europa in brevissimo tempo, anche perché è relativamente facile da replicare. E qui entra in gioco un personaggio pirotecnico: Otto von Guericke, politico, giurista e scienziato tedesco. Nel 1650 inventa la prima pompa in grado di creare il vuoto, una specie di pompa per biciclette con il funzionamento invertito, tale cioè da aspirare l’aria anziché comprimerla, e si rende subito conto delle enormi forze che la pressione atmosferica può generare. Trova modi molto scenografici per dimostrarle: ad esempio fa costruire due semisfere in bronzo, le unisce grazie ad una guarnizione e produce il vuoto al loro interno. Messe quattro coppie di cavalli a tirare da ciascun lato, non fu possibile separarle; ma poi, fatta rientrare l'aria all'interno, si separano da sé!

A parte questi trucchi per impressionare la gente, von Guericke fa esperimenti più seri. Il primo riguarda il fatto che gli animali, nel vuoto, non sopravvivono; poi scopre che nel vuoto il suono non si propaga, ma la luce sì, creando non pochi grattacapi agli scienziati che ancora stanno tentando di spiegarne la natura.

La pompa del von Guericke, dicevamo, era poco più che una pompa per biciclette, in grado di fare solo un vuoto grossolano. Oggigiorno si riescono viceversa a produrre dei vuoti paragonabili a quello dello spazio interstellare, con pochi atomi residui per unità di spazio. Ma è vero vuoto?

Per vuoto si dovrebbe intendere uno spazio in cui non c’è alcuna forma di massa né energia; ma qui subentra il Principio di Indeterminazione di Heisenberg. Secondo questo principio, dire che in una regione di spazio non esiste alcuna forma di energia è un’asserzione troppo poco indeterminata: qualcosa deve esserci, per forza. Nel vuoto si verifica infatti un continuo ribollire di particelle effimere, che si creano e si annichiliscono a vicenda, in modo da far sì che il principio di indeterminazione non venga mai violato. Esistono varie prove sperimentali che queste particelle virtuali esistono davvero; dunque il vuoto contiene sempre un minimo di energia, che contribuisce (non si sa ancora esattamente in che misura) all’espansione dell’Universo!

C’è da meditarci su, facendo il vuoto nella mente, mentre nella nostra esperienza di vita addomestichiamo il concetto e ci affaccendiamo intorno a bottiglie, scatole, mani vuote, discorsi vuoti di teste vuote, viaggi a vuoto… Ma avevano davvero ragione gli antichi, a dire che il vuoto non esiste?