Chimica, gravità, sole e relatività

Il Chimico Scettico, 28 ottobre 2021 – LINK

Seguo da diversi anni il blog tenuto da un chimico farmaceutico industriale che si fa chiamare "Il Chimico Scettico". Persona estremamente competente nel suo campo (e non solo), tocca diversi argomenti con una notevole verve divulgativa che trovo molto efficace. Spero che non se ne abbia a male se riporto qualche sprazzo interessante, specialmente quando si addentra in settori molto complicati, ma che alla fine vengono spiegati in modo naturale e con una semplicità sorprendente, come in questo caso...

Ne ho sentita qualcuna, di storie, su Chimica Fisica e Teorica all’università di Firenze tra anni 60 e 70. Tra le varie, quella che mi rimase più impressa riguarda il prof. Giorgio Piccardi. Nei suoi ultimi anni provava a dimostrare l’influenza delle fasi lunari sulle reazioni di precipitazione che tanto gli piacevano, e pagava studenti perché andassero a farle in collina al novilunio o nelle notti di luna piena. Non andò bene, la cosa, e la storia della sua attività già negli anni 80 era da una parte dimenticata, dall’altra avvolta da un alone di pseudoscientificità (per questo mi ha stupito, oggi, scoprire che la Treccani gli dedica una voce.

Con il senno di poi si potrebbe dire che il suo interesse nei confronti dei fenomeni fluttuanti proveniva da un’intuizione genuina, ma purtroppo per lui distante da quello che si stava iniziando ad elaborare nel campo della termodinamica del non equilibrio. In breve, la mancanza di strumenti concettuali lo spinse su ipotesi peregrine: influenza dei campi magnetici extraterrestri e della gravità sulle reazioni chimiche. La rotazione della luna attorno alla terra contribuisce al fenomeno delle maree ed è ben nota l’importanza che storicamente è stata data alle fasi lunari in agricoltura. Ma prendendo in esame la maggior parte delle reazioni chimiche (relativamente semplici) l’influsso della gravità lunare, come la posizione del sole, è irrilevante. Questo non vuol dire che la luna non esercita un’attrazione gravitazionale sulla superficie terrestre, chiaro?

Esattamente come le variazioni del campo gravitazionale sulla superficie terrestre, anche la relatività ristretta è di fatto ininfluente in chimica (quasi) e termodinamica. Provate a cercare contributi relativistici per esempio in “Modern Thermodynamics: From Heat Engines to Dissipative Structures” di Kundepude e Prigogine: non ne troverete. La massa di un corpo resta costante con la sua temperatura, quando si parla di chimica. E allora la chimica dal principio di Lavoisier alla termodinamica è incompatibile con la relatività? Per niente. Ricordo che la la chimica riguarda fenomeni che coinvolgono essenzialmente gli elettroni di valenza degli atomi e aggregati composti da un numero più o meno grande di atomi o molecole: sono i fenomeni più comuni, sulla superficie terrestre, quelli da cui è scaturita la biosfera, la vita. E si tratta di fenomeni che coinvolgono energie relativamente basse. Basti pensare alla differenza tra una delle reazioni chimiche più energetiche, l’esplosione del TNT, e quella di una fissione nucleare: in Little Boy 700 g di uranio arricchito liberarono 16 chilotoni, cioè l’energia sprigionata dalla detonazione di 16.000 tonnellate di TNT.

Prendiamo un esempio molto semplice, banale: prendiamo 1 g di acqua a 14,5°C e portiamolo a 15,5°C. Abbiamo aumentato l’energia di 1 g di acqua di una piccola caloria (cal), corrispondente a 4,184 Joule. Inserendo questa ΔE nella famosa equazione (E=mc^2) otteniamo:4,184/ (299792458 )^2=Δm

La differenza di massa corrispondente alla differenza di energia è 4,655*10^(-11). Una variazione percentuale del 4,655*10^(-9)%: niente. Per dare un’idea l’accelerazione gravitazionale, convenzionalmente fissata costante, esprime una variabilità di 12 ordini di grandezza superiore (0,35% tra polo e equatore).Una bilancia analitica ha tipicamente una sensibilità massima che può arrivare ai centesimi di mg (10^-5) con un carico massimo di pochi grammi, tra l’altro, e non è un caso che le conferme sperimentali del principio siano state ottenute con fenomeni ad energia estremamente alta, come decadimento radioattivo e reazioni di fissione nucleare.

Nel 46 Einstein ebbe a scrivere: “Il principio della conservazione della massa […] si è dimostrato inadeguato di fronte alla teoria della relatività speciale”, ma resta perfettamente adeguato per i comuni mortali sulla superficie di questo pianeta, che non si muovono a velocità vicine a quella delle luce né si preoccupano di come il sole produca la propria. Quel che è rilevante a livello microscopico (meccanica quantistica) perde rilevanza a livello macroscopico, e quel che a livello cosmico è rilevante può essere del tutto irrilevante localmente, dove continuano a valere le leggi di Newton e i bilanci separati di massa ed energia.