Il concetto di materia

In questo libro si intende illustrare il lungo cammino che ha portato all’odierna concezione della materia, la cui determinazione rappresenta uno dei maggiori successi ottenuti dalla ricerca scientifica. Oggi, grazie alla meccanica quantistica e ai progressi della fisica e della chimica, abbiamo una conoscenza abbastanza precisa della struttura e delle proprietà della materia. Questa conoscenza è stata messa a punto in tempi relativamente recenti, pur essendo la risposta a domande antiche, alcune delle quali sono state poste contestualmente al sorgere della riflessione filosofica nella Grecia antica. Il lungo cammino, che ci ha portato all’acquisizione di questa conoscenza può essere diviso in tre fasi: la prima, temporalmente molto lunga, che è terminata alla fine del XIX secolo con la messa a punto della concezione della materia basata sulla fisica “classica”; la seconda, che ha visto la costruzione della “vecchia teoria dei quanti” nel tentativo di spiegare le proprietà della materia ed è terminata con la formulazione della moderna meccanica quantistica; la terza, in cui si è elaborata la moderna concezione quantomeccanica della materia atomica e nucleare. Tra gli argomenti trattati, che illustrano la prima fase sono: la riscoperta e l'appropriazione di conoscenze e concetti dell'antichità da parte della cultura occidentale in epoca moderna; il successivo processo di revisione nei secoli XVI e XVII e le nuove sperimentazioni e teorie del XVIII secolo; l’affermazione, nell’Ottocento, della visione di una materia composta da un numero preciso di sostanze elementari, gli elementi, dotati di proprietà fisiche e chimiche peculiari; la scoperta degli elettroni. Tra gli argomenti trattati, che illustrano la seconda fase sono: l’introduzione delle prime ipotesi di quantizzazione delle grandezze fisiche grazie a Planck ed a Einstein; la prima spiegazione delle proprietà della materia basata sugli assiomi di quantizzazione rappresentata dalla teoria di Bohr-Sommerfeld dell’atomo di idrogeno; la scoperta delle nuove proprietà quantomeccaniche della materia (lo spin dell’elettrone, il principio di esclusione e la dualità onda-particella); l’elaborazione moderna meccanica quantistica. Tra gli argomenti trattati, che illustrano la terza fase sono: la chiarificazione definitiva della struttura degli atomi; la natura del legame chimico; le proprietà strutturali ed elettriche della materia allo stato solido; il cammino che ha portato dalla scoperta dei nuclei all’odierno Modello Standard. Questo libro, in cui si è cercato di mantenere gli argomenti trattati ad un livello di conoscenze elementari di fisica e chimica, è rivolto a chiunque voglia comprendere chiaramente come siamo arrivati alla concezione moderna della materia.