La cultura popolare, specialmente in relazione alla fantascienza, è piena di gadget ingegnosi e dispositivi incredibili. Uno dei più divertenti e probabilmente iconici è il “raggio restringente”, un elemento fondamentale di molte trame di TV e film, come Ant-Man della Marvel, Tesoro, mi si sono ristretti i ragazzi, e così via. Il principio è semplice: gli scienziati hanno una pistola o un dispositivo che può ridurre oggetti quotidiani o persino persone a dimensioni drasticamente più piccole. L’idea non è nemmeno nuova: il tropo del restringimento è apparso già nel 1865 con Le avventure di Alice nel Paese delle Meraviglie di Lewis Carroll, anche se in questo caso era più insensato che tecnologico. Ma nonostante il suo potenziale come strumento narrativo, ci sono buone ragioni per cui probabilmente non vedremo mai un vero raggio restringente nella realtà e perché non vorresti essere colpito da uno.
La massa non è un problema da poco
Ant-Man potrebbe essere in grado di ridursi a dimensioni minuscole senza preoccupazioni, grazie alle fittizie “particelle Pym”, ma in realtà, il suo viaggio verso la statura di un insetto probabilmente farebbe un disastro del suo corpo. E questo è dir poco. Il primo ostacolo per qualcuno che vuole restringere qualcosa, qualcuno o se stesso, è il problema noto come la conservazione della massa. In breve, questo principio fondamentale afferma che la massa non può essere creata o distrutta in un sistema chiuso attraverso normali processi chimici o fisici. Applicalo a una persona che si restringe, e avrai una situazione in cui la massa del loro corpo rimarrà la stessa a meno che non ci sia un modo per trasformarne una parte in qualcos’altro, come l’energia. Tuttavia, se questo non accade, allora Ant-Man o qualsiasi altro rimpicciolito si troverebbe condensato in uno stato piuttosto scomodo. Dato che la massa rimane la stessa mentre il volume si riduce, il corpo della persona diventerà più denso quanto più piccolo diventa. Questo può sembrare banale, ma avrebbe gravi implicazioni per i loro tessuti biologici (di cui parleremo più avanti).
Non puoi restringere gli atomi
Allo stesso tempo, gli atomi nei nostri corpi, così come qualsiasi materia, hanno una dimensione fissa. Potremmo pensare agli atomi come a piccoli modelli planetari, con un nucleo al centro e gli elettroni che li orbitano, ma questo è eccessivamente semplicistico. In realtà, gli elettroni occupano livelli di energia attorno al nucleo, che sono chiamati gusci elettronici. Se gli atomi fossero compressi, allora questi gusci sarebbero costretti a stare più vicini, ma poiché gli elettroni sono carichi negativamente, tendono a respingersi a vicenda a causa della forza elettrostatica. Sarebbe necessario un’enorme quantità di energia per superare questa forza e per mantenerla. Ma immaginiamo che sia fattibile. Cosa succederebbe di conseguenza? Diciamo che spari il raggio restringente su te stesso, per qualsiasi motivo (non giudichiamo), i tuoi atomi vengono compressi e diventi molto più piccolo. Ora i tuoi atomi sono costretti a stare più vicini, la pressione di degenerazione degli elettroni diventa significativa. Fondamentalmente, gli elettroni degli atomi e delle molecole vicine si spingeranno l’un l’altro. Anche se potrebbe esserci un po’ di spazio per la compressione qui, in generale, la pressione spinge indietro. Questa è essenzialmente la stessa pressione che impedisce alle stelle nane bianche di collassare su se stesse. Questo è dovuto al principio di esclusione di Pauli, secondo cui due elettroni nello stesso atomo non possono occupare lo stesso stato quantico allo stesso tempo. Ma supponiamo che tu superi anche questo. Cosa succede dopo? Beh, comprimere gli atomi in questo modo potrebbe anche causare l’ingresso degli elettroni nel nucleo, portando alla cattura elettronica, essenzialmente dove un elettrone viene assorbito in un nucleo ricco di protoni. Se questo accade troppo, allora la composizione dei nuclei atomici nel corpo della persona rimpicciolita cambierebbe, portando a trasformazioni degli elementi e degli isotopi che contiene. Ma più drammatico di questo, tutta l’energia necessaria per ottenere questa compressione creerebbe una quantità enorme di calore. La nuova tecnologia di restringimento dovrebbe gestire il calore creato da questo processo, altrimenti ti cucinerebbe effettivamente. Quindi potresti finire piccolo, ma ora sei un piccolo toast. L’energia necessaria per restringere una persona finirebbe purtroppo per cucinarla a morte.
I nostri corpi funzionano a una scala particolare
Anche se la fisica del restringimento è piuttosto schiacciante, gli impatti biologici sono probabilmente peggiori. Per amore dell’intrattenimento, supponiamo di riuscire in qualche modo a creare un raggio restringente che possa superare i limiti imposti dalla fisica come la conosciamo, cosa succederebbe a un corpo rimpicciolito? Le strutture biologiche come cellule, tessuti e organi necessitano di disposizioni specifiche per funzionare correttamente, se queste vengono compresse smettono di funzionare. Ad esempio, le cellule hanno una dimensione funzionale minima, poiché contengono organelli. Se fossero compresse attraverso il restringimento, il delicato doppio strato fosfolipidico di una cellula, che costituisce la sua membrana, potrebbe rompersi, proprio come un palloncino che viene schiacciato sempre di più. Allo stesso tempo, i nostri organi funzionano a una scala specifica. Se qualcuno si rimpicciolisse, allora tutta la sua architettura interna sarebbe disturbata. Questo potrebbe compromettere la loro capacità di fare cose vitali, come respirare o persino pompare sangue nel corpo. I polmoni, ad esempio, si affidano a una grande superficie per assorbire ossigeno attraverso lo scambio gassoso. Questo è ottenuto attraverso milioni di alveoli, strutture microscopiche simili a palloncini situate alla fine degli alberi respiratori, che si espandono durante l’inspirazione (portando ossigeno) e si comprimono durante l’espirazione (espellendo anidride carbonica). Nel corpo di una persona rimpicciolita, tuttavia, la superficie cruciale sarebbe ridotta, il che significa che potrebbero avere difficoltà a scambiare abbastanza ossigeno o anidride carbonica per le loro necessità, a seconda di quanto sono piccoli. Questo porterebbe a ipossia (troppo poco ossigeno) o ipercapnia (troppa anidride carbonica).
Un altro problema che la sfortunata persona rimpicciolita probabilmente sperimenterebbe è un aumento del metabolismo. Un piccolo umano troverebbe rapidamente il suo mondo molto più freddo, poiché il rapporto tra superficie e volume del suo corpo più grande significherebbe che perderebbe rapidamente calore nell’ambiente. Molte piccole specie hanno sviluppato metabolismi più alti per affrontare questo problema, quindi un umano rimpicciolito potrebbe trovare il suo metabolismo improvvisamente alle stelle mentre il suo corpo lotta per mantenere il calore. Per superare questo, la persona rimpicciolita dovrebbe mangiare praticamente il suo peso corporeo in cibo ogni giorno per mantenersi.
Naturalmente, questi risultati per l’umano rimpicciolito sono tutti ipotetici e ci sono numerosi altri problemi fisici e biologici insormontabili per qualcuno che affronta questo destino. Data questa situazione, varrebbe ancora la pena creare un raggio restringente? Immagino che la risposta dipenda da cosa lo stai usando e da quanto non ti piace la persona che viene rimpicciolita. Ma se sei un qualche genio malvagio che cerca solo di terrorizzare un nemico, probabilmente ci sono modi più economici ed efficienti per farlo. Se, tuttavia, volessi sperimentarlo tu stesso, potrebbe valere la pena trovare altri obiettivi.