Cavendish parlava di rado, e pretendeva che i domestici si rivolgessero a lui per iscritto
Cavendish era noto per la sua natura riservata e il suo carattere estremamente timido. Conduceva da solo le sue ricerche e si racconta che quando un giorno una cameriera entrò per errore nella sua stanza, egli rimase così sconvolto da quella inaspettata presenza da licenziarla in tronco. In seguito fece costruire dei soppalchi per andare da una stanza all’altra della casa senza essere visto. Alcuni storici ritengono che soffrisse della sindrome di Asperger.
Sebbene fosse stato il primo a osservare che idrogeno e ossigeno, se fatti detonare insieme, producevano l’acqua, Cavendish spiegò la loro reazione basandosi sulla teoria del flogisto. Lavoisier, avendo sentito parlare del lavoro di Cavendish, ripeté l’esperimento, interpretandone correttamente i risultati, e si attribuì la scoperta senza menzionare il contributo dello scienziato inglese. Questi non ne fu minimamente toccato, essendo del tutto indifferente a questioni di priorità e, in effetti, a tutte le questioni meramente umane o emotive.
Mentre Boyle, Priestley e Davy, anche dal punto di vista umano, erano figure affascinanti, Cavendish era diverso. I suoi risultati erano sorprendenti - dalla scoperta dell’idrogeno e dalle splendide ricerche sul calore e l’elettricità alla famosa (e straordinariamente accurata) stima del peso della Terra. Non meno sconcertanti, e già materia di leggenda quando era ancora in vita, furono il suo isolamento (parlava di rado, e pretendeva che i domestici si rivolgessero a lui per iscritto); l’indifferenza per il successo mondano e i beni materiali (benché fosse nipote di un duca, e per gran parte della sua vita l’uomo più ricco d’Inghilterra); la sua disarmante ingenuità e incapacità di gestire i rapporti umani. Quando lessi altre cose su di lui, rimasi turbato e, se possibile, ancora più sconcertato.
« Non aveva amori, odi, speranze, paure o venerazioni come ognuno di noi» scriveva il suo biografo George Wilson nel 1851. « Si isolava dai suoi simili, e apparente mente anche da Dio. Non c’era nulla di serio, entusiastico, eroico o generoso nella sua natura, come del resto c’era ben poco di meschino, spregevole o ignobile. Era quasi privo di passioni. Ogni cosa la cui comprensione richiedesse qualcosa di più del puro intelletto, o necessitasse dell’esercizio della fantasia, dell’immaginazione, dell’affetto o della fede, gli risultava sgradevole. Leggendo le sue memorie non percepisco altro che una testa in preda all’attività intellettuale, un paio di occhi meravigliosamente acuti e due mani abilissime nello sperimentare e nel compiere registrazioni. Il suo cervello, si direbbe, era una macchina per calcolare; i suoi occhi, l’ingresso d’immagini visive, e non fontane di lacrime; le sue mani, strumenti di manipolazione che non tremarono mai per l’emozione, né mai si giunsero per manifestare adorazione, gratitudine o disperazione; il suo cuore nulla più che un organo anatomico, necessario alla circolazione del sangue ». E tuttavia, continuava Wilson, « Cavendish non si ergeva al di sopra degli altri esseri umani con spirito orgoglioso o sprezzante, rifiutando di considerarli suoi pari. Si sentiva separato da loro da un abisso, un abisso che né loro né lui potevano colmare, e attraverso il quale tendere mani o scambiarsi saluti sarebbe stata vana impresa. Un senso di isolamento dai suoi fratelli lo induceva a ritrarsi dalla loro società e a evitare la loro pre senza, ma lo faceva come chi è consapevole di un’infermità, e non con lo spirito di chi si vanta della propria ec cellenza. Era come un sordomuto che se ne stesse in disparte rispetto ad altre persone, le cui espressioni e i cui gesti denotassero la produzione e l’ascolto di musica e parole, tutti processi nei quali egli non avrebbe potuto prendere parte alcuna. Saggiamente, quindi, se ne stava per conto suo, e sopportando il rifiuto del mondo, prese i voti, che s’era autoimposto, di Anacoreta della Scienza, chiudendosi, come i monaci dei tempi antichi, nella sua cella. Quel regno gli bastava, e dalla sua finestra angusta vedeva tutto ciò che gli interessava dell’Universo. Aveva anche un trono, e da quello dispensava doni ai suoi fratelli. Fu un benefattore della sua stirpe; un benefattore a cui nessuno dimostrò riconoscenza, ma che pazientemente insegnava e serviva l’umanità, mentre gli altri si ritraevano di fronte alla sua freddezza o irridevano alle sue stranezze ... Non fu né Poeta né Prete né Profeta, ma solo un’Intelligenza fredda e limpida, che emanava pura luce bianca, illuminando tutto ciò su cui si posava, senza riscaldare nulla: nel Firmamento Intellettuale, una Stella se non di prima, almeno di seconda grandezza ».
Parecchi anni dopo, rilessi quella straordinaria biografia e mi chiesi che cosa « avesse » Cavendish (dal punto di vista clinico). Le caratteristiche emotive di Newton - la gelosia e la sospettosità, le inimicizie profonde e le intense rivalità - erano tipicamente nevrotiche mentre il distacco e l’ingenuità di Cavendish facevano piuttosto pensare all’autismo o alla sindrome di Asperger. Oggi credo che il libro di Wilson sia probabilmente la descrizione più completa che potremmo sperare di avere della vita e della mente di uno straordinario genio autistico.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 361
Lavoisier ripetè gli esperimenti di molti dei suoi predecessori pesando tutto scrupolosamente
Lavoisier - spirito pratico, profondamente analitico e logico, figlio dell’Illuminismo e ammiratore degli Enciclopedisti – appena venticinquenne, venne nominato membro dell’Académie des Sciences, avendo effettuato ricerche pionieristiche in campo geologico e dato prova di grandi capacità sia come chimico sia come polemista (era stato premiato per il suo progetto di illuminazione notturna delle città, e aveva scritto un pregevole studio sulla solidificazione e l’indurimento del gesso). Successivamente, il suo acume e le sue ambizioni si concentrarono sulla teoria del flogisto: gli sembrava un’idea inconsistente, pura metafisica; e vide subito che per smantellarla bisognava condurre esperimenti meticolosamente quantitativi sulla combustione. Davvero le sostanze diminuivano di peso quando bruciavano - come ci si sarebbe aspettato se avessero realmente perso il loro flogisto nel processo? Stando all’esperienza comune, sembrava che in effetti le sostanze «si consumassero»: bruciando, una candela rimpiccioliva, le sostanze organiche si carbonizzavano e si restringevano, lo zolfo e il carbone svanivano completamente. Con i metalli, però, le cose sembravano andare diversamente.
Nel 1772 Lavoisier era venuto a conoscenza dei lavori di Guyton de Morveau, i cui esperimenti, eccezionalmente accurati e precisi, mostravano come i metalli aumentassero di peso quando venivano arrostiti all’aria. Come si conciliava tutto questo con l’idea che qualcosa - il flogisto - andasse perduto nel processo?
Lavoisier si accinse a un lavoro sistematico, ripetendo gli esperimenti di molti dei suoi predecessori, ma stavolta usando un apparato chiuso e pesando tutto scrupolosamente, prima e dopo la reazione - cosa che perfino i più meticolosi tra i chimici suoi contemporanei (e prima di loro lo stesso Boyle) avevano omesso di fare. Riscaldando in storte chiuse piombo e stagno fino all’incenerimento, riuscì a dimostrare che il peso totale dei reagenti restava invariato nel corso della reazione. Solo se si rompevano i recipienti, permettendo all’aria di affluire all’interno, il peso delle ceneri effettivamente aumentava: e l’aumento corrispondeva esattamente a quello che si osservava nei metalli durante la calcinazione. Secondo Lavoisier, doveva esser causato dalla «fissazione» dell’aria, o di qualche suo componente.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 131
Scoperta e distillazione dell’ossigeno
Nell’estate del 1774, in Inghilterra, Joseph Priestley scoprì che riscaldando il residuo calcinato di mercurio (l’ossido mercurico rosso) si liberava un’« aria» che, stranamente, sembrava perfino più forte o pura dell’aria comune:
«Una candela bruciava in quest’aria con fiamma sorprendentemente forte; e un pezzetto di legno portato al calor rosso crepitava e bruciava con rapidità prodigiosa, mostrando un aspetto simile, per certi versi, a quello del ferro incandescente al calor bianco, ed emettendo scintille in tutte le direzioni ».
Affascinato, aveva indagato ulteriormente il fenemeno, scoprendo che in questa atmosfera i topi sopravvivevano quattro o cinque volte più a lungo. A questo punto, sicuro che la sua nuova «aria» fosse di natura benigna, aveva provato a respirarla lui stesso:
«La sensazione che avvertivo nei polmoni non era percettibilmente diversa da quella causata dall’aria comune; ma credo che per qualche tempo, in seguito, il mio respiro fosse particolarmente facile e leggero. Chissà che in futuro quest’aria pura non possa diventare un lusso alla moda? Finora, solo due topi, e io stesso, abbiamo avuto il privilegio di respirarla ».
Nell’ottobre del 1774, Priestley si recò a Parigi per parlare dell’ « aria deflogisticata » con Lavoisier. E Lavoisier vide in essa ciò che lo stesso Priestley non aveva colto: la chiave per arrivare a capire la vera natura di quanto accadeva durante la combustione e la calcinazione,’ una cosa che fino a quel momento lo aveva sconcertato senza che riuscisse a venirne a capo. Lavoisier ripeté gli esperimenti di Priestley, li ampliò, li quantificò e li perfezionò. La combustione, ormai era chiaro, non comportava affatto la perdita di una sostanza (il flogisto), ma implicava piuttosto la combinazione del materiale combustibile con una parte dell’aria atmosferica, un gas per il quale egli coniò il termine ossigeno.
La dimostrazione di Lavoisier, e cioè che la combustione era un processo chimico - un’ossidazione, diremmo oggi, aveva molte altre implicazioni, e per lui rappresentò solo un frammento nel panorama, ben più ampio, di quella rivoluzione della chimica che aveva previsto. Arrostendo i metalli in storte chiuse, e dimostrando che non aveva luogo alcun evanescente incremento ponderale derivante da « particelle di fuoco », né alcuna diminuzione conseguente a perdita di flogisto, Lavoisier aveva dimostrato che in tali processi non c’era né creazione né distruzione di materia. Per di più questo principio di conservazione valeva non solo per la massa totale dei prodotti e dei reagenti, ma per ciascuno dei singoli elementi coinvolti.
La conservazione della massa implicava la costanza dei processi di composizione e decomposizione. Ciò indusse Lavoisier a definire « elemento » un materiale non ulteriormente scomponibile con i mezzi esistenti; poté così compilare (insieme a Guyton de Morveau e ad altri) un primo elenco di autentici elementi: trentatré sostanze semplici distinte e non scomponibili, che andavano a rimpiazzare i Quattro Elementi degli antichi. In tal modo fu in grado, per usare le sue parole, di tracciare un « bilancio », ovvero di tenere una precisa contabilità per ciascun elemento coinvolto in una reazione.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 133
Lavoisier e il linguaggio tradizionale della chimica
Lavoisier pensò che il linguaggio tradizionale della chimica fosse ormai inadeguato, e così mise mano a una vera rivoluzione terminologica, sostituendo le antiche denominazioni, pittoresche ma scarsamente informative - come burro di antimonio, bezoar di Giove, vetriolo azzurro, zucchero di piombo, liquore fumante di Libavius, fiori di zinco - con altri nomi: precisi, analitici, dal chiaro significato. Se qualcosa era composto di azoto, fosforo o zolfo, diventava un nitruro, un fosfuro o un solfuro. Se, grazie all’aggiunta di ossigeno, si formavano acidi, si parlava di acido nitrico, fosforico o solforico; e ci si riferiva ai loro sali chiamandoli nitrati, fosfati e solfati. Se erano presenti quantità minori di ossigeno, si parlava, in luogo di nitrati e fosfati, di nitriti o fosfiti, e così via. Ogni sostanza, elementare o composta che fosse, avrebbe avuto così il suo nome, che ne specificava la composizione e il carattere chimico; e questi termini, manipolati come in una sorta di algebra, avrebbero istantaneamente indicato le possibili interazioni e i possibili comportamenti delle varie sostanze in circostanze diverse.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 134
Tutte le imprese di Lavoisier - il linguaggio algebrico, la nomenclatura, la conservazione della massa, la definizione di elemento, la formulazione di un’autentica teoria della combustione - erano organicamente collegate e formavano una struttura meravigliosa: una rivoluzionaria rifondazione della chimica, proprio come lui l’aveva sognata in modo tanto ambizioso nel 1773. La via che condusse alla sua rivoluzione non fu né facile né diretta, sebbene nel suo Trattato elementare di chimica egli la presenti come una cosa tanto ovvia; richiese quindici anni della vita intellettuale di un genio, quindici anni di fatiche per aprirsi la strada nel labirinto dei pregiudizi, lottando contro la propria cecità non meno che contro quella altrui.
Tutto quel periodo in cui Lavoisier era andato pazientemente raccogliendo le sue munizioni fu segnato da dispute e conflitti; ma quando finalmente il Trattato elementare vide la luce - nel 1789, solo tre mesi prima della Rivoluzione - il mondo scientifico ne fu conquistato. Si trattava di un’architettura concettuale completamente nuova, paragonabile solo ai Principia di Newton. Ci furono alcune resistenze - quelle di Cavendish e Priestley furono le più illustri - ma nel 1791 Lavoisier poteva ormai dire: « Tutti i giovani chimici adottano la teoria e da questo concludo che la rivoluzione della chimica è stata approvata».
Tre anni dopo, nel pieno della maturità, Lavoisier perse la vita sotto la ghigliottina. Il grande matematico Lagrange, nel piangere la morte dell’amico e collega, disse: « È bastato un istante per tagliare quella testa, e forse non saranno sufficienti cent’anni per farne una uguale ».
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 135
Nella biografia di Lavoisier scritta da Douglas McKie troviamo un completo elenco delle attività dello scienziato, che offre una colorita testimonianza del suo tempo non meno che della sua straordinaria versatilità. « Lavoisier prese parte » scrive McKie « alla preparazione di rapporti sull’approvvigionamento idrico della città di Parigi; sulle carceri, l’ipnotismo, l’adulterazione del sidro, la collocazione dei mattatoi pubblici, le "macchine aerostatiche di Montgolfier" (le mongolfiere) allora appena inventate; sul candeggio, le tavole dei pesi specifici, gli idrometri, la teoria dei colori, le lampade, le meteoriti, le griglie che non fanno fumo; sulla fabbricazione degli arazzi e l’incisione di stemmi; sulla carta, i fossili, una poltrona per invalidi, un mantice ad acqua, il tartaro, le sorgenti sulfuree; sulla coltivazione del cavolo e della rapa per i semi e l’olio che da quelli si estrae; su una grattugia per tabacco, le miniere di carbone, il sapone bianco, la decomposizione del nitrato, la produzione dell’amido ... sullo stoccaggio di acqua dolce nelle navi, e poi sull’aria viziata e la presenza di olio nell’acqua sorgiva ... sulla rimozione di olio e unto dai tessuti di seta e di lana, la preparazione di etere nitroso per distillazione; sugli eteri, un crogiolo, un nuovo inchiostro e un calamaio al quale bastava aggiungere dell’acqua per avere sempre a disposizione l’inchiostro ... sul contenuto di alcali delle acque minerali, su una polveriera per l’Arsenale di Parigi, e ancora sui minerali dei Pirenei, il frumento e la farina, i pozzi neri e l’aria che da essi esala; sulla supposta presenza di oro nelle ceneri dei tessuti vegetali; sull’acido arsenico, la separazione dell’oro e dell’argento e la base del sale di Epsom; sull’ottenimento di matasse di seta, la soluzione dello stagno usato nelle tinture; sui vulcani, la putrefazione, i liquidi antincendio, le leghe, l’arrugginimento del ferro; sul possibile uso dell"`aria infiammabile" in uno spettacolo di fuochi d’artificio (dietro richiesta della polizia); sugli strati carboniferi, l’acido marino deflogisticato, gli stoppini per lampade, la storia naturale della Corsica, il fetore dei pozzi di Parigi, la presunta solubilità dell’oro nell’acido nitrico, le proprietà igrometriche della soda, i minerali grezzi di ferro e di sale dei Pirenei, le miniere di piombo argentifero, un nuovo tipo di barile, la fabbricazione di lastre di vetro, i combustibili, la conversione della torba in carbone, la costruzione di mulini per il grano, la produzione dello zucchero, gli straordinari effetti del fulmine e la macerazione del lino. Ancora, scrisse su argomenti quali i depositi minerari francesi, i recipienti da cucina smaltati, la formazione dell’acqua, la coniazione, la proporzione delle diverse componenti nei composti chimici, la vegetazione, e su molti altri, di gran lunga troppi per poter essere descritti qui, seppur dedicando loro solo un brevissimo accenno ».
Lavoisier ricevette una lettera in cui Scheele descriveva la preparazione di quella che chiamava «Aria di Fuoco» (l’ossigeno) mista ad «Aria Viziata» (anidride carbonica), mediante il riscaldamento del carbonato d’argento; Scheele aveva ottenuto l’Aria di Fuoco pura dall’ossido mercurico, ancora prima di Priestley. Lavoisier, tuttavia, rivendicò la scoperta dell’ossigeno, ritenendo che i suoi predecessori non avessero capito nulla di ciò che stavano osservando.
La sostituzione del flogisto con l’ossidazione ebbe effetti pratici immediati. Adesso era chiaro che, per bruciare completamente, un combustibile aveva bisogno della maggior quantità possibile di aria. Francois-Pierre Argand, un contemporaneo di Lavoisier, fu lesto a sfruttare la nuova teoria della combustione, progettando una lampada con uno stoppino di nastro piatto, curvato in modo da entrare in un cilindro, così che l’aria potesse raggiungerlo sia dall’interno che dall’esterno, e con un camino che produceva una corrente d’aria verso l’alto. Nel 1783 il bruciatore di Argand era ormai affermato; non s’era mai vista una lampada così efficiente e luminosa.
L’elenco degli elementi di Lavoisier comprendeva i tre gas a cui egli stesso aveva dato il nome (ossigeno, azoto e idrogeno), tre non metalli (zolfo, fosforo e carbonio) e diciassette metalli. Ne facevano parte anche i«radicali » muriatico, fluorico e boracico, e cinque « terre »: gesso, magnesia, barite, allumina e silice. Lavoisier era convinto che essi contenessero nuovi elementi che ben presto sarebbero stati isolati (furono effettivamente ottenuti tutti entro il 1825 - tranne il fluoro, che mandò a vuoto i tentativi dei chimici per altri sessant’anni). Gli ultimi due « elementi » di Lavoisier erano la Luce e il Calore – quasi che egli non fosse riuscito a sbarazzarsi completamente dello spettro del flogisto.
Davy è il primo a provare una droga chimica: il gas esilarante
Lavoisier aveva lasciato un fantasma del flogisto nella concezione del calore, o «calorico», come elemento; nel suo primo, fondamentale esperimento, Davy fuse del ghiaccio per attrito, mostrando così che il calore, lungi dall’essere una sostanza materiale come riteneva Lavoisier, era movimento, ossia una forma di energia. Esultante, Davy dichiarò: « La non-esistenza del calorico, o del fluido di calore, è ora provata». I risultati di quegli esperimenti furono presentati in un lungo Essay on Heat and Light, al tempo stesso una critica di Lavoisier e la visione di una nuova chimica, finalmente purgata di tutti i residui alchemici e metafisici.
Le notizie sul talento del giovane Davy e sulle sue nuove, e forse rivoluzionarie, teorie concernenti la materia e l’energia non mancarono di colpire il chimico Thomas Beddoes, che decise di pubblicarne il saggio e lo invitò al suo laboratorio, lo Pneumatic Institute di Bristol. Qui Davy analizzò gli ossidi di azoto che erano stati isolati per la prima volta da Priestley - l’ossido nitroso, o protossido di azoto, (Nz0), l’ossido nitrico (NO) e il perossido di azoto (NO z), marrone e velenoso -, mise a raffronto le loro proprietà e fece una memorabile descrizione degli effetti dell’inalazione del protossido di azoto, il cosiddetto gas esilarante. Essa ricorda, per acume psicologico, quella resa un secolo dopo da William James, ed è forse la prima, nella letteratura occidentale, che abbia a che fare con un’esperienza psichedelica: « Quasi immediatamente, si produsse un brivido esteso dal torace alle estremità ... Le mie impressioni visive erano abbacinanti e chiaramente amplificate, sentivo distintamente ogni suono nella stanza ... Aumentando le sensazioni di piacere, persi ogni legame con le cose esterne; successioni di intense immagini mi attraversarono la mente, ed erano collegate alle parole in modo tale da produrre percezioni perfettamente nuove. Mi trovavo in un mondo di idee appena connesse e modificate. Teorizzavo, immaginavo di fare delle scoperte». Davy scoprì fra l’altro che il protossido di azoto era un anestetico e ne suggerì l’impiego in chirurgia (tuttavia, non approfondì la questione, e l’anestesia generale fu introdotta solo intorno al 1846, dopo la sua morte).
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 141
La pila di Alessandro Volta
Nel 1800 Davy lesse un articolo di Alessandro Volta con la descrizione della sua pila, la prima batteria: un sandwich di due diversi metalli separati da pezzi di cartone imbevuto di acqua salata, capace di generare una corrente elettrica costante. Sebbene l’elettrostatica - fenomeni come fulmini o scintille - fosse stata indagata già nel secolo precedente, non si era ancora riusciti a ottenere una corrente elettrica continua. In seguito Davy scriverà che l’articolo di Volta aveva dato la sveglia agli scienziati europei; nel suo caso diede immediatamente forma a quella che ora considerava l’opera della sua vita.
Davy convinse Beddoes a costruire una pila imponente - un centinaio di doppie piastre di rame e zinco, di poco meno di quaranta centimetri quadrati di superficie, che occupavano un’intera stanza - e qualche mese dopo iniziò i suoi primi esperimenti. Gli venne quasi subito il sospetto che la corrente elettrica fosse generata da modificazioni chimiche nelle piastre metalliche, e si chiese se non potesse valere anche l’inverso - cioè se non si potessero indurre modificazioni chimiche mediante il passaggio di una corrente elettrica.
L’acqua poteva essere ottenuta (come aveva dimostrato Cavendish) facendo detonare una miscela di idrogeno e ossigeno. Era possibile, sfruttando le potenzialità della corrente elettrica, fare il cammino inverso? Nel suo primissimo esperimento di elettrochimica, Davy mostrò che facendo passare una corrente elettrica nell’acqua (previa l’aggiunta di un po’ di acido affinché conducesse) era possibile scomporla nei suoi costituenti idrogeno e ossigeno, che comparivano ai poli (o elettrodi) opposti della batteria; solo vari anni dopo si vide che i due gas si liberavano in proporzioni esatte e costanti.
Con quella batteria, si poteva non solo effettuare l’elettrolisi dell’acqua, ma anche riscaldare dei fili metallici: un filo di platino, ad esempio, poteva essere reso incandescente; e se la corrente era fatta passare in barrette di carbonio, e queste venivano poi separate un poco, un arco elettrico abbacinante le avrebbe unite come un ponte (« così intenso » scrisse Davy « che perfino la luce del sole, al confronto, appariva fioca»). Quasi per caso, Davy s’era imbattuto in quelle che sarebbero diventate le due principali forme di illuminazione elettrica - quella a incandescenza e quella ad arco; tuttavia, non si preoccupò di svilupparle, ma prese a studiare altre cose.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 142
Sodio e potassio scoperti da Devy
Nel 1789, Lavoisier aveva incluso tra gli elementi le « terre alcaline » (magnesia, calce e barite) pensando che contenessero nuovi elementi; Davy aggiunse all’elenco gli alcali (soda e potassa) sospettando che essi pure contenessero nuovi elementi. A quell’epoca, però, era impossibile isolarli con mezzi chimici. Davy si chiese se i poteri radicalmente nuovi dell’elettricità non potessero riuscire là dove la chimica ordinaria aveva fallito. Dapprima attaccò gli alcali, e all’inizio del 1807 eseguì i famosi esperimenti nel corso dei quali, utilizzando una corrente elettrica, isolò il potassio e il sodio metallici. Quando vi riuscì, era a tal punto in estasi che, stando a quanto registrò il suo assistente, si mise a ballare di gioia.’
Uno dei miei più grandi piaceri fu di ripetere gli esperimenti di Davy: mi identificavo a tal punto con lui che quasi credevo di essere io in procinto di scoprire quegli elementi. Avevo letto di come Davy avesse scoperto prima di tutto il potassio, e come quest’ultimo reagisse con l’acqua; così ne tagliai un cubetto (si tagliava come il burro, e la superficie esposta riluceva di un bianco argenteo brillante - ma solo per un attimo, perché anneriva immediatamente). Presi il cubetto e con attenzione lo calai in un recipiente d’acqua, facendo un passo indietro - appena in tempo, giacché il potassio prese fuoco all’istante, agitandosi freneticamente nel recipiente come una massa fusa sormontata da una fiamma violetta, schizzando e crepitando mentre lanciava lapilli incandescenti in tutte le direzioni. Pochi secondi e il piccolo globulo era completamente consumato, e nell’acqua del recipiente era tornata la tranquillità. Ora, però, l’acqua era calda e saponosa; era diventata una soluzione di potassa caustica che, essendo alcalina, faceva virare al blu una cartina al tornasole.
Il sodio era molto più economico del potassio, e meno violento; quindi decisi di osservare la sua azione all’aperto. Me ne procurai un pezzo abbastanza grosso, circa un chilo e mezzo, e feci un’escursione agli Highgate Ponds, a Hampstead Heath, con i miei due amici più cari, Eric e Jonathan. Quando giungemmo sul posto salimmo su un ponticello; poi io, con delle pinze, tirai fuori il sodio dall’olio e lo lanciai in acqua. Prese fuoco istantaneamente e schizzò roteando sulla superficie come una meteora impazzita, sormontato da un’enorme fiammata gialla. Esultammo tutti - questa era chimica, la chimica della vendetta!
C’erano poi altri membri della famiglia dei metalli alcalini, ancor più reattivi del sodio e del potassio: metalli come il rubidio e il cesio (e c’era anche il litio, che era il più leggero e meno reattivo). Era un gioco affascinante confrontare le reazioni di tutti e cinque mettendo dei pezzettini di ognuno nell’acqua. Bisognava farlo con attenzione, usando le pinze, e munire se stessi e i propri ospiti di occhiali: il litio si muoveva tranquillamente sulla superficie dell’acqua, reagendo con essa ed emettendo idrogeno, finché si consumava tutto; un pezzo di sodio si sarebbe spostato sulla superficie con un sibilo stizzoso, ma se era piccolo non avrebbe preso fuoco; il potassio, invece, avvampava nell’istante stesso in cui entrava in contatto con l’acqua, bruciando con una pallida fiamma color malva e lanciando globuli incandescenti ovunque; il rubidio era ancor più reattivo, schizzava con violenza avvampando con una fiamma rosso violetto; quanto al cesio, scoprii che al contatto con l’acqua esplodeva, mandando in frantumi il contenitore di vetro. Dopo questa dimostrazione, uno non avrebbe mai più dimenticato le proprietà dei metalli alcalini.
Prima che Humphry Davy scoprisse il sodio e il potassio, si pensava che i metalli fossero tutte sostanze dure, dense e infusibili, mentre qui ce n’erano alcuni morbidi come burro, più leggeri dell’acqua, che fondevano facilmente, e che manifestavano una violenza chimica, un’avidità di combinarsi, maggiore di qualunque cosa vista prima.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 144
L’elettrolisi
I metalli alcalini non esistono in natura allo stato puro; né esistono come elementi i metalli alcalino-terrosi, anch’essi, infatti, sono troppo reattivi e si combinano istantaneamente con altri elementi. Quello che si trova, invece, sono sali complessi o semplici di questi elementi. Sebbene allo stato cristallino i sali tendano a non essere buoni conduttori, disciolti in acqua o fusi conducono bene una corrente elettrica; essa anzi li decomporrà, liberando la loro componente metallica (per esempio il sodio) a un polo, e l’elemento non metallico (per esempio il cloro) all’altro. Davy ne dedusse che nel sale gli elementi erano presenti come particelle cariche - altrimenti, perché sarebbero stati attratti dagli elettrodi? Perché il sodio migra sempre verso un elettrodo e il cloro verso l’altro? Faraday, allievo di Davy, chiamò «ioni» queste particelle cariche di un elemento, distinguendo ulteriormente gli ioni positivi e negativi come « cationi » e « anioni ». Il sodio e il cloro elettricamente carichi erano, rispettivamente, uno dei cationi e degli anioni più forti.
Per Davy, l’elettrolisi fu una rivelazione: la materia stessa non era qualcosa di inerte, tenuta insieme dalla «gravità », come pensava Newton, ma era carica e tenuta insieme da forze elettriche. L’affinità chimica e le forze elettriche, speculava Davy, erano la stessa cosa. Per Newton e Boyle esisteva una sola forza, la gravitazione universale, responsabile non solo della coesione di stelle e pianeti, ma degli stessi atomi di cui essi erano composti. Ora, per Davy, c’era una seconda forza cosmica, non meno potente della gravità, che operava però a livello di minuscole distanze interatomiche, nel mondo invisibile, quasi inimmaginabile, degli atomi chimici. La gravità, pensava Davy, poteva essere il segreto della massa, ma l’elettricità era il segreto della materia.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 146
Davy conferenziere
Davy amava fare esperimenti in pubblico e le sue famose conferenze, o conferenze-dimostrazioni, erano emozionanti, eloquenti e spesso letteralmente esplosive. Prendevano spunto dai dettagli più riposti dei suoi esperimenti per arrivare alla speculazione sull’Universo e sulla vita, ed erano tenute con uno stile e una ricchezza di linguaggio ineguagliabili. Ben presto egli divenne il più famoso e influente conferenziere d’Inghilterra, attirando ogni volta un’enorme folla che bloccava il traffico. Perfino Coleridge, il più grande oratore dell’epoca, andava alle conferenze di Davy, non solo per riempire i suoi taccuini di chimica, ma per « rinverdire » la sua « riserva di metafore ».
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 146
Davy come Leonardo aveva le due culture: umanistica e scientifica
Ai primi dell’Ottocento, l’unità delle due culture, umanistica e scientifica, esisteva ancora; quella dissociazione della sensibilità che si sarebbe prodotta di lì a poco era ancora di là da venire - e il periodo che Davy passò a Bristol vide nascere una stretta amicizia fra lui, Coleridge e i poeti romantici. Lo stesso Davy, all’epoca, scriveva - e talvolta pubblicava - poesie; i suoi quaderni contenevano, mescolati, dettagli di esperimenti, poesie e riflessioni filosofiche; nella sua mente, a quanto pare, non c’erano compartimenti stagni."
Nei primi tempi della rivoluzione industriale c’era una gran voglia di scienza, e soprattutto di chimica; si credeva che fosse un modo nuovo e potente (ma non arrogante) non solo per comprendere il mondo, ma anche per guidarlo verso una condizione migliore. Lo stesso Davy pareva incarnare questo nuovo ottimismo, capace com’era di cavalcare la cresta di una nuova grande onda di potere scientifico e tecnologico, che prometteva, o minacciava, di trasformare il mondo. Per cominciare, aveva scoperto una dozzina di elementi; poi aveva suggerito nuove tecniche di illuminazione ed elaborato una teoria elettrica della combinazione chimica, della materia e dello stesso Universo - e tutto questo a neppure trent’anni.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 147
Viaggio in Europa con strumenti appresso
Nel 1812, Davy, figlio di un intagliatore, fu nominato cavaliere in riconoscimento dei suoi servigi all’Impero britannico - primo scienziato dopo Isaac Newton a venire insignito di quell’onorificenza. Nello stesso anno si sposò, ma la cosa non sembrò minimamente distrarlo dalle sue ricerche chimiche. Quando partì per il continente in viaggio di nozze, mise in programma una serie di esperimenti e di incontri con i colleghi chimici; così portò con sé una gran quantità di apparecchiature chimiche e materiali - «una pompa a vuoto, un motore elettrico, una batteria galvanica ... un cannello ossidrico, recipienti di varie dimensioni di platino e di vetro, e i comuni reagenti chimici» - oltre al suo giovane assistente Michael Faraday. (Faraday, all’epoca poco più che ventenne, aveva seguito con entusiasmo le conferenze di Davy e per ingraziarselo gliene regalò una brillante trascrizione annotata).
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 148
Davy e la lampada per minatori
Davy affrontò una delle maggiori sfide pratiche della sua vita. La rivoluzione industriale, che proprio allora stava decollando, divorava immense quantità di carbone; nelle miniere si scavavano pozzi sempre più profondi, abbastanza profondi da imbattersi in gas velenosi e infiammabili come il grisù (il metano) e l’anidride carbonica. Un canarino in gabbia, portato giù nei pozzi, poteva segnalare la presenza di un gas asfissiante come l’anidride carbonica; ma la prima indicazione della presenza di metano era, troppo spesso, un’esplosione fatale. C’era un disperato bisogno di una lampada per minatori che potesse essere portata nelle oscure profondità dei pozzi senza alcun pericolo di far detonare eventuali sacche di metano.
Davy fece un’osservazione fondamentale - e cioè che una fiamma non poteva passare attraverso una reticella metallica, fintanto che questa era mantenuta fredda." Fabbricò allora una serie di lampade basate su questo principio; la più semplice e affidabile era una lampada a olio ove l’aria poteva entrare o uscire solo attraverso una rete di filo metallico. Le lampade, opportunamente perfezionate, furono collaudate nel 1816 e non solo si dimostrarono sicure ma si rivelarono anche attendibili indicatori della presenza di metano, che poteva essere rilevata grazie alla fiamma.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 150
Davy scopre i metalli catalitici
Davy scoprì che se un filo di platino veniva messo in una miscela esplosiva, sarebbe diventato incandescente al calor rosso. Aveva scoperto il miracolo della catalisi: come cioè alcune sostanze, per esempio i metalli affini al platino, possano indurre una reazione chimica continua sulle proprie superfici, senza esserne essi stessi consumati. L’ansa di platino che tenevamo sopra la cucina a gas, per esempio, diventava incandescente quando era esposta al flusso del gas, accendendolo una volta raggiunto il calor rosso. Questo principio di catalisi sarebbe divenuto indispensabile in migliaia di processi industriali.
Humphry Davy e le sue scoperte facevano ormai parte della nostra vita - in che misura lo avrei compreso pienamente in seguito - con le posate placcate mediante galvanostegia, gli accendigas catalitici, la fotografia (di cui era stato un pioniere, ottenendo immagini su pelle trent’anni o più prima che altri riscoprissero il processo), e le accecanti lampade ad arco usate nei cinema locali. L’alluminio, un tempo più costoso dell’oro (Napoleone III, notoriamente, era solito dare agli ospiti piatti d’oro, mentre lui pranzava sull’alluminio), era diventato disponibile e a buon mercato solo grazie al procedimento di estrazione elettrolitica di Davy. Quanto alle innumerevoli sostanze sintetiche che ci circondano - dai fertilizzanti ai telefoni di lucente bachelite -, tutte furono possibili grazie alla magia della catalisi. Essenzialmente, però, fu la personalità di Davy ad affascinarmi: non era un tipo modesto come Scheele, né sistematico come Lavoisier, ma esuberante e pieno di entusiasmo giovanile, con un meraviglioso gusto per l’avventura, e alle volte pericolosamente impulsivo, sempre sul punto di spingersi troppo in là. Fu soprattutto questo a catturare la mia fantasia.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 151
La facilità con cui si ottengono idrogeno e ossigeno grazie all’elettrolisi, in proporzioni idealmente infiammabili, condusse immediatamente all’invenzione del cannello ossidrico, che produceva le temperature più alte mai ottenute. Questo consentì, per esempio, la fusione del platino e permise di portare la calce a una temperatura alla quale essa emetteva una luce costante, la luce più brillante mai vista.
Capacità delle fotografie di cogliere momenti reali, di essere precise sezioni trasversali del tempo
Ancor più mi attiravano le fotografie di una volta, con i loro tenui toni color seppia - ce n’erano moltissime negli album di famiglia più antichi e sulle vecchie riviste che un giorno trovai ammucchiate nella legnaia. Nel 1945 vedevo bene che i tempi erano cambiati - che la vita di prima della guerra ormai se n’era andata, per sempre. Ma c’erano ancora le fotografie, immagini spesso casuali, che ora assumevano un valore speciale: fotografie di vacanze estive, fotografie di amici, vicini e parenti immortalati alla luce di un sole del 1935 o del 1938, senz’ombra di una premonizione di quanto sarebbe accaduto poi. Mi sembrava meravigliosa questa capacità delle fotografie di cogliere momenti reali, di essere precise sezioni trasversali del tempo che, per così dire, rimaneva fissato per sempre nell’argento.
Desideravo moltissimo fare io stesso delle fotografie, per documentare e descrivere scene, oggetti, persone, luoghi, momenti, prima che cambiassero o scomparissero, inghiottiti dalle trasformazioni della memoria e del tempo. In parte, questa esigenza di documentare derivava dal fatto che oggetti in apparenza eterni fossero stati completamente distrutti o eliminati.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 155
Viraggi seppia all’oro
Potevo anche impregnare la carta direttamente con del cloruro d’argento, evitando del tutto di usare la gelatina, immergendo la carta dapprima in una soluzione di cloruro di sodio e poi nel nitrato d’argento; il cloruro d’argento che si formava sarebbe stato trattenuto dalle fibre della carta. In un modo o nell’altro, ero in grado di preparare la mia carta per le stampe, e con essa potevo ottenere stampe a contatto dai negativi, oppure le silhouette di merletti o di foglie di felce, sebbene occorressero diversi minuti di esposizione alla luce solare diretta.
Dopo l’esposizione, la fissazione delle stampe con l’iposolfito tendeva a produrre colori bruni piuttosto sgradevoli, e questo mi indusse a sperimentare diversi viraggi. Il più semplice era un viraggio color seppia - purtroppo non fatto con inchiostro di seppia, come avrei sperato, ma convertendo l’argento dell’immagine in solfuro d’argento. Si poteva fare anche un viraggio all’oro, che richiedeva l’immersione in una soluzione di cloruro d’oro, e produceva un’immagine d’un viola bluastro, poiché l’oro metallico precipitava sulle particelle d’argento. E se si provava questa procedura dopo il viraggio al solfuro, si otteneva un bel color rosso: un’immagine al solfuro d’oro.
Ben presto passai da queste ad altre forme di viraggio. Quello al selenio conferiva alle stampe un intenso colore rossastro, mentre quelle trattate con viraggio al palladio e al platino avevano un aspetto morbido e piacevole, più delicato, mi sembrava, delle solite stampe all’argento. Naturalmente si partiva sempre da un’immagine all’argento, perché solo i suoi sali erano sensibili alla luce; poi però lo si poteva sostituire con qualsiasi altro metallo (o quasi). Il rame, l’uranio o il vanadio rimpiazzavano facilmente l’argento. Una combinazione particolarmente audace consisteva nel combinare un sale di vanadio con un sale di ferro come l’ossalato ferrico: in tal caso il giallo del ferrocianuro di vanadio e il blu del ferriferrocianuro si sarebbero combinati generando un verde brillante. Mi divertivo a sconcertare i miei genitori con immagini di tramonti verdi, facce verdi, autopompe antincendio e autobus londinesi a due piani anch’essi diventati di color verde. Il mio manuale di fotografia descriveva anche il viraggio con lo stagno, il cobalto, il nichel, il piombo, il cadmio, il tellurio e il molibdeno; a questo punto mi fermai, perché la cosa diventava un’ossessione: stavo esagerando con la tecnica del viraggio - volendo usare per forza tutti i metalli che conoscevo in camera oscura, dimenticando il vero scopo della fotografia.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 160
Le « vedute » stereoscopiche
In casa avevamo anche centinaia di « vedute » stereoscopiche - molte su rettangoli di cartone, altre su lastre di vetro -, coppie di fotografie sbiadite, color seppia, raffiguranti scenari alpini, la Torre Eiffel, Monaco negli anni Settanta (la nonna materna di mia madre era nata a Gunzenhausen, un piccolo villaggio distante qualche chilometro da Monaco), scene di strada o di spiaggia dell’epoca vittoriana, e varie immagini dell’ambiente industriale (una particolarmente suggestiva mostrava uno stabilimento di epoca vittoriana, con lunghe leve azionate da macchine a vapore: era questo scenario che mi veniva in mente quando leggevo di Coketown in Tempi difficili). Mi piaceva mettere queste coppie di fotografie nel grande stereoscopio che tenevamo in salotto - un massiccio strumento di legno sistemato sul suo piedistallo, con manopole di ottone per la messa a fuoco e la regolazione della distanza fra le lenti. Questi stereoscopi erano ancora abbastanza comuni, sebbene non fossero più universali come erano stati al volgere del secolo. Vedere le fotografie piatte e sbiadìte acquistare a un tratto una nuova dimensione, una profondità reale e intensamente percepibile, dava loro uno speciale realismo, una verosimiglianza particolare, con un carattere molto privato. C’era, in quelle fotografie stereoscopiche, un qualcosa di romantico e segreto, perché quando si guardava attraverso gli oculari si era come appartati in una sorta di teatro congelato - un teatro tutto per sé. Avevo la sensazione di poterci entrare, come nei diorama del museo.
In queste coppie di fotografie, c’era una differenza, piccola ma essenziale, di parallasse o prospettiva fra le due immagini, ed era proprio questa differenza a creare il senso di profondità. Non si aveva alcuna percezione di che cosa vedesse ciascun occhio separatamente, perché le due immagini confluivano, magicamente, a formare un’unica scena coerente.
Il fatto che la profondità fosse una costruzione, una « finzione » del cervello, implicava la possibilità di inganni, illusioni e trucchi di vario tipo. Non possedetti mai un apparecchio stereoscopico, ma scattavo due immagini in successione, spostando la macchina di quattro-cinque centimetri fra le due esposizioni. Se lo spostamento era maggiore, le differenze di parallasse risultavano eccessive, e quando le due immagini venivano fuse davano un senso di profondità esagerato. Costruii un « iperstereoscopio », usando un tubo di cartone contenente all’interno specchi orientati obliquamente, in modo da aumentare a tutti gli effetti la distanza interoculare portandola a una sessantina di centimetri, o anche più. Questo strumento era meraviglioso per accentuare la distanza tra i piani prospettici di edifici o colline; da vicino però, produceva effetti bizzarri: per esempio, nelle facce produceva un effetto-Pinocchio, perché i nasi sembravano sporgere da esse di molti centimetri.
Era anche divertente invertire i rilievi: con le stereofotografie era facile, ma ci si poteva anche costruire uno « pseudostereoscopio », con un breve tubo di cartone e alcuni specchi, disposti in modo che la posizione degli occhi risultasse rovesciata. Ciò faceva sì che le distanze dall’osservatore apparissero invertite, portando in primo piano gli oggetti più lontani: una faccia, ad esempio, diventava una maschera concava. Ma produceva anche un conflitto, ovvero una contraddizione: interessante, giacché il buon senso, e ogni altro indizio visivo, dicevano una cosa, mentre le immagini pseudostereoscopiche ne proclamavano un’altra, e uno vedeva prima una cosa e poi l’altra, come se nel cervello si alternassero due differenti ipotesi percettive.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 165
Emicranie imprevedibili e allucinazioni
Il rovescio di tutto questo, come capii poi - e cioè una sorta di destrutturazione o decomposizione -, poteva aver luogo durante gli attacchi di emicrania, in cui spesso sperimentavo strane alterazioni visive. Capitava che perdessi temporaneamente il mio senso del colore, o che esso fosse alterato; gli oggetti potevano sembrarmi piatti come sagome; oppure, invece di percepire normalmente il movimento, vedevo una serie sfarfallante di fermo-immagine, come quando Walter faceva girare troppo lentamente il suo proiettore cinematografico. Potevo perdere metà del campo visivo, così che su un lato mancassero gli oggetti, o vedessi i volti bisecati. Ricordo che la prima volta fui terrorizzato - avevo quattro o cinque anni, prima della guerra. Mia madre, però, mi disse che capitava anche a lei: non era una cosa pericolosa e durava pochi minuti. Rassicurato, mi misi in attesa di occasionali emicranie, chiedendomi che cosa sarebbe accaduto la prossima volta (non ne ebbi mai due esattamente identiche) - che cosa avrebbe escogitato il mio cervello, nella sua inventiva. E possibile che emicranie e fotografia, messe insieme, abbiano contribuito a orientarmi nella direzione in cui, anni dopo, mi sarei incamminato.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 165
I tondini di legno del signor Dalton
Per Newton e Boyle, sebbene esistessero diverse forme di materia, i corpuscoli o gli atomi di cui esse erano composte erano tutti identici.’ (E pertanto rimaneva sempre, per loro, la possibilità alchemica di convertire il vile metallo in oro, giacché ciò comportava solo un cambiamento di forma, una trasformazione della stessa materia fondamentale). Ora, però, grazie a Lavoisier, il concetto di elemento era stato chiarito, e per Dalton esistevano tanti tipi di atomi quanti erano gli elementi. Ognuno di essi aveva un «peso atomico» fisso e caratteristico, ed era proprio questo che determinava le proporzioni relative secondo le quali ciascun elemento si combinava con gli altri. Perciò, se 23 grammi di sodio si combinavano invariabilmente con 35,5 grammi di cloro, era perché gli atomi di sodio e di cloro avevano, rispettivamente, un peso atomico di 23 e 35,5. (Questi pesi atomici non erano, naturalmente, i pesi reali degli atomi, ma i loro pesi relativi rispetto a un peso standard - per esempio, quello di un atomo di idrogeno).
Leggere Dalton, leggere degli atomi, mi fece scivolare in una sorta di rapimento: pensai che i numeri e le misteriose proporzioni osservate in laboratorio su scala macroscopica potessero riflettere un intero mondo invisibile e infinitesimo di atomi che danzavano, si toccavano, si attraevano e si combinavano. Avevo la sensazione che - usando l’immaginazione come un microscopio - mi fosse consentito di vedere un mondo in miniatura, un mondo elementare, miliardi o migliaia di miliardi di volte più piccolo del nostro: il mondo dei veri costituenti della materia.
Zio Dave mi aveva mostrato una lamina d’oro che era stata battuta e martellata fino a farla diventare quasi trasparente, al punto che trasmetteva la luce - una bellissima luce verde-bluastra. Lo spessore di quel foglio d’oro, mi disse, che era di 2,5 milionesimi di centimetro, conteneva solo qualche decina di atomi. Mio padre mi aveva mostrato che una sostanza molto amara, come la stricnina, poteva essere diluita un milione di volte ed essere ancora percepita al gusto. Mi piaceva fare esperimenti con i film sottili, soffiare bolle di sapone in bagno - da una piccolissima quantità di acqua saponata, facendo attenzione, se ne ottenevano di enormi -, guardare la benzina che si spargeva in macchie iridescenti sulle strade bagnate. Tutte queste osservazioni mi prepararono, in un certo senso, a immaginare il mondo dell’infinitamente piccolo, la piccolezza delle particelle che compongono un foglio d’oro spesso qualche milionesimo di centimetro, una bolla di sapone o un film di benzina.
Ma ciò che Dalton lasciava intendere era infinitamente più emozionante: non si trattava solo di atomi in senso newtoniano, ma di atomi dotati di un’individualità ricca come quella degli elementi stessi - atomi la cui individualità conferiva agli elementi la loro.
Nel quaderno di appunti di Dalton la descrizione dettagliata della sua teoria atomica reca la data 6 settembre 1803 - il giorno del suo trentasettesimo compleanno. Al principio egli fu troppo modesto, o forse troppo diffidente, per pubblicare un qualsiasi scritto sulla sua teoria (benché avesse calcolato ed elencato negli appunti i pesi atomici di sei elementi: idrogeno, azoto, carbonio, ossigeno, fosforo e zolfo). Ben presto, però, circolò la voce che egli stesse covando qualcosa di straordinario, e Thomas Thomson, chimico insigne, andò a Manchester per incontrarsi con lui. Bastò una sola breve conversazione con Dalton, nel 1804, per « convertire » Thomson - e per cambiargli la vita. « Rimasi incantato » scriverà in seguito « dalla nuova luce che immediatamente si accese nella mia mente, e capii subito l’immensa importanza di una tal teoria».
Sebbene Dalton avesse presentato alcune sue congetture alla Literary and Philosophical Society di Manchester, esse restarono in una cerchia ristretta finché Thomson non ne fece oggetto dei suoi scritti. La presentazione di Thomson era brillante e persuasiva, molto più dell’esposizione dello stesso Dalton, goffamente compressa nelle pagine finali del suo New System del 1808.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 174
Avogadro ipotizzò che volumi uguali di gas contenessero un ugual numero di molecole
Sebbene parlasse di atomi « composti », Dalton non faceva una chiara distinzione (non più chiara dei suoi predecessori) fra molecole (la più piccola quantità di un elemento o di un composto che può esistere allo stato libero) e atomi (le reali unità della combinazione chimica). Il chimico italiano Avogadro, analizzando i risultati di Gay-Lussac, ipotizzò a quel punto che volumi uguali di gas contenessero un ugual numero di molecole. Perché così fosse, le molecole di idrogeno e di ossigeno dovevano essere formate ciascuna da due atomi. La loro combinazione per formare l’acqua poteva quindi essere rappresentata come segue: 2H2 + OZ -> 2H2O.
Tuttavia, il suggerimento di Avogadro dell’esistenza di molecole biatomiche fu ignorato e osteggiato praticamente da tutti - Dalton compreso - in un modo che, almeno in retrospettiva, ha dell’incredibile. Rimase così una grande confusione fra atomi e molecole, insieme allo scetticismo sulla possibilità che atomi dello stesso tipo si legassero insieme. Non c’era alcun problema a considerare l’acqua, che era un composto, come H2O, ma ad ammettere che una molecola di idrogeno puro potesse essere H2 ci si scontrava con una difficoltà apparentemente insormontabile. Molti pesi atomici calcolati ai primi del diciannovesimo secolo erano dunque sbagliati a meno di un semplice fattore numerico: alcuni sembravano la metà di quanto avrebbero dovuto essere, altri il doppio, oppure un terzo, un quarto, e così via.
Finalmente, nel 1858, Stanislao Cannizzaro comprese che l’ipotesi avanzata nel 1811 dal suo conterraneo Avogadro offriva un’elegante via d’uscita dalla confusione su atomi e molecole, pesi atomici e pesi equivalenti, una confusione che si trascinava da decenni. Il primo scritto di Cannizzaro fu ignorato, proprio come lo era stato quello di Avogadro, ma quando alla fine del 1860 i chimici si riunirono a Karlsruhe, nel loro primo convegno internazionale, fu proprio la relazione di Cannizzaro a tener banco, e a porre fine al conflitto intellettuale durato tanti anni.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 177
La storia della scienza era tutt’altro che una serie logica e conseguente di eventi; invece, saltava, convergeva, divergeva, si inceppava
Questa era parte della storia che intuivo quando, emergendo dal mio laboratorio, prendevo un biglietto per la biblioteca del Museo della Scienza, nel 1945. Era evidente che la storia della scienza era tutt’altro che una serie logica e conseguente di eventi; invece, saltava qua e là, si divideva, convergeva, divergeva, partiva per la tangente, si ripeteva, si inceppava e si lasciava chiudere negli angoli. C’erano pensatori che prestavano poca attenzione alla storia (e può darsi che numerosi ricercatori originali se la siano cavata molto meglio proprio per il fatto di non aver conosciuto i propri precursori: probabilmente Dalton avrebbe avuto più difficoltà a proporre la sua teoria atomica se avesse conosciuto l’immensa e confusa storia dell’atomismo, nei duemila anni che l’avevano preceduto). E d’altra parte ci furono scienziati che ponderarono in continuazione la storia della loro materia e i cui contributi dipesero interamente da quelle loro riflessioni; chiaramente, questo fu il caso di Cannizzaro. Egli rifletté intensamente sul lavoro di Avogadro; comprese le implicazioni delle sue ipotesi come nessuno aveva fatto prima; con esse, e facendo leva anche sulla propria creatività, rivoluzionò la chimica.
Cannizzaro era assolutamente convinto che i suoi studenti dovessero tenere a mente e considerare la storia della chimica. In uno splendido saggio sull’insegnamento, egli descrisse come iniziava i propri allievi allo studio della chimica cercando di metterli - così diceva - allo stesso livello dei contemporanei di Lavoisier, in modo che potessero percepire, proprio come quelli, tutta la forza rivoluzionaria e la meraviglia del suo pensiero; e poi li faceva procedere di qualche anno, così che potessero sperimentare l’improvvisa, abbagliante, illuminazione di Dalton.
Concludendo, Cannizzaro osservava che la mente di chi sta imparando una nuova scienza deve passare per tutte le fasi che quella stessa scienza ha attraversato nel corso della sua evoluzione storica. Le riflessioni di Cannizzaro avevano per me una profonda risonanza, giacché anch’io, in un certo senso, stavo vivendo e ricapitolando dentro di me tutta la storia della chimica, riscoprendo le fasi attraverso cui essa era passata.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 176
L’elettricità spiegata
Leggere di Davy e dei suoi esperimenti fu l’incentivo per numerosi altri esperimenti elettrochimici: immersi un chiodo di ferro in acqua, attaccandogli un pezzo di zinco per proteggerlo dalla corrosione. Ripulii i cucchiai d’argento tutti anneriti di mia madre mettendoli in un piatto di alluminio con una soluzione calda di bicarbonato di sodio. La cosa le fece un tal piacere che decisi di spingermi oltre, e provai a cimentarmi con la galvanostegia, usando del cromo all’anodo e una serie di oggetti di casa al catodo. Cromai tutto quello su cui mi riuscì di mettere le mani: chiodi di ferro, pezzi di rame, forbici e (con grande irritazione di mia madre) uno dei cucchiai d’argento precedentemente puliti.
Al principio non mi resi conto dell’esistenza di un nesso fra questi esperimenti e le batterie con cui stavo giocando; tuttavia, il fatto che la prima coppia di metalli che avevo usato, lo zinco e il rame, potesse produrre un albero, oppure, in una pila, una corrente elettrica, mi sembrò una strana coincidenza. Credo di aver cominciato a capire che le due serie - quella degli «alberi» e quella di Volta - erano probabilmente la stessa cosa, e che l’attività chimica e il potenziale elettrico erano, in un certo senso, lo stesso fenomeno, solo dopo aver letto che, per ottenere un voltaggio superiore, nelle batterie si usavano metalli più nobili, come l’argento e il platino.
In cucina c’era una grossa batteria di vecchio tipo, una pila a liquido, collegata a un campanello elettrico. Il campanello in un primo momento mi sembrò troppo complicato; la batteria, viceversa, esercitò su di me un’attrattiva immediata: era formata da un tubo cilindrico di terracotta con dentro un elettrodo lucente di rame massiccio, a bagno in un liquido azzurro; il tutto dentro un recipiente di vetro, contenente anch’esso un liquido, in cui era immersa una barra, più sottile, di zinco. Sembrava una specie di industria chimica in miniatura, e a volte credevo di vedere delle piccole bolle di gas sprigionarsi dallo zinco. Questa pila Daniell (così si chiamava) aveva un aspetto decisamente ottocentesco e vittoriano: era un oggetto straordinario che produceva elettricità facendo tutto da sé - senza bisogno di essere strofinato o frizionato, ma solo in virtù delle reazioni chimiche che avevano luogo al suo interno. Si trattava di una fonte di elettricità del tutto diversa, non per sfregamento o statica, ma di tipo radicalmente diverso; quando Volta la scoprì, nel 1800, dovette sembrare qualcosa di stupefacente, una nuova forza della natura. In precedenza c’erano state solo le scariche fugaci, scintille e lampi, o l’elettricità per sfregamento; ora si poteva disporre di una corrente costante e uniforme, non soggetta a variazioni. Occorrevano solo due diversi metalli: il rame e lo zinco andavano bene, oppure anche il rame e l’argento (Volta individuò un’intera serie di metalli, che differivano per « voltaggio », ossia per la differenza di potenziale fra l’uno e l’altro), immersi in un mezzo conduttore.
Le mie prime batterie erano a base di frutta e verdura: infilando gli elettrodi di rame e zinco in una patata o in un limone, si può ottenere una corrente elettrica sufficiente ad accendere una minuscola lampadina da 1 volt. Poi si potevano collegare (in serie, per ottenere un maggior voltaggio; oppure in parallelo, per avere maggior potenza) cinque o sei di questi limoni, o patate, e ottenere una « batteria » biologica. Dalle batterie di frutta e verdura, passai alle monete, alternando quelle di rame e d’argento (bisognava usare monete d’argento battute prima del 1920, perché quelle successive erano state coniate con metallo svilito) e interponendo fra di esse della carta assorbente inumidita (di solito con saliva). Se usavo monete piccole, come i farthing e i sei penny, potevo avere cinque o sei di queste coppie nello spazio di due-tre centimetri, oppure potevo fare una pila di sessanta-settanta coppie, lunga una trentina di centimetri; chiusa in un tubo, avrebbe generato una scarica netta di 100 volt. Ci si poteva anche spingere oltre, pensavo, e fabbricare un bastone elettrico con sottili coppie di fogli di rame e zinco, molto più sottili delle monete. Un bastone del genere, con cinquecento coppie, o anche più, avrebbe potuto generare un migliaio di volt, addirittura più di un’anguilla elettrica, abbastanza per terrorizzare qualsiasi assalitore - ma non mi spinsi mai al punto di realizzarlo.
Ero affascinato dall’enorme varietà di batterie realizzate nell’Ottocento, alcune delle quali erano in mostra al Museo delle Scienze. C’erano batterie a «fluido singolo », come la pila originale di Volta, la Smee, la Grenet, la massiccia Leclanche o la sottile batteria d’argento di de la Rue; e poi c’erano quelle a due fluidi, come la nostra Daniell, la Bunsen e la Brove (che usava elettrodi di platino). Il loro numero sembrava infinito; ma tutte, in un modo o nell’altro, erano progettate per assicurare un flusso di corrente più affidabile e costante, proteggere gli elettrodi dalla deposizione del metallo o dall’aderenza delle bolle di gas ed evitare l’emissione di gas nocivi o infiammabili (effettivamente prodotti da alcuni modelli).
Di tanto in tanto, queste pile a liquido dovevano essere rabboccate con acqua; ma le piccole pile a secco nelle nostre torce erano chiaramente diverse. Marcus, vedendo il mio interesse, ne aprì una con il suo robusto coltello da scout, e mi mostrò l’involucro esterno di zinco, la barra centrale di carbonio, e la pasta interposta fra i due: una sostanza conduttrice piuttosto corrosiva dallo strano odore. Mi mostrò la pesante batteria da 120 volt nella nostra radio portatile (una necessità bellica, quando la fornitura di elettricità era tanto erratica), che conteneva ottanta pile a secco collegate e pesava qualche chilogrammo. Una volta aprì il cofano dell’automobile - a quell’epoca avevamo la vecchia Wolseley - e mi mostrò l’accumulatore, con le piastre di piombo e l’acido, spiegandomi che era ricaricabile, ma non poteva generare in modo autonomo alcuna carica. Le batterie mi facevano impazzire, anche se erano scariche; quando i miei se ne accorsero, fui sommerso da batterie usate di ogni forma e misura, e ben presto misi insieme una straordinaria (e perfettamente inutile) collezione, molti pezzi della quale finirono aperti e dissezionati.
La mia preferita rimaneva comunque la vecchia pila Daniell. Quando ci modernizzammo e comprammo un’elegante pila a secco per il campanello, sequestrai la Daniell per me. Aveva un voltaggio modesto, di soli 1-1,5 volt, ma la corrente generata, che era di diversi ampere, era di tutto rispetto rapportata alle dimensioni. Questo la rendeva adattissima per esperimenti di riscaldamento e illuminazione, quando occorreva una corrente consistente, mentre il voltaggio importava poco.
Potevo ora facilmente riscaldare un filo - zio Dave mi aveva regalato un’intera serie di bellissimi fili di tungsteno di diversi spessori. Quello più grosso del diametro di due millimetri, si intiepidiva quando ne collegavo un pezzo ai morsetti della batteria, mentre quello più sottile diventava incandescente, raggiungeva il calor bianco e poi inceneriva in un lampo. C’era poi una comoda via di mezzo, un filo che si poteva tenere per un po’ al calor rosso, sebbene anche a quella temperatura si ossidasse e ben presto finisse per disintegrarsi in uno sbuffo di ossido bianco-giallastro. (Ora capivo come fosse essenziale togliere l’aria dall’interno delle lampadine, e perché l’illuminazione a incandescenza non fu possibile finché nei bulbi di vetro non venne creato il vuoto o essi non furono riempiti con un gas inerte).
Usando la Daniell come fonte di energia, potevo anche decomporre l’acqua, purché fosse salata o acidulata. Ricordo lo straordinario piacere che provai nel decomporre un poco d’acqua in un portauovo, osservandola mentre si separava visibilmente nei suoi elementi, l’ossigeno a un elettrodo, l’idrogeno all’altro. L’elettricità fornita da una pila da 1 volt sembrava molto debole, ma era sufficiente per separare un composto chimico, per decomporre l’acqua o, ancor più platealmente, un poco di sale, nei suoi costituenti violentemente attivi.
L’elettrolisi non poté essere scoperta prima della pila di Volta, perché le più potenti macchine elettrostatiche o le bottiglie di Leida erano del tutto incapaci di causare la decomposizione chimica. In seguito Faraday calcolò che sarebbe stata necessaria la carica cumulativa di 800000 bottiglie di Leida, o forse l’energia di un fulmine, per decomporre un grano (65 mg) d’acqua, cosa che si poteva fare con una minuscola, semplice, pila da 1 volt. (E d’altra parte, la mia pila da 1 volt, e anche la batteria da ottanta pile che Marcus mi aveva mostrato nella nostra radio portatile, non riuscivano a muovere una pallina di midollo di sambuco, né un elettroscopio).
L’elettricità statica poteva generare grandi scintille e scariche ad alto voltaggio (una macchina Wimshurst poteva generare 100000 volt) ma una potenza minima, almeno ai fini dell’elettrolisi. E per quanto riguardava la grande potenza e il basso voltaggio di una cella chimica, era vero l’opposto.
Se la batteria elettrica servì a iniziarmi all’inseparabile relazione esistente fra elettricità e chimica, il campanello elettrico mi introdusse alla relazione, pure inseparabile, fra elettricità e magnetismo: una relazione per nulla evidente o trasparente, scoperta solo negli anni Venti del diciannovesimo secolo.
Avevo visto come una modesta corrente elettrica potesse riscaldare un filo, produrre una scarica, o decomporre una soluzione. Ma come faceva a causare il movimento oscillatorio, il suono, del campanello? I fili uscenti dal campanello andavano alla porta di casa, e quando qualcuno premeva il pulsante esterno, chiudeva un circuito. Una sera in cui i miei genitori erano usciti, decisi di tagliar fuori il circuito, e di collegare i fili in modo da poter azionare direttamente il campanello. Non appena feci passare la corrente, il martelletto sussultò, colpendo il campanello. Che cosa lo faceva saltare non appena fluiva la corrente? Il martelletto, lo vedevo bene, era di ferro e aveva del filo di rame avvolto intorno. Quando veniva attraversato da una corrente elettrica, l’avvolgimento si magnetizzava ed era proprio per questo che il martelletto era attratto dalla base di ferro del campanello (nel momento in cui la colpiva, apriva il circuito e tornava nella sua posizione originale). Tutto ciò mi sembrava straordinario: le mie calamite, i miei magneti a ferro di cavallo, erano una cosa - ma qui c’era una forma di magnetismo che compariva solo quando una corrente fluiva nell’avvolgimento, e scompariva nel momento in cui quella corrente cessava.
A indicare il possibile legame fra elettricità e magnetismo era stato l’ago della bussola, così delicato e sensibile. Il fatto che l’ago di una bussola potesse sussultare o perfino smagnetizzarsi durante un temporale era ben noto, e nel 1820 si scoprì che se si faceva passare una corrente in un filo vicino a una bussola, l’ago deviava improvvisamente. Se la corrente era abbastanza forte, la deviazione poteva giungere a novanta gradi. Se la bussola stava sopra il filo, invece che sotto, l’ago invertiva la sua direzione. Era come se la forza magnetica formasse dei cerchi intorno al filo.
Questo andamento circolare delle forze magnetiche poteva essere facilmente visualizzato usando un magnete verticale posto in una vaschetta di mercurio, con un filo conduttore libero di muoversi, sospeso in modo che sfiorasse il mercurio, e una seconda vaschetta in cui il magnete fosse libero di muoversi e il filo fosse invece fissato. Facendo passare la corrente, il filo della prima vaschetta descriveva dei cerchi attorno al magnete, mentre nella seconda vaschetta il magnete ruotava intorno al filo nella direzione opposta.’
Faraday, che nel 1821 progettò questo apparato - in effetti, il primo motore elettrico del mondo - si interrogò immediatamente sulla situazione inversa: se l’elettricità poteva produrre così facilmente il magnetismo, una forza magnetica poteva produrre elettricità? E interessante come gli siano occorsi diversi anni per rispondere a questa domanda, giacché non si tratta di un quesito semplice.’ Ponendo un magnete permanente all’interno di una spira conduttrice non si ottiene alcuna elettricità: il magnete deve essere mosso avanti e indietro, e solo allora si genera corrente. Oggi questo ci sembra ovvio, perché abbiamo familiarità con le dinamo e il loro funzionamento. Ma a quell’epoca non c’era alcuna ragione per ritenere che fosse necessario il movimento; dopo tutto, una bottiglia di Leida, una pila, erano semplicemente posate su un tavolo. Perfino un genio come Faraday impiegò dieci anni per compiere un simile salto intellettuale - per staccarsi dagli assunti del suo tempo ed entrare in un nuovo dominio, comprendendo così che il movimento del magnete era necessario per generare l’elettricità, che il movimento era l’essenza. (Il movimento, pensava Faraday, generava elettricità tagliando le linee di forza magnetiche). Il magnete di Faraday, con il suo avanti e indietro, fu la prima dinamo del mondo - un motore elettrico a rovescio.
Curiosamente, le due invenzioni di Faraday, il motore elettrico e la dinamo, alle quali egli arrivò all’incirca nello stesso tempo, ebbero all’epoca un impatto diversissimo. I motori elettrici furono accolti e sviluppati quasi immediatamente, e già nel 1839 c’erano battelli fluviali elettrici azionati a batterie; lo sviluppo della dinamo invece fu molto più lento ed essa si diffuse solo negli anni Ottanta del secolo, quando l’introduzione della luce elettrica e dei treni elettrici aveva creato la domanda di grandi quantità di elettricità e di un opportuno sistema di distribuzione. Non si era mai visto nulla di simile a queste enormi dinamo ronzanti, che generavano una nuova energia misteriosa e invisibile dal nulla, e le prime centrali elettriche, con le loro dinamo immense, ispiravano un senso di reverenza. (H.G. Wells rievocò tutto questo in uno dei suoi primi racconti, Il dio delle dinamo, in cui un addetto alla manutenzione, uomo rozzo e primitivo, comincia a considerare la grande macchina alla stregua di una divinità che richiede un sacrificio umano).
Come Faraday, cominciai anch’io a vedere « linee di forza» ovunque. Avevo già montato sulla mia bicicletta dei fanali anteriori e posteriori azionati a batteria, e adesso acquistai anche fanali alimentati da una dinamo. Mentre la piccola dinamo ronzava sulla ruota posteriore, a volte pensavo alle linee di forza magnetiche tagliate e al ruolo essenziale e misterioso che il movimento aveva in tutto questo.
Il magnetismo e l’elettricità, ritenuti inizialmente fenomeni del tutto separati, sembravano ora, in qualche modo, collegati dal movimento. A questo punto mi rivolsi allo «zio della fisica», zio Abe, il quale mi spiegò come la relazione fra elettricità e magnetismo (e anche la relazione di entrambi i fenomeni con la luce) fosse stata chiarita dal grande fisico scozzese Clerk Maxwell.’ Un campo elettrico in movimento generava intorno a sé un campo magnetico, che a sua volta generava un campo elettrico, che generava un campo magnetico, e così via. Con queste mutue induzioni, pressoché istantanee, Maxwell immaginò che vi fosse, a tutti gli effetti, un campo elettromagnetico associato, in oscillazione estremamente rapida, che si espandeva in tutte le direzioni e si propagava come un moto d’onda nello spazio. Nel 1865 Maxwell calcolò che tali campi si propagavano a 300000 chilometri al secondo, una velocità vicinissima a quella della luce. Questo dato era sorprendente - nessuno aveva sospettato l’esistenza di una qualsiasi relazione fra magnetismo e luce; in effetti, nessuno aveva la benché minima idea di che cosa fosse la luce, sebbene si fosse ormai compreso chiaramente che essa si propagava come un’onda. Maxwell suggerì che luce e magnetismo fossero « manifestazioni della stessa sostanza », e che la luce fosse « una perturbazione elettromagnetica che si propaga attraverso il campo secondo le leggi dell’elettromagnetismo ». Dopo aver sentito queste parole, cominciai a pensare alla luce in modo diverso - come a campi elettrici e magnetici che saltavano gli uni sugli altri a velocità fulminea, intrecciandosi insieme a formare un raggio di luce.
Come corollario, ne seguiva che qualsiasi campo elettrico o magnetico variabile poteva dare origine a un’onda elettromagnetica che si propagava in tutte le direzioni. Fu questo, mi spiegò zio Abe, a ispirare Heinrich Hertz nella sua ricerca di altre onde elettromagnetiche - onde che magari avessero una lunghezza molto superiore a quella della luce visibile. L’impresa gli riuscì nel 1886, usando un semplice rocchetto di Ruhmkorff come « trasmittente » e, come « riceventi », minuscole bobine con una piccolissima distanza fra gli elettrodi (un centesimo di millimetro). Quando veniva azionato il rocchetto, Hertz osservò, nell’oscurità del suo laboratorio, piccole scintille secondarie nelle bobine. «Uno accende la radio » diceva zio Abe « e non riflette mai sulla meraviglia di ciò che sta accadendo. Pensa cosa deve aver provato Hertz, quel giorno del 1886, quando vide le scintille nell’oscurità e capì che Maxwell aveva ragione; che qualcosa di simile alla luce, un’onda elettromagnetica, si stava irraggiando dal suo rocchetto in tutte le direzioni! ».
Hertz morì giovanissimo, e non seppe mai che la sua scoperta avrebbe rivoluzionato il mondo. Quando Marconi trasmise per la prima volta segnali radio da un capo all’altro della Manica, zio Abe aveva solo diciott’anni. Ricordava l’eccitazione suscitata dall’evento, perfino superiore a quella legata alla scoperta dei raggi X, avvenuta due anni prima. I segnali radio potevano essere ricevuti da alcuni cristalli, soprattutto quelli di galena; si doveva trovare il punto giusto sulla loro superficie esplorandoli con un filo di tungsteno, un « baffo di gatto ». Una della prime invenzioni di zio Abe consistette nella fabbricazione di cristalli sintetici che funzionavano ancor meglio della galena. Tutti parlavano delle onde radio come di « onde hertziane », e Abe chiamò il suo cristallo hertzite.
La più grande impresa di Maxwell, però, fu quella di mettere insieme tutta la teoria elettromagnetica, e di formalizzarla e comprimerla in sole quattro equazioni.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 191
La tavola di Mendeleev
Gli elementi conosciuti producevano un modello ripetitivo, ossia un aloge, no seguito da un metallo alcalino e poi da un metallo alcalino-terroso, Mendeleev percepì che doveva trattarsi del frammento di un mosaico più ampio e passò all’idea di una periodicità che governasse tutti gli elementi: una Legge Periodica.
La prima piccola tavola di Mendeleev dovette essere completata, e poi estesa in tutte le direzioni, come uno schema di parole crociate; di per se stessa, quest’operazione richiese alcune speculazioni audaci.
Spigolando fra calcoli consapevoli e sensazioni, fra intuizione e analisi, nell’arco di qualche settimana Mendeleev arrivò alla tabulazione di una trentina di elementi disposti in ordine di peso atomico crescente: una tabulazione che ora indicava il ricorrere delle proprietà ogni otto elementi. Si dice che la notte del 16 febbraio 1869 egli abbia fatto un sogno nel quale vide quasi tutti gli elementi conosciuti disposti in una grande tavola. Il mattino seguente affidò la sua visione alla carta.’
La logica e il modello contenuti nella tavola di Mendeleev erano talmente chiari che immediatamente balzarono all’occhio certe anomalie. Alcuni elementi sembravano trovarsi nel posto sbagliato, mentre in altri posti non c’erano elementi. Avvalendosi della sua enorme conoscenza chimica, Mendeleev riposizionò circa sei elementi, senza tener conto della valenza e del peso atomico che erano loro attribuiti. Nel farlo, diede prova di un’audacia che scandalizzò alcuni suoi contemporanei (Lothar Meyer, per esempio, pensava che fosse mostruoso modificare i pesi atomici semplicemente perché non « si conformavano» alla tavola).
In un atto di suprema fiducia in se stesso, Mendeleev riservò diversi spazi vuoti della sua tavola a elementi «attualmente sconosciuti». Sosteneva che estrapolando le proprietà degli elementi che si trovavano sopra e sotto (e anche, in una certa misura, di quelli a destra e a sinistra) era possibile prevedere con sicurezza come sarebbero stati quelli ancora sconosciuti. E nella sua tavola del 1871, Mendeleev fece esattamente questo, prevedendo nei minimi dettagli le caratteristiche di un nuovo elemento (eka-aluminium) che avrebbe occupato il posto sotto l’alluminio, nel Gruppo III. Quattro anni dopo, il chimico francese Lecoq de Boisbaudran scoprì un elemento esattamente con quelle caratteristiche, e lo chiamò gallio (patriotticamente, oppure con una maliziosa allusione a se stesso, Lecoq, il gallo, gallus).
La previsione di Mendeleev si era rivelata straordinariamente esatta: egli aveva previsto un peso atomico di 68 (Lecoq ottenne 69,9) e un peso specifico di 5,9 (Lecoq ricavò 5,94) e aveva ipotizzato correttamente moltissime altre proprietà fisiche e chimiche del gallio - la sua fusibilità, i suoi ossidi, i suoi sali, la sua valenza. Ci furono alcune discrepanze iniziali fra le osservazioni di Lecoq e le previsioni di Mendeleev, ma si risolsero tutte rapidamente a favore di quest’ultimo. Si disse anzi che Mendeleev aveva saputo cogliere le proprietà del gallio - un elemento che non aveva mai nemmeno visto - meglio dell’uomo che lo aveva effettivamente scoperto.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 225
La tavola di Mendeleev: una guida per coordinare un’enorme quantità di informazioni
Improvvisamente Mendeleev non fu più considerato un semplice teorico o un sognatore, ma l’uomo che aveva scoperto una legge fondamentale della natura; la tavola periodica cessò di essere uno schema elegante ma non dimostrato, per trasformarsi in una guida preziosa che consentiva di coordinare un’enorme quantità di informazioni chimiche in precedenza slegate. Poteva anche servire come suggerimento per ogni sorta di future indagini, compresa una ricerca sistematica degli « elementi mancanti ». « Prima della formulazione di questa legge » dirà lo stesso Mendeleev circa vent’anni dopo «gli elementi chimici erano semplici dati della Natura, frammentari e incidentali; non c’era alcun particolare motivo per aspettarsi di scoprirne di nuovi ».
La tavola periodica era incredibilmente bella, la cosa più bella che io avessi mai visto. Non potrei mai analizzare adeguatamente che cosa intendessi, qui, per bellezza: semplicità? coerenza? ritmo? inevitabilità? O era forse la simmetria, la completezza di ogni elemento, ben ancorato al suo posto, senza lacune, senza eccezioni, in un sistema in cui ciascun componente implicava tutti gli altri.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 227
In quella sua prima nota a piè di pagina, già nella prefazione, Mendeleev parlava di quanto fosse « appagante, libera e gioiosa la vita nel regno della scienza» - e si capiva, da ogni frase, quanto ciò fosse vero per lui. Nell’arco della vita di Mendeleev, i Principles si svilupparono come una cosa viva - ogni edizione più ampia, più completa, più matura delle precedenti, riempita di note che crescevano e si espandevano (note che divennero così lunghe da riempire, nelle ultime edizioni, più pagine del testo; in effetti, alcune prendevano nove decimi della pagina; credo che il mio stesso amore per le note, per le digressioni che esse consentono, sia stato in parte determinato dalla lettura dei Principles).
Questa, almeno, è la leggenda che si racconta, in seguito diffusa dallo stesso Mendeleev - un po’ come accadde con Kekulé, che anni dopo avrebbe descritto la scoperta dell’anello del benzene come il risultato di un sogno in cui aveva visto dei serpenti mordersi la coda. Tuttavia, se si osserva la tavola disegnata proprio da Mendeleev, si vede che è piena di spostamenti, di cancellature e di calcoli in margine. Essa dimostra, nel modo più chiaro possibile, la lotta creativa ingaggiata dalla sua mente per arrivare a comprendere i fatti. Mendeleev non si svegliò da quel sogno con tutte le risposte pronte, ma - e questo forse è più interessante - con il senso di una rivelazione, così che nell’arco di qualche ora riuscì a risolvere molti dei problemi ai quali si era dedicato per anni.
La spettroscopia
Zio Abe decise che fosse ora che imparassi qualcosa sulla spettroscopia. Mi regalò un libro del 1873, The Spectroscope, di j. Norman Lockyer, e mi prestò un piccolo spettroscopio di sua proprietà. Il libro aveva illustrazioni affascinanti che, oltre a spettri e spettroscopi, mostravano barbuti scienziati vittoriani in redingote intenti a esaminare fiamme di candele con il nuovo apparato sperimentale - e mi trasmise una percezione molto personale della storia della spettroscopia, dai primi esperimenti di Newton alle pionieristiche osservazioni effettuate dallo stesso Lockyer sugli spettri del Sole e delle stelle.
In effetti, la spettroscopia aveva mosso i suoi primi passi puntando al cielo quando, nel 1666, Newton scompose la luce solare con un prisma, dimostrando che era costituita di raggi « diversamente rifrangibili ». Newton ottenne lo spettro solare come una banda luminosa continua di colore che passava dal rosso al violetto, simile a un arcobaleno. Centocinquant’anni dopo, Joseph Fraunhofer, un giovane ottico tedesco, usando un prisma molto più fine e una stretta fessura, si avvide che lo spettro di Newton era interrotto, per tutta la sua lunghezza, da strane linee scure, « un infinito numero di linee verticali di diverso spessore »: alla fine riuscì a contarne più di cinquecento.
per ottenere uno spettro occorreva una luce intensa, ma non doveva necessariamente trattarsi di luce solare. Poteva essere quella di una candela, oppure una « luce di calce », o le fiamme colorate dei metalli alcalini o alcalino-terrosi. Nel periodo compreso fra il 1830 e il 1850 furono esaminate anche queste, e si osservò un tipo di spettro completamente diverso. Mentre la luce solare produceva una banda luminosa comprendente tutti i colori dello spettro, la luce del sodio vaporizzato generava un’unica riga gialla, una linea molto stretta, estremamente luminosa, su uno sfondo nero inchiostro. Qualcosa di simile accadeva con gli spettri di fiamma del litio e dello stronzio, tranne per il fatto che questi avevano una moltitudine di linee luminose, principalmente nella regione del rosso.
Qual era l’origine delle linee scure osservate da Fraunhofer nel 1814? Avevano una qualsiasi relazione con le linee spettrali luminose prodotte dagli elementi esposti alla fiamma? Questi interrogativi si presentarono a molte menti dell’epoca, ma rimasero senza risposta fino al 1859, quando Gustav Kirchhoff, un giovane fisico tedesco, iniziò a collaborare con Robert Bunsen. A quell’epoca Bunsen era ormai un chimico insigne e un inventore prolifico - aveva inventato fotometri, calorimetri, la pila a zinco-carbonio (ancora usata, con modificazioni trascurabili, nelle batterie che mi divertivo a fare a pezzi da ragazzo) e, naturalmente, il becco Bunsen, che aveva perfezionato per indagare più da vicino i fenomeni del colore. I due erano una coppia ideale: Bunsen uno sperimentatore superbo - pratico, tecnicamente brillante, pieno di inventiva – e Kirchhoff dotato di una capacità teorica e di un talento matematico che a Bunsen forse mancavano.
Nel 1859, Kirchhoff eseguì un esperimento semplice e splendidamente pianificato, che dimostrò come gli spettri a linee luminose e quelli a linee scure - ovvero gli spettri di emissione e quelli di assorbimento - fossero la stessa cosa, gli opposti corrispondenti del medesimo fenomeno, ossia la capacità degli elementi di emettere luce di una lunghezza d’onda caratteristica quando venivano vaporizzati, oppure di assorbire luce esattamente della stessa lunghezza d’onda se venivano illuminati. La caratteristica riga del sodio, per esempio, poteva essere vista come una linea giallo brillante nel suo spettro di emissione, oppure come una linea scura, situata nella stessa esatta posizione, nello spettro di assorbimento.
Dirigendo il suo spettroscopio verso il Sole, Kirchhoff si rese conto che una delle infinite linee scure osservate da Fraunhofer nello spettro solare si trovava esattamente nella stessa posizione della linea giallo brillante del sodio, e che pertanto il Sole doveva contenere sodio. La sensazione generale, nella prima metà del diciannovesimo secolo, era che non avremmo mai saputo nulla sulle stelle, a parte quanto poteva essere acquisito con la semplice osservazione: in altre parole, che la loro composizione e in particolare la loro chimica sarebbero rimaste per sempre sconosciute; la scoperta di Kirchhoff fu quindi accolta con grande meraviglia.
Kirchhoff e altri (e specialmente lo stesso Lockyer) proseguirono nell’identificazione di un’altra ventina di elementi terrestri nel Sole e finalmente il mistero di Fraunhofer - le centinaia di righe nere nello spettro solare - poté essere interpretato come lo spettro di assorbimento di questi elementi, presenti negli strati più esterni del Sole, che venivano illuminati dall’interno. Viceversa, si prevedeva che un’eclisse solare, nel corso della quale lo splendore centrale del Sole fosse oscurato lasciando visibile solo la corona luminosa, avrebbe prodotto abbacinanti spettri di emissione corrispondenti alle linee scure.
Ora, con l’aiuto di zio Abe - che aveva un piccolo osservatorio sul tetto di casa sua, e teneva uno dei suoi telescopi collegato a uno spettroscopio - potei constatarlo in prima persona. L’intero universo visibile - pianeti, stelle, galassie lontane - si offriva all’analisi spettroscopica, e io trassi una soddisfazione vertiginosa, quasi estatica, nel vedere elementi terrestri tanto familiari là fuori nello spazio, nel constatare ciò che in precedenza avevo saputo solo intellettualmente, e cioè che gli elementi non appartenevano solo alla Terra ma a tutto il cosmo, ed erano in effetti le unità costruttive dell’Universo.
A questo punto, Bunsen e Kirchhoff distolsero la propria attenzione dai cieli, per vedere se non fosse possibile usare la spettroscopia per scoprire elementi nuovi o sconosciuti sulla Terra. Bunsen aveva già constatato il grandissimo potere dello spettroscopio nel risolvere miscele complesse - la sua capacità di fornire, in effetti, un’analisi ottica dei composti chimici. Se per esempio, insieme al sodio, fossero state presenti piccole quantità di litio, con l’analisi chimica convenzionale non ci sarebbe stato modo di rilevarlo. Né in questo caso potevano essere d’aiuto i colori della fiamma, giacché la brillante fiamma gialla del sodio tendeva a coprire altri colori. Ma, con uno spettroscopio, lo spettro caratteristico del litio era immediatamente osservabile, quand’anche esso fosse stato mescolato con una quantità di sodio pari a diecimila volte il suo peso.
Questo consentì a Bunsen di dimostrare che certe acque minerali ricche di sodio e potassio contenevano anche litio (cosa che era assolutamente insospettata, giacché le sole fonti di litio di cui si fosse consapevoli fino a quel momento erano alcuni minerali rari). Quelle acque potevano contenere anche altri metalli alcalini? Quando Bunsen concentrò la sua acqua minerale, riducendo seicento quintali a qualche litro, osservò, in mezzo alle linee di molti altri elementi, due cospicue linee azzurre, vicine, mai viste prima. Doveva trattarsi dell’impronta di un nuovo elemento. « Lo chiamerò cesio, per via della sua splendida linea spettrale azzurra » scrisse nel novembre del 1860, annunciando al mondo la sua scoperta.
Tre mesi dopo, Bunsen e Kirchhoff scoprirono un altro nuovo metallo alcalino e lo chiamarono rubidio, per « il magnifico color rosso cupo dei suoi raggi ».
A partire dalle prime scoperte di Bunsen e Kirchhoff, con l’aiuto della spettroscopia furono trovati, nell’arco di qualche decennio, altri venti elementi - l’indio e il tallio (anch’essi nominati così a causa dei colori brillanti delle loro linee spettrali), il gallio, lo scandio e il germanio (i tre elementi previsti da Mendeleev), tutte le rimanenti terre rare e, negli ultimi anni del secolo, i gas inerti.
Forse però la storia più romantica di tutte, e sicuramente quella che da bambino mi affascinò maggiormente, aveva a che fare con la scoperta dell’elio. Fu lo stesso Lockyer che, durante un’eclisse solare nel 1868, riuscì a scorgere una linea giallo brillante nella corona solare, vicina alle linee gialle del sodio, ma chiaramente distinta da esse. Egli suppose che la nuova riga dovesse appartenere a un elemento sconosciuto sulla Terra, e lo denominò elio (helium, con il suffisso metallico -ium perché credeva si trattasse di un metallo). Questa scoperìa suscitò una grandissima meraviglia e un notevole entusiasmo, e alcuni ipotizzarono addirittura che ogni stella avesse i propri elementi caratteristici. Fu solo venticinque anni dopo che si scoprì come certi minerali terrestri (dell’uranio) contenessero un gas strano e leggero, che veniva liberato facilmente; quando lo si sottopose all’analisi spettroscopica, dimostrò di essere proprio l’elio.
La meraviglia dell’analisi spettrale, dell’analisi a distanza, ebbe anche una risonanza letteraria. Avevo letto Il nostro comune amico (scritto nel 1864, solo quattro anni dopo che Bunsen e Kirchhoff avevano lanciato la spettroscopia), dove Dickens immaginava una « spettroscopia morale » grazie alla quale gli abitanti di galassie e stelle remote potessero analizzare la luce proveniente dalla Terra per soppesare il bene e il male in essa presenti, ottenendo lo spettro morale dei suoi abitanti.
« Ho ben pochi dubbi » scriveva Lockyer alla fine del suo libro « che, con il passare del tempo ... lo spettroscopio diventerà ... il compagno tascabile di tutti noi». Un piccolo spettroscopio divenne il mio fedele compagno, il mio analizzatore istantaneo del mondo, che estraevo in ogni sorta di occasioni: per guardare le nuove luci fluorescenti che cominciavano ad apparire nelle stazioni della metropolitana di Londra; per osservare fiamme e soluzioni nel mio laboratorio, o i fuochi di carbone e le fiamme a gas in casa.
Esplorai anche gli spettri di assorbimento di composti di ogni tipo, dalle semplici soluzioni inorganiche al sangue, le foglie, l’urina e il vino. Mi incantò scoprire che lo spettro del sangue era caratteristi.co perfino quando il materiale di partenza era essiccato, e che per effettuare queste analisi bastavano quantità piccolissime - era possibile identificare come sangue una macchia sbiadita, vecchia di oltre mezzo secolo, distinguendola da una macchia di ruggine. Le possibilità forensi di tutto questo mi interessavano; mi chiedevo se Sherlock Holmes, insieme alle sue esplorazioni chimiche, non si fosse servito anche di uno spettroscopio. (I romanzi di Sherlock Holmes mi piacevano particolarmente, e ancor di più apprezzai quelli del professor Challenger, che Conan Doyle scrisse in seguito - riuscivo a identificarmi in Challenger, infatti, ma non in Holmes. In La nube avvelenata, la spettroscopia ha un ruolo cruciale, perché è proprio un’alterazione nelle linee dello spettro solare di Fraunhofer a mettere in guardia Challenger, avvertendolo della presenza di una nube velenosa in avvicinamento).
Ma erano le linee brillanti, i colori luminosi, gli spettri di emissione, insomma, quelli a cui finivo sempre per ritornare. Ricordo che andavo a Piccadilly Circus e a Leicester Square con il mio spettroscopio tascabile, e osservavo le nuove luci al sodio usate per l’illuminazione stradale, le insegne scarlatte al neon, e altri tubi a scarica - gialli, blu, verdi, a seconda del gas usato - che dopo il lungo blackout della guerra avevano fatto del West End un trionfo di luci colorate. Ogni gas, ogni sostanza, aveva il suo spettro unico, la sua impronta.
Bunsen e Kirchhoff avevano capito che la posizione delle linee spettrali non era solo un’impronta esclusiva di ciascun elemento, ma anche una manifestazione della sua natura primaria. Sembrava che esse fossero « una proprietà di natura, immodificabile e fondamentale come il peso atomico »; anzi, una manifestazione - per quanto ancora geroglifica e indecifrabile - della loro stessa costituzione.
Di per se stessa, la complessità degli spettri (quello del ferro, per esempio, era composto da diverse centinaia di linee) indicava che difficilmente gli atomi potevano essere le piccole masse dense immaginate da Dalton, distinguibili in base al peso atomico e a poche altre caratteristiche.
Un chimico, W.K. Clifford, scrivendo nel 1870, espresse questa complessità con una metafora musicale:
«... un pianoforte a coda dev’essere un meccanismo molto semplice rispetto a un atomo di ferro. Nello spettro del ferro, infatti, c’è un’abbondanza quasi innumerabile di linee luminose separate, ciascuna delle quali corrisponde a un periodo di vibrazione nettamente definito dell’atomo di ferro. Invece del centinaio di vibrazioni sonore che possono essere emesse da un pianoforte a coda, il singolo atomo di ferro sembra emettere migliaia di vibrazioni luminose definite ».
All’epoca furono invocate moltissime di queste immagini e metafore musicali, tutte riguardanti i rapporti e le armoniche che sembravano annidarsi negli spettri, e la possibilità di esprimerle con una formula. La natura di queste « armoniche » rimase oscura fino al 1885, quando Balmer riuscì a scoprire una formula che metteva in relazione la posizione delle quattro linee dello spettro visibile dell’idrogeno: una formula che gli consentì di prevedere correttamente l’esistenza e la posizione di altre linee nella regione dell’ultravioletto e dell’infrarosso. Anche Balmer pensava in termini musicali, e si chiedeva se non fosse « possibile, per così dire, interpretare le vibrazioni delle singole linee spettrali come armoniche di una tonica specifica ». Il fatto che Balmer stesse parlando di qualcosa di davvero importante, e che non si trattasse solo di un incomprensibile gergo numerologico, fu riconosciuto immediatamente; le implicazioni della sua formula erano tuttavia completamente enigmatiche - enigmatiche come la scoperta di Kirchhoff, e cioè che le linee di emissione e di assorbimento degli elementi erano lo stesso fenomeno.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 245
La luminescenza e la fosforescenza
L’interesse di Abe per la luminescenza era stato stimolato, quando era ancora un ragazzino, da una vernice luminosa usata nella loro vecchia casa in Lema Street - la « Vernice Luminosa di Balmain », si chiamava - usata per verniciare i buchi delle serrature, i rubinetti del gas e gli interruttori dell’elettricità, insomma, qualsiasi cosa dovesse essere localizzata al buio. Abe trovava meravigliose quelle serrature e quegli interruttori luminescenti - meraviglioso quel loro emettere una luce fioca per ore dopo essere stati esposti alla luce. Questo tipo di fosforescenza era stato scoperto nel diciassettesimo secolo da un calzolaio di Bologna che aveva raccolto alcuni ciottoli, li aveva arrostiti con del carbone, e poi aveva osservato che, dopo essere stati esposti alla luce del giorno, continuavano per ore a emettere luce nell’oscurità. Questo « fosforo di Bologna », come venne poi chiamato, era solfuro di bario, prodotto mediante la riduzione del minerale barite. Il solfuro di calcio era più facile da procurare - poteva essere preparato rialdando conchiglie di ostriche in presenza di zolfo e, opportunamente « drogato » con vari metalli, era a base della Vernice Luminosa di Balmain. (Questi etalli, mi spiegò Abe, aggiunti in quantità minuscoe, « attivavano » il solfuro di calcio, impartendogli nche colorazioni diverse. Paradossalmente, il solfuo di calcio assolutamente puro non emetteva luce). Sebbene alcune sostanze emettessero lentamente uce nell’oscurità dopo essere state esposte alla luce el giorno, altre lo facevano solo fintanto che veniano illuminate. Quest’ultimo era il fenomeno della fluorescenza » (dal nome della fluorite, un minerae in cui lo si osservava spesso). Questa strana lumi
nosità era stata scoperta già nel sedicesimo secolo, quando si constatò che se si faceva passare obliquamente un raggio di luce attraverso le tinture di certi tipi di legno, sul suo cammino poteva apparire un olore brillante; Newton aveva attribuito questo fenomeno alla « riflessione interna ». A mio padre piaceva dimostrare lo stesso fenomeno usando l’acqua di chinino - acqua tonica - che emetteva una debole luce azzurra alla luce del giorno e una luce turchese brillante in presenza di luce ultravioletta. Indipendentemente dal fatto che una sostanza fosse fluorescente o fosforescente (e molte avevano entrambe le qualità), per indurre la luminescenza era necessaria luce blu o violetta, oppure la luce solare (contenente tutte le lunghezze d’onda): in ogni caso, la luce rossa era inutile. In effetti, l’illuminazione più efficace era invisibile - si trattava della luce ultravioletta, appartenente alla regione dello spettro estesa oltre l’estremo viola.
Feci le mie prime esperienze con la fluorescenza usando la lampada a ultravioletti che mio padre teneva nell’ambulatorio, una vecchia lampada a vapori di mercurio con un riflettore di metallo, che emetteva una fioca luce viola-bluastra.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 255
Eutanasia senza problemi nel 1935
A un certo punto - negli anni Trenta - mia madre era passata da una specializzazione in chirurgia generale alla ginecologia e all’ostetricia. Non c’era nulla che le desse maggior soddisfazione di un parto impegnativo - una presentazione di spalla o pa dalica - portato a termine felicemente. A volte però portava a casa feti malformati - quelli anencefalici, con gli occhi sporgenti dalla testa appiattita senza cervello, o quelli affetti da spina bifida, nei quali tutto il midollo spinale e il tronco cerebrale erano esposti. Alcuni nascevano morti, altri erano stati silenziosamente affogati alla nascita da lei e dalla caposala (« come un gattino », mi disse una volta) giacché, se fossero vissuti, non avrebbero mai avuto una vita cosciente o mentale. Ansiosa che imparassi l’anatomia e la medicina, ne sezionò diversi sotto i miei occhi, insistendo - avevo solo undici anni - perché seguissi il suo esempio. Credo che non abbia mai capito quanto ci stessi male - probabilmente immaginava che condividessi il suo entusiasmo. Sebbene avessi cominciato a fare esperimenti da solo - con i lombrichi, le rane e il mio polpo - la dissezione di quei feti umani mi riempiva di disgusto. Spesso mia madre mi raccontava di quando ero neonato, di come fosse preoccupata per lo sviluppo del mio cranio, temendo che le fontanelle si fossero chiuse troppo presto e che io potessi diventare un idiota, un microcefalo. Così io vedevo in quei feti ciò che (nell’immaginazione) avrei potuto essere anch’io, cosa che rendeva ancor più difficile prendere le distanze, e amplificava l’orrore.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 269
Roentgen e i raggi X
Roentgen esplorò le proprietà di questi nuovi raggi straordinariamente penetranti e scoprì che, a differenza della luce visibile, non sembravano soggetti a rifrazione o diffrazione. Ne verificò allora l’abilità di passare attraverso ogni genere di solido e scoprì che, in una certa misura, potevano attraversare la maggior parte dei materiali comuni conservando la capacità di attiva,re uno schermo fluorescente. Quando Roentgen mise la mano di fronte allo schermo fluorescente, rimase sbalordito nel vedere la spettrale silhouette delle sue ossa. Allo stesso modo, una serie di pesi da bilancia, fatti di metallo, divenne visibile attraverso la custodia di legno che li conteneva - rispetto al metallo e all’osso, il legno e la carne erano più trasparenti ai raggi. Questi ultimi, scoprì Roentgen, impressionavano anche le lastre fotografiche, e quindi egli poté corredare il suo primo articolo sull’argomento con alcune fotografie ai raggi X (come li chiamò), compresa una radiografia della mano di sua moglie, in cui si vedeva la fede nuziale avvolgere lo scheletro di un dito.
Il primo gennaio 1896, i risultati e le prime radiografie comparvero su una piccola rivista accademica. Nell’arco di pochi giorni i principali quotidiani s’erano impadroniti della notizia. Il timido Roentgen era inorridito da tanto clamore e dopo una conferenza tenuta in quello stesso mese, non parlò più dei raggi X, e tornò a lavorare tranquillamente sui vari argomenti scientifici di cui si era occupato negli anni precedenti. (Declinò l’invito a tenere un discorso perfino quando, nel 1901, gli fu assegnato il primo premio Nobel per la fisica, in considerazione della sua scoperta).
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 274
Le mutande di piombo nel 1897
L’utilità della nuova tecnologia era peraltro evidente e ben presto sorsero in ogni parte del mondo laboratori di radiologia per usi medici, come rilevare fratture ossee, trovare corpi estranei, calcoli biliari, eccetera. Alla fine del 1896 si contavano più di mille articoli scientifici sull’argomento. Le reazioni alla scoperta di Roentgen non restarono limitate all’ambiente medico e scientifico, ma essa colpì l’immaginazione popolare. Per un paio di dollari, per esempio, si poteva acquistare la radiografia di un bambino di nove settimane « che mostrava, con magnifica precisione, le ossa dello scheletro, lo stadio di ossificazione, la localizzazione del fegato, dello stomaco, del cuore, eccetera».
Si pensava che i raggi X potessero penetrare nella sfera più intima, nascosta e segreta della vita della gente. Gli schizofrenici erano convinti che mediante i raggi X si potessero leggere o influenzare i loro pensieri; altri che ormai nulla fosse al sicuro. « Si possono vedere le ossa degli altri a occhio nudo, » tuonava un editoriale « persino attraverso venti centimetri di legno massiccio. Non occorre insistere sulla rivoltante indecenza di tutto ciò». Per schermare le parti intime dai raggi ai quali nulla sfuggiva, furono messi in vendita capi di biancheria rivestiti di piombo. Sulla rivista «Photography» comparve una filastrocca che terminava così:
Mi han detto che guardano
tra manti e sottane, e perfino corsetti,
i raggi Roentgen, quei maledetti.
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 275
Il radio: l’elemento di madame Curie
Mia madre lavorò presso molti ospedali, compreso il Marie Curie di Hampstead, specializzato nei trattamenti a base di radio e nella radioterapia. Da bambino non ero troppo sicuro di che cosa fosse il radio, ma capivo che aveva poteri terapeutici e poteva essere usato per curare diverse malattie. La mamma diceva che l’ospedale possedeva una «bomba» al radio. Avevo visto immagini di bombe e letto varie cose sull’argomento nella mia enciclopedia per ragazzi, e così mi immaginai anche questa come un grosso aggeggio con tanto di alette, pronto a esplodere da un momento all’altro. Meno allarmanti erano i« semi » di radon impiantati nei pazienti - piccoli aghi d’oro pieni di un gas misterioso - e un paio di volte mamma ne portò a casa uno esaurito. Sapevo che aveva un’ammirazione sconfinata per Marie Curie - una volta l’aveva incontrata - e anche quando ero piccolo mi raccontava di come i coniugi Curie avessero scoperto il radio, e di quanto fosse stato difficile, perché avevano dovuto usare tonnellate e tonnellate di minerale pesante per ricavarne un minuscolo granellino.
La biografia di Marie Curie scritta dalla figlia Eva, che mamma mi diede da leggere quando avevo dieci anni, fu il primo ritratto di scienziato che avessi mai letto, e mi fece una profonda impressione.’ Lungi dall’essere un’arida celebrazione dei risultati ottenuti nella carriera, era pieno di immagini evocative e penetranti: Marie Curie che affondava le mani nei sacchi pieni del residuo di pechblenda, proveniente dalla miniera di Joachimsthal, in Boemia, ancora frammisto ad aghi di pino; e poi mentre inalava i fumi acidi stando in mezzo a enormi recipienti e crogioli che emettevano vapori, mescolandone il contenuto con un bastone di ferro lungo quasi quanto lei; e ancora, mentre trasformava le enormi masse simili a catrame in soluzioni incolori sempre più radioattive e le concentrava sempre di più, in quella sua rimessa esposta alle correnti d’aria, dove polvere e sabbia andavano continuamente a contaminarle, vanificando un lavoro di cui non si vedeva la fine. (Queste immagini furono rinforzate dal film Madame Curie, che vidi subito dopo aver letto il libro).
Sebbene la comunità scientifica avesse ignorato le notizie sui raggi di Becquerel, i coniugi Curie ne furono invece galvanizzati: si trattava d’un fenomeno senza precedenti o paralleli, era la rivelazione di una nuova e misteriosa fonte di energia; e a quanto pareva nessuno le stava prestando attenzione alcuna. I Curie si chiesero subito se non potessero esistere altre sostanze, oltre all’uranio, in grado di emettere raggi simili, e intrapresero una ricerca sistematica su tutto quanto capitava loro a tiro, compresi campioni di quasi tutti i settanta elementi allora conosciuti, in una forma o nell’altra: una ricerca, questa dei Curie, che a differenza di quella di Becquerel non rimase confinata alle sostanze fluorescenti. Essi trovarono che solo un’altra sostanza, oltre all’uranio, emetteva i raggi di Becquerel, ed era anch’essa un elemento di peso atomico altissimo: il torio. Saggiando una gran varietà di sali puri di uranio e torio, i Curie scoprirono che l’intensità del fenomeno radioattivo sembrava correlata solo alla quantità di uranio o di torio presente nel campione; pertanto, un grammo di uranio o di torio metallici era più radioattivo di un grammo di un qualsiasi loro composto.
Sennonché, quando i coniugi Curie estesero la loro indagine ad alcuni comuni minerali contenenti uranio e torio, si imbatterono in una curiosa anomalia, giacché taluni erano più attivi dell’elemento puro. La radioattività dei campioni di pechblenda, per esempio, poteva essere perfino quadrupla rispetto a quella dell’uranio puro. Non era possibile, si chiesero i Curie in un momento di ispirazione, che nel minerale ci fossero piccole quantità di qualche elemento sconosciuto, molto più radioattivo dello stesso uranio?
Nel 1897 i coniugi Curie si lanciarono in una complessa analisi chimica della pechblenda, separando i numerosi elementi in essa contenuti in gruppi analitici: sali dei metalli alcalini, degli elementi alcalino-terrosi, delle terre rare - gruppi fondamentalmente simili a quelli della tavola periodica - per vedere se l’elemento radioattivo sconosciuto avesse affinità chimiche con qualcuno di essi. Ben presto fu chiaro che gran parte della radioattività poteva essere concentrata mediante precipitazione con il bismuto.
I Curie continuarono a lavorare sul loro residuo di pechblenda e nel luglio del 1898 riuscirono a ottenere un estratto di bismuto quattrocento volte più radioattivo dell’uranio stesso. A questo punto, sapendo che la spettroscopia poteva essere migliaia di volte più sensibile delle tecniche di analisi chimica tradizionale, i Curie interpellarono l’insigne spettroscopista Eugène Demarcay, specializzato nell’analisi delle terre rare, per avere una conferma spettroscopica del loro nuovo elemento. Con loro grande delusione, non fu possibile ottenere una nuova impronta spettrale; ciò nondimeno i Curie scrissero:
« Crediamo che la sostanza che abbiamo estratto dalla pechblenda contenga un metallo non ancora segnalato, vicino al bismuto per le sue proprietà analitiche. Se l’esistenza di questo nuovo metallo verrà confermata, proponiamo di chiamarlo polonio, dal nome del paese natale di uno di noi».
Erano convinti che vi fosse ancora un elemento radioattivo, in attesa di essere scoperto, in quanto il polonio estratto insieme al bismuto rendeva conto solo in parte della radioattività della pechblenda.
Pierre e Marie Curie non avevano fretta - dopo tutto, sembrava che nessun altro, a parte il loro buon amico Becquerel, mostrasse il benché minimo interesse per il fenomeno della radioattività - e a quel punto partirono per una tranquilla vacanza estiva. (All’epoca non sapevano che esisteva un altro assiduo e acuto studioso dei raggi di Becquerel: il giovane e brillante neozelandese Ernest Rutheford, giunto a Cambridge per lavorare nel laboratono di T .l. Thomson). In settembre i coniugi Curie ripresero l’inseguimento, concentrandosi sulla precipitazione con il bario - a quanto pare, molto efficace nell’estrarre la radioattività residua, presumibilmente perché strettamente affine, dal punto di vista chimico, al secondo elemento al quale stavano dando la caccia. Bruciando le tappe, in sole sei settimarie ottennero una soluzione di cloruro di bario circa duemila volte più radioattiva dell’uranio, ma priva di bismuto (e presumibilmente anche di polonio).
Sacks O., “Zio Tungsteno“, Adelphi, pag. 285
La radioattività
La radioattività era un’aggiunta meravigliosa (o terribile), una proprietà completamente diversa (e che a volte mi infastidiva, perché mi piaceva la densità dell’uranio metallico, così simile a quella del tungsteno, e poi la fluorescenza e la bellezza dei suoi minerali e dei suoi sali, ma capivo che non avrei potuto maneggiarlo a lungo in condizioni di sicurezza; allo stesso modo mi faceva infuriare l’intensa radioattività del radon, che altrimenti sarebbe stato un gas pesante ideale).
La radioattività non alterava le realtà della chimica, o il concetto di elemento; non scuoteva l’idea della loro stabilità e della loro identità. Ciò che faceva, invece, era di alludere all’esistenza di due regni nell’atomo: uno relativamente superficiale e accessibile che governava la reattività e la combinazione chimica, e un altro più profondo - inaccessibile a tutti i consueti agenti chimici e fisici e alle loro energie relativamente basse - in cui qualsiasi trasformazione produceva un fondamentale cambiamento di identità.
Zio Abe aveva a casa sua uno &l
