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Come si pesa un atomo? SCANDAGLI NEL MONDO MOLECOLARE Come si pesa un atomo? La centomilionesima perle di uh grammo, un milionesimo di grado-calore, un milionesimo di millimetro, un decimiliardesimo di ampère • Sembra impossibile individuare quantità così microscopiche, eppure l'uomo vi è riuscito Il progresso tecnico, in paralelo perfetto col progresso scientifico, esige la misura sempre più precisa di grandezze infinitamente piccole, siano esse dei pesi, delle correnti elettriche, dei suoni o luci debolissimi. Non è soltanto l'amore per l'esattezza che spinge 11 fisico, l'ingegnere, il biofogo a raffinare via via le loro misure; si tratta di indagare fenomeni che si svolgono su una scala piccolissima, addirittura molecolare, e la cui spiegazione può aversi soltanto « misurando » l'infinitamente piccolo e non soltanto « rilevandolo»; non v'è, infatti, possibilità di enunziarc leggi naturali se queste non sono la conseguenza di rigorose misure. L'importanza del problema è tale che molti laboratori non si occupano che di misure d'alta precisione perfezionando, creando nuovi strumenti e nuovi campioni di riferimento. Si vuol sapere quanto è grosso un atomo, quanto pesa, quanto tempo impiega un proiettile ad attraversare una lastra di acciaio o quanta energia a scrivere al nostro orecchio da un bisbiglio lontano. La meccanica dell'evanescente Per allestire le carte geografiche esistono nastri di metallo non dilatabile coi quali si misurano le « basi » geodetiche di chilometri senza commettere d'errore probabile di un milionesimo; i compa ratori a microscopio misurano lunghezze con la precisione del de cimillesimo del millimetro. Belli sono ì cronografi che a mezzo di nastri registrabili ci danno il millesimo del minuto secondo, intervallo di tempo fra due fenomeni vicinissimi che l'orecchio non saprebbe registrare. Lo stroboscopio, poi, arresta l'attimo fuggente col permetterci di vedere con tutto comodo il pulsare delle valvole, il passo di un trottatore, lo sbattere delle ali d'una libellula. Vi sono dispositivi elettrici vari per esempio il tubo di Braun.a raggio catodico, che permettono di apprezzare la centesima parte del milionesimo di minuto secondo! Nel campo della meccanica e della fisiologia interessa spesso conoscere il valore di forze picco lissime, per es. l'attrazione che una massa risente da un nucleo sotterraneo metallico, oppure la variazione della tensione superficiale del sangue; servono ottimamente le- bilance di torsione dove un filo sottilissimo è costretto torcersi d'un angolo sensibile (che viene letto mediante indice) dalla forza da misurare; anzi, questa viene moltiplicata con l'intervento d'una leva, tanto che il suo effetto ne risulta ingrandito. Si arriva al milionesimo del grammoMa ci si può spingere assai adi là: lina delle forme più delicate che impiega fili sottili di quarzo e un sistema mobile, pesante in tutto due milligrammi, presenta sensibilità tale da doversi esprimere con la millesima parte demilionesimo di grammo! Tutti questi apparecchi debbono venir conservati in scatole er metlche e maneggiati da abili spe a o . l e o n a l rimentatori. Vi sono oggi bilance] del tipo classico con giogo e piatti che raggiungono la spettacolosa, cifra dì un grammo diviso per cento milioni. Basta però in campo una domanda interessante: come fa il fisico a pesare gli atomi, dato che di ciascuno egli ormai ci dichiara il peso con precisione e sicurezza assolute? La pesata qui è indiretta perchè la fisica moderna ha dato modo di conoscere quanti atomi ci sono in un centimetro cubo di materia; un gas ne contiene la cifra di -27 seguita da 18 zeri. E siccome il peso di un centimetro cubo, è ben noto, basta dividere per questo sterminato numero e si avrà il peso d'un solo atomo. Così pure è indiretta la misura del diametro delle molecole, il quale diametro si esprime in centimetri scrivendo otto zeri prima del numero atteso. Sono stati sostanzialmente i raggi Roentgen d mezzi scrutatori degli edifici cristalli ni e appunto quei raggi danno modo di trovare le distanze che intercorrono fra gli atomi, regolarmente giustapposti nei cristalli in mirabili costruzioni architettoniche. Qui per concedere un po' di riposo alla mente del lettore, forse confuso d'essere stato trascinato in questo fantastico mondo dell'infinitamente piccolo, faremo osservare che tutta la popolazione della Terra, essendo costituita da circa due miliardi di individui, non è nemmeno paragonabile al numero di molecole d'aria che stanno racchiuse nel volume d'una nocciola; queste sono mille miliardi di volte più numerose! Nella termologia e nell'acustica Sarà bene, per aiutarci, ricordare che quando si scrive « un miliardo » bisogna mettere nove zeri, mentre per scrivere « un bilione » bisogna scriverne 12. Con questa premessa, passiamo nel dominio della termologia per esaminare infinitesime quantità di calore e gradi di temperatura. Già con termometri a grosso bulbo e tubi capillari assai fini si arriva ad apprezzare il millesimo di grado ma con le coppie termoelettriche e con i termometri a resistenza, sfruttando cioè la misura d'una debole corrente, si raggiunge la sensibilità del milionesimo di grado. Per riscaldare una tazza di caffè ci vogliono all'ingrosso 1600 Calorie; Una sola caloria è poca cosa per l'uomo comune. Ma -oggigiorno di fisico, il biologo in un microcalorimetro sanno misurarne la milionesima parte. Nella tecnica degli alti vuottroviamo pompe il cui grado dvuoto è quello di un'atmosfera divisa per mille milioni e troviamo del manometri capaci di misurare queste pressioni infinitesime. A proposito di pressioni, è depiù alto interesse constatare la enorme sensibilità del timpano umano che sa rilevare la pressione del milionesimo di grammo pecentimetro quadrato e i fisiologsanno dirvi che la soglia di sensom o e l a o r i sione sonora, espressa in watt per centimetro quadrato (ossia in energia che arriva al minuto se condo), va data con un numero preceduto da 18 zeri.. Per mille miliardi d'anni questa energia dovrebb'essere ricevuta .e assorbita da un bicchier d'acqua per produrre l'aumento di temperatura di un grado! Si pensi che l'ampiezza di vibrazione delle particelle nell'aria quando un suono è cosi flebile risulta soltanto la trentesima parte del diametro che ha la molecola d'ossigeno. La misura delle luci I migliori microfoni impiegati oggi nella cinematografia panata e nella radiodiffusione, per quanto sensibilissimi grazie ai procedimenti che amplificano la corrente prodottasi, non raggiungono tale meravigliosa sensibilità, Una lucciola è ancor visibile a dieci metri. Vi sono strumenti che possono rivelarla se è lontana un chilometro ? Tale, per dar l'idea, il problema posto dalla misura dei flussi luminosi debolissimi. Col microscopio si arriva a ve dere un oggettino che abbia due decimillesimi di milletro; più oltre si spinge l'ultramicroscopio ossia a una decina di diametri molecolari e col microscopio elettronico, creato da qualche anno, si riesce a separare due punti distanti soltanto tra millicron (un millicron = un milionesimo di millimetro). Un organo prodigioso è la cellula fotoelettrica che, colpita dalla luce anche debolissima, fornisce una sensibile corrente elettrica, si che dalle misure eseguite su questa, opportunamente amplificata con radiovalvole, si può risalire alle misure della luce. E non soltanto la cellula è sensibile al flusso complessivo, ma dà modo di far misure sul calore e di rilevare variazioni di luce rapide al punto da mutare dieci milioni di volte al minuto secondo. Cosi è che il fisico, portando la sua attenzione su correnti debolissime, riesce a misurare pressioni, suoni, luci infinitesime convertendo in correnti questi fenomeni. Ma e le correnti? Sono i galvanometri e gli oscillografi sensibilissimi e perfetti che danno modo di effettuare valutazioni comode su di esse; ognuno sa che in una comune lampadina elettrica passa una corrente che è dell'ordine di un quinto d'ampere. Ebbene pen- G. Castelfranchi sàte^a unaVcorrente' dTelTmìlìardidi volte più piccola; essa è per-fettamente misurabile Le meraviglie dell'infinitamente piccolo, non sono esaurite. La radioattività ci ha messo di fronte a particelle atomiche che scaturiscono veloci dalla materia spontaneamente in disgregazione: sono le particelle alfa e gli elettroniEbbene, ci sono rivelatori (e cioè i cosidetti contatori) che segnalano il passaggio di una sola dqueste particelle alfa la cui massa in grammi si deve esprimere con un 6 preceduto da 24 zeri