Andromeda

Col suo famoso articolo scientifico del 1905 Albert Einstein introduce la Relatività ristretta. Il titolo è "Sull'elettrodinamica dei corpi in movimento".

Il fisico tedesco entra nel cuore della materia ed espone il significato profondo della parola massa.

E=mc2 è forse l'equazione più nota della scienza e, semplificando molto, significa che da una piccola quantità di massa si possono ottenere grandi quantità di energia, paragonabili al quadrato della velocità della luce: un numero spaventoso. Come ottenere da un cucchiaino di materia una bomba atomica.

Ma nella pubblicazione del 1905 Einstein si concentra, in prima battuta, proprio sulla massa e quindi l'equazione con la quale espone è questa: M=e/c2. Quindi, la massa è uguale all'energia diviso il quadrato della velocità della luce, che è quindi, al contrario dell'altra equazione, un numero molto piccolo. Descrive cioè, il contributo extra che l'energia fornisce alla massa.

Massa ed energia, è questa la rivoluzione di Einstein, sono equivalenti. Complementari. L'uno lo specchio dell'altra. Le particelle elementari di un immaginario universo vuoto, sarebbero manifestazione di un'energia. Il vuoto fisico non è il nulla. In un universo svuotato del suo contenuto avremmo sempre delle fluttuazioni di energia.

Ma qual è il vero contributo dell'energia sulla massa? Cosa significa che quel numero, di cui sopra, è molto piccolo? 

Due oggetti di eguali dimensioni, con le stesse componenti e le stesse particelle non hanno necessariamente la stessa massa. E questa possibile differenza è determinata dall'energia che contribuisce a disporre in maniera differente le parti che compongono l'oggetto. 

In una delle sue famose lezioni on-line, il professore Vincenzo Schettini, porta l'esempio degli orologi perfettamente uguali. L'orologio funzionante, poiché ha tutte le parti meccaniche in movimento ha una massa leggermente superiore rispetto a quello fermo. Il movimento delle sue componenti è dato dall'energia cinetica che a sua volta crea attrito e dunque energia termica. E' una differenza molto piccola: esattamente un miliardesimo, di un miliardesimo dell'1% della massa totale. Misurabile solo con appositi strumenti di precisione. Tuttavia non è nulla.

Cosa ci fa capire questo esempio?

Non bisogna pensare che la massa totale di un oggetto sia data esclusivamente dalla somma delle sue parti. L'energia, a determinate condizioni, apporta un certo contributo addizionabile alla massa.

E' questo uno dei motivi per cui risulta impossibile superare la velocità della luce per qualsiasi cosa ancorché di massa piccolissima. Quando imprimiamo un'accelerazione ad un oggetto, applichiamo una forza che si traduce in energia cinetica. Ma ad un certo punto, per quanti sforzi facciamo e per quanta forza applichiamo, ci risulterà impossibile aumentare la velocità di quell'oggetto perché l'energia in più, che è il risultato dei nostri sforzi, si andrà ad addizionare alla massa complessiva. E' una situazione temporanea, perché quando l'oggetto tornerà a riposo la massa sarà di nuovo quella propria.

I fisici nei famosi acceleratori fanno scontrare le particelle della materia a velocità altissime, vicine ma mai uguali a quella della luce. Dalla scontro nascono altre particelle.

L'energia cinetica può sprigionare una potenza impressionante sempre in rapporto alle masse. Il fatto che non si possa raggiungere la velocità della luce è forse una fortuna. Un'astronave lanciata alla velocità della luce esploderebbe se solo venisse a contatto con un granello di polvere.

C'è qualche altro aspetto di cui trattare in rapporto alla massa e all'energia. Lo faremo la prossima settimana.