Le grandi rivoluzioni scientifiche, quelle che cambiano il corso della conoscenza, avvengono sempre nel tentativo di dare risposte a domande semplici, almeno all’apparenza. Ecco una di tali domande: che cosa è la massa?

Molti penseranno che la domanda sia banale e continueranno la loro navigazione altrove, buon per loro: sanno cos’è la massa! Altri, invece, che tendono a essere disposti a risolvere i dubbi altrui, saranno magari spinti a rispondere attingendo alle nozioni scolastiche acquisite durante le lezioni di fisica, di chimica o di scienze alle scuole superiori. Il primo pensiero, probabilmente, andrà alla bilancia e al dinamometro, utili a sottolineare la differenza tra la massa e il peso di un corpo, differenza che solerti docenti avranno prontamente sottolineato loro con esempi di corpi spostati dalla Terra alla Luna: «La massa non è il peso. Qui, sulla Terra, coincidono ma sono due cose differenti…» – glom! avrà fatto qualche studente, deglutendo con gli occhi sbarrati, incalzato dal docente che con voce soddisfatta avrà continuato dicendo: «Tu! Quanto pesi? Sessanta chili? Sulla Luna peseresti 10 chili!» – inducendo spaesamento nel proprio interlocutore – «Il peso è dovuto all’attrazione del pianeta sul tuo corpo, quindi non c’è da stupirsi: se la gravità lunare è circa un sesto di quella terrestre, allora il tuo peso sarebbe proprio dieci chili!». Dando per scontato che lo studente sapesse che cosa è la gravità e come agisca e che se non vola è proprio a causa della cosiddetta attrazione di gravità che la Terra esercita sulla massa del suo corpo. Ancora la massa.

Sento che qualcuno sta dicendo: «La massa è la misura della quantità di materia contenuta in un corpo».

Ah sì? Quindi la Terra ha più gravità perché la sua massa è maggiore rispetto a quella della Luna… la gravità dipende dalla massa dei corpi?

«Sì».

È una forza che si esercita tra due masse?

«Sì».

E perché?

«Perché cosa?».

Perché tra due masse si esercita una forza di attrazione… a distanza…

«La stessa domanda potresti porla riguardo a due calamite».

Sì, infatti. Perché due calamite si attraggono a distanza? Come fanno due corpi a esercitare una forza a distanza senza toccarsi? Hanno fili invisibili che li collegano l’uno all’altro?

«Quante domande fai? La massa è la massa. È scontato che se salto torno verso terra, verso la Terra…»

Sì, ma come succede? Cos’è la gravità? Sembra che massa e gravità siano intimamente legati tra loro.

A questo punto qualcuno oserà spingersi nei territori misteriosi e semi-fantascientifici della Teoria della Relatività Generale finendo dritto dritto nell’equivalenza tra massa inerziale e massa gravitazionale: l’effetto di una accelerazione, localmente, ha lo stesso effetto della forza di gravità.

«Glom!».

Tutti avranno in mente almeno una scena di un film di fantascienza in cui l’astronave, in un viaggio interstellare, simula la gravità ruotando intorno al proprio asse: la forza centrifuga genera l’effetto forza di gravità.

«La gravità è un effetto?».

I corpi dotati di massa sono pigri e quando cerchi di metterli in moto o di cambiarne lo stato di moto (fermandoli o deviandone il movimento) loro si oppongono, fanno resistenza, ciò è dovuto alla loro massa, ma si tratta della stessa massa che entra in gioco nella gravità?

«Perché porsi questa domanda?».

Ti rispondo: perché non porsela?

Pare proprio che le due masse siano equivalenti, su tale equivalenza si basa tutta l’impalcatura della Teoria della Relatività Generale, con la quale Einstein, per primo, spiega che cos’è la gravità: la massa incurva “qualcosa” e quel “qualcosa” dice alla massa come muoversi; quel “qualcosa” è la “realtà” dove la massa si trova situata e di cui noi abbiamo una percezione disgiunta, lo spazio e il tempo, ma che bisognerà iniziare a pensare congiuntamente. La massa incurva lo spazio-tempo: a causa della curvatura, che la Terra induce nello spazio-tempo, noi non possiamo staccarci dal suolo senza tornarci subito, un po’ come una pallina non riesce a staccarsi da una palla pesante che incurva la superficie di un morbido letto sulla quale entrambe sono poste.

«Quindi la massa è qualcosa che è capace di modificare lo spazio-tempo… lo spazio e il tempo… la massa può modificare il tempo e piegare lo spazio!?».

Proprio così, la massa è capace di questo… ma non abbiamo ancora risposto alla domanda: che cos’è la massa?

«Sigh!».

Avevamo accennato al fatto che la massa fosse una misura della quantità di materia contenuta in un corpo. Ebbene, seguendo questa strada arriveremmo ad un assurdo, scopriremmo che laggiù, nell’infinitamente piccolo, c’è qualcosa che non quadra!

«Cosa intendi dire?».

Consideriamo il tuo corpo, sei fatto di organi, gli organi di cellule, le cellule di molecole, le molecole di atomi, gli atomi di particelle; alcune di queste particelle, come i protoni e i neutroni (che stanno nel nucleo atomico), sono composte da altre particelle, i cosiddetti quark, che interagiscono tra loro, attraverso lo scambio di altre particelle, i cosiddetti gluoni, in tal modo i protoni e i neutroni restano stabili nel nucleo. Viene spontaneo pensare che sommando la massa di tutti i quark e di tutti i gluoni, presenti nei protoni e nei neutroni del tuo corpo, e tutti gli elettroni, che orbitano intorno ai nuclei, in ugual misura dei protoni, si ottenga esattamente la massa del tuo corpo… invece non è così, mancherebbe ancora moltissima massa. Il fatto è che ci siamo ostinati a ragionare in termini di materia, di corpi, di oggetti, di massa appunto… ma il mondo non è materiale: la massa è soltanto un comportamento della materia, non una sua proprietà. Il concetto di massa è illusorio, la materialità è illusoria, sarebbe certamente più appropriato parlare di energia, a questo punto viene alla mente la famosissima equazione di Einstein sull’equivalenza tra massa ed energia ed effettivamente Einstein aveva visto giusto, molto più di quanto si possa immaginare. Sembra che la massa emerga da interazioni tra campi di energia a livello quantistico. Le teorie attuali spiegano i meccanismi di come la massa delle particelle emerge attraverso l’interazione con il cosiddetto campo di Higgs, ma tali meccanismi, allo stato attuale, non ci spiegano perché la massa delle particelle debba proprio avere il valore che le misure ci rivelano.

Dunque, alla domanda: che cos’è la massa? Siamo più o meno riusciti a dare una risposta: è un’interazione di campi quantistici…

«Non è chiarissimo…».

Lo so lo so… ma più o meno il meccanismo, almeno dal punto di vista matematico, è chiaro a chi ci lavora… vorrei però focalizzare l’attenzione su quest’altra domanda: perché la massa dell’elettrone deve essere proprio quella che si misura? Chi o cosa ne decide il valore? Ecco, a questa domanda, attualmente, nessuno sa dare risposta.

«Posso provarci?».

Certamente, la scienza è per tutti e ognuno può cercare risposte, proporre teorie… ma queste devono passare al vaglio della sperimentazione, cioè rendere conto dei dati sperimentali altrimenti rimane pura e semplice fantasia.

Se vuoi percorrere anche tu la strada che ha percorso l’umanità, dagli antichi greci, fino a pensatori come Newton, Einstein e tanti altri, famosi o meno noti al grande pubblico, per cercare di comprendere che cosa sia la massa dei corpi e in quale modo i tentativi di comprenderla abbiano influenzato il percorso della scienza, allora ti consiglio di leggere questo libro: “Massa”, di Jim Baggott, Adelphi (Biblioteca Scientifica). E poi se avrai nuove idee ben vengano ma non sarà facile, è una sfida da portare avanti agli estremi vertici dell’astrazione del pensiero, tra matematica ed esperimento. È un lavoro di squadra.