E=mc2

Dopo aver parlato della teoria della Relatività di Einstein come non parlare della sua esemplificazione?

E=mc2 nella storia della fisica è la sua formula più elegante. Questa formuletta nasce nel 1905 quando Einstein pubblicò 3 articoli sui suoi studi, ognuno di essi avrebbe meritato un premio Nobel per la scienza ma in realtà questo gli venne assegnato solo nel 1921 per la prima di queste ricerche cioè lo studio sui Quanti di luce, meglio noto come legge sull’effetto fotoelettrico.

Il quarto di questi studi invece sarà quello che porterà Einstein alla formulazione della teoria della relatività ristretta e dopo attente riflessioni aggiunge una postilla al termine della sua teoria e la annota con E=mc2 (in realtà usò una annotazione diversa ma alla fine quella era).

Ebbene, l’abbiamo letta e sentita nominare ovunque, tutti o quasi sanno che l’ha scoperta Albert Einstein. Quasi nessuno che non sia del settore scientifico sa però cosa significa, cosa c’è dietro a quel semplice E=mc2

Proviamo a spiegarlo in maniera semplice se è possibile:

E sta per Energia

M sta per Massa

C sta per velocità della luce (dal latino celeritas) 299.792,458 Km/s

2 indica il quadrato di C

Massa ed Energia sono dunque legate e questo mette in moto un sacco di conseguenze concatenate, ce ne sono però 5 che sono fondamentali e stupefacenti. Per spiegarle non voglio usare formule, vediamo se ci riesco ma tenete presente che tutto deriva da quel E=mc2.

1.       Un corpo non può andare più veloce della luce.

L’inerzia è la resistenza che offre un corpo allo spostamento. Secondo Newton l’inerzia è uguale alla Massa e  questa è indipendente dalla velocità, per Einstein NO!

Einstein ci dice invece che essendo l’energia formata da due elementi, ovvero la massa accelerata alla velocità quadratica della luce più l’energia cinetica, solo quando un corpo è fermo l’inerzia è uguale alla massa. Ma più un corpo aumenta la sua velocità più aumenta la sua inerzia! Questo implica che più un corpo va veloce e più difficile è farlo andare ancora più veloce e che questo quando arriva vicino alla velocità della luce non può essere accelerato ulteriormente in quanto servirebbe una quantità infinita di energia.

2.       La formula funziona correttamente anche quando si parla di processi in cui non prendiamo in considerazione la luce. La velocità della luce cambia stato fisico, si trasforma è non è più la velocità di qualcosa ma diventa numero 299.792.458 m/s. Il numero che regola il rapporto tra Massa e l’Energia dei corpi nell’universo ed è una Costante Universale.

3.       L’Energia che possiamo dare ad un corpo, ad esempio scaldandolo o accelerandolo, è praticamente trascurabile rispetto all’energia che egli stesso possiede solo per il fatto di possedere una Massa.

Forse non ci crederete ma un solo grammo di materia, diciamo un grammo di sabbia per esempio, ha una energia di 90.000 Miliardi di Joule. Il Joule è l’unità di misura dell’energia, prende il nome da colui che la definì, James Prescott Joule fisico britannico del XVX secolo. Corrisponde all’energia che qua sul pianeta Terra serve ad alzare di un metro un peso di 100 grammi. Per renderci così conto che la massa di un grammo di qualsiasi materia ha l’energia per sollevare di un metro 9.000 Miliardi di Kg. WOW!

Altro esempio pratico (pratico si fa per dire), prendiamo uno dei gatti di Ilaria…

Quanto peserà? Diciamo che ha esagerato con le crocchette e pesa 5 Kg, ciò vuol dire che il micio ha una energia potenziale di 450 Milioni di Miliardi di Joule con cui potrebbe trasportare la Tour Eiffel sulla Luna andata e ritorno… Per 5 volte! Ovviamente non gli frega niente di farlo, ad una gatto poi, figuriamoci.

4.       Se leggiamo la formula all’inverso ci accorgiamo che la Massa si trasforma in Energia. Prendiamo un atomo pesante come quello dell’uranio che ha 92 protoni, o meglio prendiamo il suo isotopo uranio 245 (l’isotopo è lo stesso elemento ma con un diverso peso atomico avendo un numero diverso di neutroni). Bombardiamo con un neutrone il nucleo dell’uranio 245, si generano due nuclei e si generano anche due o tre neutroni che a loro volta andranno a colpire altri nuclei innescando così la famosa reazione a catena. Durante questo processo però sparisce della Massa che è appunto diventata Energia, l’Energia Nucleare a scissione.

5.       Al CERN di Ginevra particelle vengono accelerate a velocità elevatissime, queste vengono ad un certo punto fatte collidere. Immaginiamo di far scontrare un elettrone con la sua antiparticella un positrone, ci sono sofisticatissime apparecchiature in grado di rilevare cosa succede dopo la collisione di queste particelle. Succede che a sua volta si liberano altre particelle e andando a misurare la massa delle particelle che si sono liberate si scopre che questa è molto maggiore della massa dell’elettrone sommata a quella del positrone. Se qualcuno ricorda, a scuola ci hanno sempre detto che la massa si conserva, infatti La legge della conservazione della massa è una legge fisica della meccanica classica, prende origine dal cosiddetto postulato fondamentale di Lavoisier, che è il seguente: 
     « Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma ».

Ma allora cosa è successo?

È successo che l’Energia Cinetica delle particelle è diventata Massa, ma come vedevamo nel punto 1 l’Energia Cinetica non è  altro che una velocità data da un movimento. Una velocità si è quindi trasformato in Massa, la proprietà di un oggetto si trasforma in un oggetto.