Il Sistema solare contiene sia corpi grandi che piccoli. Lo studio della Duke University si propone una nuova spiegazione di fisica generale sul perché esista questa diversità in dimensioni. Crediti: NASA
Perché i corpi celesti non sono tutti uguali? Una domanda semplice, che potrebbe essere posta da un bambino, ma alla quale è difficile rispondere in maniera esaustiva. Ora, in un articolo appena pubblicato sul Journal of Applied Physics, due ricercatori della Duke University di Durham, negli Stati Uniti, hanno considerato la questione da un punto di vista originale, proponendo una nuova spiegazione per la diversità di dimensioni dei corpi celesti. Un fenomeno, questo, chiamato gerarchia, con cui si può etichettare – ad esempio – la notevole escursione dimensionale tra la nostra stella, i pianeti e i corpi più piccoli del Sistema solare, come gli asteroidi.
«Già dal Settecento gli scienziati sapevano che la gravità fa sì che i corpi celesti si accrescano, ma il fenomeno della crescita non spiega la gerarchia», dice Adrian Bejan, professore di ingegneria meccanica presso la Duke University e autore principale del nuovo studio. Bejan, di origine romena, è un esperto di termodinamica di grande fama (portano il suo nome due numeri, equazioni sul trasferimento del calore), nonché autore della teoria construttale (Constructal Law) che descrive le architetture naturali come sistemi auto-organizzanti secondo logiche ingegneristiche “evolutive”, tese a favorire il “flusso”.
Adrian Bejan. Crediti: Duke University
Bejan aveva già applicato questa legge evolutiva per spiegare la forma dei fiocchi di neve, dei bacini fluviali, dei polmoni, degli aeroplani, quando una conversazione con uno studente lo ha spinto a riflettere su come la teoria construttale si sarebbe manifestata nel cosmo. «Questo è stato il mio primo sconfinamento nelle scienze planetarie», ammette il ricercatore.
Bejan ha iniziato a calcolare, assieme al suo studente Russell Wagstaff, la tensione causata dall’attrazione gravitazionale tra corpi della stessa dimensione, distribuiti uniformemente nello spazio. I due ricercatori hanno dimostrato che se i corpi originali producono, fondendosi, corpi in parte di dimensioni maggiori e in parte di dimensioni minori, la tensione si riduce più velocemente di quanto non farebbe se i corpi si fondessero in modo uniforme.
«La scoperta è che la gerarchia scatta fin dall’inizio, spontaneamente», spiega Bejan, secondo il quale la tendenza naturale di un sistema a evolvere verso uno stato di tensione ridotta è una manifestazione della legge construttale, che può essere parimenti osservata al lavoro in altri fenomeni, come la fratturazione di un terreno essiccato dal vento.
«Non avrei mai pensato di avere qualcosa da dire sui corpi celesti in termini di fisica pura, ma mi sono reso conto un po’ per caso di avere in mano una chiave per aprire una nuova porta», conclude Bejan. «Tutti i sistemi hanno un’evoluzione e la teoria construttale può aiutare a prevederla». La speranza di Bejan è che l’applicazione della sua legge alla cosmologia possa ispirare altri ricercatori a metterla alla prova nel loro specifico ambito di ricerca.
Per saperne di più:
- L’articolo “The physics origin of the hierarchy of bodies in space”, di A. Bejan and R.W. Wagstaff, pubblicato su Journal of Applied Physics
- Constructual blog (in inglese)
Guarda la conversazione di Adran Bejan alla Duke University “The Case for a ‘Constructal’ Law of Design in Nature“