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Transizione

LECS – LOW ENERGY COHERENT SYSTEMS: UNA RIVOLUZIONE TECNICO-SCIENTIFICA

Roberto Germano*

* CEO di PROMETE Srl, CNR Spin off Company

 

Gli estesi sviluppi della Elettrodinamica Quantistica (Quantum ElectroDynamics -  QED) ed in particolare della QED Coerente sviluppata dai fisici teorici Emilio Del Giudice e Giuliano Preparata, rappresentano una vera e propria rivoluzione scientifica in atto. Bisogna fare una piccola premessa. Ogni sistema fisico, secondo la meccanica quantistica, tende ad uno “stato fondamentale” di minima energia, la cui energia è proporzionale alle varie frequenze di oscillazione del campo elettromagnetico che permea tutto lo spazio. Questa energia viene chiamata “Energia di punto zero”, ma non è nulla, anzi, siccome i modi di oscillazione del campo elettromagnetico sono infiniti, l’energia del cosiddetto “Vuoto” quantistico è INFINITA!!

 

Dobbiamo, inoltre, sapere che un insieme di particelle rispetta il cosiddetto principio di indeterminazione. Esso, in una delle sue forme, ci dice che quanto più è determinato il loro numero, quanto meno lo è la “fase” (tipica caratteristica di un’onda che tutti studiamo a scuola). Come casi estremi abbiamo i seguenti: se il numero dell’insieme di particelle è perfettamente definito, allora la fase è totalmente indeterminata e questo si chiama “stato incoerente”, come nel caso di un gas; se il numero di particelle è invece molto, ma molto grande, accade che l’indeterminazione sul loro numero cresce moltissimo, e allora la fase si definisce perfettamente e questo si chiama “stato coerente”, ma se la fase è perfettamente definita vuol dire che abbiamo un’onda. Un’onda di materia!

 

Date queste premesse, notiamo che, ad esempio, le “anomalie” chimico-fisiche della più comune delle sostanze, l’acqua, sono di gran lunga maggiori delle proprietà che si riescono a spiegare coi modelli correnti: ci vogliono 7 volumi per descrivere le “anomalie” dell’acqua! Inoltre, l’acqua degli organismi viventi è davvero un po’ “particolare”; infatti, ad esempio l’acqua del mare è composta al 97% di acqua e al 3% di minerali (sul totale del numero di molecole), mentre una bellissima medusa è composta al 99,9% (sul totale del numero di molecole) di acqua, e solo per lo 0,1% è costituita da altri elementi: una bolla di acqua purissima, ma vivente (e urticante!), in un mare di acqua ricca di minerali!

 

Emilio Del Giudice e Giuliano Preparata negli anni ’80 del secolo scorso cominciarono ad applicare all’acqua i concetti della QED, anche insieme a un altro fisico teorico, Giuseppe Vitiello. Se abbiamo un numero di particelle (atomi, molecole) che hanno livelli di energia discreti (cioè “a salti”), condizioni standard nel nostro mondo di ogni giorno, accade che le fluttuazioni quantistiche “risuonano” con le oscillazioni del campo elettromagnetico alla frequenza corrispondente al salto energetico (c’è una relazione diretta tra energia e frequenza), un po’ come quando strisciamo un dito umido sul bordo di un bicchiere di cristallo che comincia a “suonare” alla sua frequenza specifica.

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Le “fluttuazioni quantistiche” sono “oscillazioni energetiche” connesse al fatto detto poco prima che l’energia di punto zero non è affatto nulla. Esse sono di durata molto breve, perché sono limitate da un’altra forma del principio di indeterminazione che ci dice che quanto più dura il tempo della fluttuazione quanto meno energia essa può avere; se i tempi sono molto brevi, però, l’energia può essere anche molto alta.

 

Tornando alle nostre numerose particelle (atomi, o molecole), se il loro numero è abbastanza grande, accade un “fenomeno collettivo”: essi mettono in fase le loro transizioni energetiche all’unisono col campo elettromagnetico (come quando cerchiamo la sintonia sulla radio), ma questo fa aumentare l’ampiezza del campo elettromagnetico e... così via! Avviene, dunque, una vera e propria transizione dello Stato Fondamentale del Vuoto quantistico, dalla condizione in cui materia e campo oscillano incoerentemente, ad un nuovo Stato Fondamentale del Vuoto quantistico, quello Coerente - in cui la materia assume natura pienamente ondulatoria, e materia e campo compiono grandi oscillazioni in fase. Ciò è possibile (non viola il principio di conservazione dell’energia) perché l’energia di interazione è negativa e c’è una certa soglia del numero di particelle (atomi, molecole) abbastanza grande, di densità abbastanza elevata e di temperatura abbastanza bassa, tale che questa transizione è energeticamente favorevole, e cioè spontanea. Questo meccanismo descrive - per la prima volta nella storia della fisica - l’origine della transizione vapore-liquido! Nel caso dell’acqua stiamo parlando di un fattore di densità 1600 volte maggiore del liquido rispetto al vapore, e ciò non solo avviene in maniera spontanea, ma addirittura emettendo energia: “il calore latente di liquefazione”.

 

Inoltre, poiché i “salti” di energia dell’atomo corrispondono in generale a lunghezze d’onda dell’ordine di 100 nanometri (cioè 100 miliardesimi di metro), lo spazio risulterà naturalmente suddiviso in tanti domini di queste dimensioni, al cui interno possono essere presenti diverse decine di migliaia di atomi, ed il Campo Elettrico ed il Campo Magnetico si evolvono in fase. Quindi una “cadenza temporale” origina una “cadenza spaziale”, ossia una struttura a domini, i Domini di Coerenza.

 

Molto recentemente, guidati da questo paradigma, si è evidenziato un nuovo fenomeno sperimentale che abbiamo denominato “Effetto Ossidroelettrico”, che conferma quanto questo approccio possa portare a rilevare fatti sperimentali del tutto nuovi e con interessanti possibili applicazioni, anche con tecnologie molto semplici - nel nostro caso si tratta dell’estrazione di una corrente elettronica da acqua bi-distillata, tramite due identici elettrodi di platino, alimentata dal semplice calore ambientale, e mediata da molecole di ossigeno. Si tratta di qualcosa che qualunque normale studente di scuola media sa bene essere del tutto impossibile! Quindi, siccome invece l’effetto c’è, è chiaro che potrebbe rappresentare la base scientifica per un possibile breakthrough tecnologico verso nuovi sistemi di generazione di elettricità, ecologici, non centralizzati e a basso costo.

 

In conclusione, credo sia il caso di notare che mentre scrivo sono passati più di 20 anni dai primi studi pubblicati sulla QED Coerente. Gli “esperti” che, malgrado vengano allertati da più parti, continuano ad ignorare crassamente tali evoluzioni, dovrebbero cominciare a chiedersi seriamente se possono ancora fregiarsi di essere considerati tali. È un po’ come se un professore universitario di fisica nel 1925 avesse ignorato l’esistenza della relatività ristretta: la cosa sarebbe stata giustificabile fino al 1905, forse anche fino al 1908, ma non certo 20 anni dopo!!

Chi sia nella condizione di privilegio e responsabilità di poter decidere come indirizzare i fondi pubblici per la ricerca, non può più permettersi di ignorare tali progressi degli ultimi due decenni, se non vuole essere responsabile di gravissimi danni allo sviluppo scientifico, tecnologico ed economico.

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Alcune applicazioni industriali

Verso un’industria chimica ad altissima efficienza e, quindi, non inquinante

Attualmente, come ben si sa, l’industria chimica fa avvenire le reazioni chimiche “utili” in reattori ad alta pressione e temperatura per accelerarle, ma le reazioni – che tipicamente avvengono in fase gassosa – mostrano una selettività comunque abbastanza scarsa, cosa che implica la generazione di una gran quantità di scorie chimiche “non utili” ed inquinanti, derivanti da tutte le reazioni non volute, ma che comunque non c’è modo di inibire, e tutto ciò a fronte di una grande energia impiegata.

 

L’uso dei catalizzatori è, in effetti, l’unico vero tentativo di rendere più selettive le reazioni chimiche industriali; i catalizzatori sono sostanze chimiche che pur non prendendo parte ad una reazione chimica, tuttavia, la accelerano; il che già fa capire che sarebbe un’errore logico volerne comprendere il meccanismo di funzionamento rimanendo nell’ambito della chimica.

 

Il più ampio uso della catalisi viene fatto dai sistemi viventi nei quali avviene una sequenza di reazioni molto ben organizzate nello spazio e nel tempo, ed ogni reazione è opportunamente catalizzata da un enzima (prodotto in sinergia con quella specifica reazione), e tutto ciò avviene ad una ben precisa temperatura, mai troppo alta, e con una scarsa produzione di scorie e a fronte di una piccola necessità di energia.

 

Se un catalizzatore non prende parte alla reazione, come fa ad accelerarla? Forse bisogna focalizzare l’attenzione sul campo elettromagnetico?

 

Per cominciare a ragionare in questa direzione ci chiediamo se esista o meno una reazione catalizzata solamente dal campo elettromagnetico. Con il laser si può effettivamente effettuare separazioni isotopiche grazie al fatto che se un raggio laser attraversa un insieme di atomi, accade che gli atomi che risuonano alla frequenza del raggio laser circondano il raggio, poi ne vengono attratti all’interno e poi spinti nella direzione del fascio dalla pressione di radiazione. La risoluzione è altissima, ma l’efficienza energetica di questo metodo non è poi così alta! Beh, se ci fossero delle sorgenti coerenti “naturali”… forse è lì che dovremmo cercare! Ma abbiamo visto che ci sono!! Possiamo allora utilizzarle per raggiungere effetti catalitici molto più efficienti, simili a quelli biologici?

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Consideriamo un altro interessante indizio: le superfici rese finemente scabre, che spesso danno luogo ad effetti catalitici, sono capaci di aumentare dai 4 ai 6 ordini di grandezza un fenomeno tipicamente elettromagnetico: la diffusione Raman ; tale fenomeno è appunto noto come SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) ed è spiegato con un accordo di fase indotto dalla superficie finemente scabra tra la radiazione incidente ed i componenti del materiale investigato tramite la diffusione Raman. Probabilmente tale accordo di fase è proprio ciò che dà origine alle proprietà catalitiche delle superfici finemente scabre.

 

Accenniamo ora ad alcuni aspetti in cui l’elettrodinamica quantistica coerente può avere un importante ruolo nei processi chimici:

1) l’effetto dei deboli campi magnetici sulla conduttanza ionica, che abbiamo ampiamente affrontato, che illumina sì gli aspetti biologici, ma apre anche importanti scenari nella chimica industriale e nelle biotecnologie industriali (produzione di antibiotici, ecc…);

2) la formazione stessa delle membrane cellulari e la spiegazione dei fenomeni di osmosi inversa sembrano risiedere proprio nell’elettrodinamica quantistica coerente;

3) la messa in rotazione dei domini di coerenza dell’acqua con stimoli a bassa energia di tipo magnetico e meccanico (vedi, ad esempio, l’effetto anticalcare di cui abbiamo parlato) fa sì che tale effetto possa essere modulato e possa mutare le reazioni chimiche che avvengono presso la superficie dei domini di coerenza (per mettere in rotazione un dominio di coerenza  - per lungo tempo, anche mesi - alla frequenza di 1GHz c’è bisogno soltanto di una mini spinta di 0.2 Joule per litro….);

4) la presenza di un campo elettromagnetico avente una frequenza risonante con delle molecole in un mezzo coerente, fa sì che le molecole esperimentino una forza di attrazione tra di esse, che ovviamente accelererà le reazioni chimiche in maniera altamente selettiva (come già avviene nei sistemi biologici).

 

LUGLIO 2011

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