E = MC^2 energia o materia?

La fisica in pillole, che ci riguarda tutti

Tutti conosciamo certamente questa formula: E=mc². La sua “eleganza” è disarmante il suo significato è una “bomba”. Una bomba nel vero senso della parola.

E’ la formula della bomba atomica.

Bella e misteriosa, pregna di significati. Molte magliette la portano impressa. Ma cosa ha di tanto speciale? Come è possibile che un’equivalenza così banale sia così importante e rivoluzionaria? Vediamone un po’ di storia e sfioriamone il significato.

Alla fine dell’ottocento ed agli inizi del novecento una schiera di scienziati contribuì a “scardinare” molte certezze della fisica classica addentrandosi in terreni inesplorati, vagando dall’immensamente piccolo, all’immensamente grande. In questi anni emetteva i primi vagiti la meccanica quantistica, Einstein sconvolgeva il mondo con la pubblicazione, nel giugno 1905, di un articolo dal titolo: “Sull’elettrodinamica dei corpi in movimento” comunemente noto come teoria della relatività speciale. Una teoria che fece franare il terreno sotto i piedi di molti. La concezione del tempo come misura assoluta era sradicata da un uragano di novità. Alle tre dimensioni abituali, si affiancò il tempo, non più invariante, ma semplice pedina in balia alla velocità della luce: “c” assunta al ruolo di invariante per eccellenza a cui, oltre alle tre dimensioni, dovette assoggettarsi anche il tempo.

Nel settembre successivo del 1905 usciva: “L’inerzia di un corpo dipende dal suo contenuto di energia?” sempre di Albert Einstein. Un qualcosa di altrettanto rivoluzionario della contrazione e dilatazione del tempo. Per la prima volta Energia e materia (massa indica una quantità di materia) erano messe in stretta relazione in un principio di conservazione massa–energia nel quale, ancora una volta, faceva capolino la solita “c”, velocità della luce (300.000 km. al secondo).

Per completezza di informazione, va chiarito, che molti meriti, nella pubblicazione delle due teorie attribuite ad Einstein, sono da estendere ad altri scienziati: Lorentz, Gauss, Riemann, Mach. Einstein ebbe il merito indiscusso e la sfrontatezza di fagocitare, prima, rielaborare, poi, e sintetizzare, infine, idee sconvolgenti non solo negli ambienti accademici ma nel senso comune di tutti.

Tornando alla nostra formula essa ci dice che si può ottenere una enorme quantità di energia da piccolissime quantità di materia l’arbitro di questa transazione come ci dice la formula è c.

300.000 elevato alla seconda potenza è un numero enorme. Tenuto conto anche dei fattori di conversione delle unità di misura (chilometri in metri ed altro), siamo di fronte ad un qualcosa di indescrivibilmente grande. Pochi grammi di materia possono sprigionare potenze del calibro delle bombe nucleari. Ma possono, in reazioni controllate, essere fonti incredibili di energia per utilizzo civile ed industriale. è inutile che vi dica che il processo più conosciuto per la conversione materia-energia è quella della fissione nucleare. Descritto in modo banale la fissione nucleare consiste nella frantumazione dell’atomo di un metallo pesante (uranio-235 o plutonio-239) in frammenti di dimensioni minori. Il processo è causa dell’emissione di grandi quantità di energia, nonché dell’espulsione di infinite quantità di particelle (radio-attività).

La frantumazione di un atomo provoca un’energia tale da “sconquassare” quello accanto e così via. Questa reazione a catena, se incontrollata, provoca esplosioni come quella di Little Boy (ragazzino) su Hiroshima e Fat Man (grassone) su Nagasaki. In ambito civile le reazioni nucleari che producono energia sono controllate all’interno del cosiddetto nocciolo dentro il reattore nucleare, dove con tecniche sofisticate la reazione è tenuta a bada a meno di imprevisti, come successe Chernobyl, quando un sistema di raffreddamento di emergenza venne colpevolmente disinserito provocando il disastro di cui si pagano ancora oggi le conseguenze, a distanza di 35 anni.

Rientriamo da queste doverose divagazioni, per tornare sulla nostra formula. Quasi tutti notano il processo di trasformazione della materia in energia di E=mc² ma, essendo un’equazione è valido anche l’inverso: m=E/c2, ovvero da enormi quantità di energia si possono ottenere modeste quantità di materia. Gli scienziati, ancora oggi, stanno lavorando per trasformare potentissimi raggi di luce laser in minuscole particelle di materia.

Questi esperimenti, ai confini delle conoscenze umane, cercano di scoprire qualcosa in più sulla formazione dell’universo dal big-bang, la primordiale esplosione che 14 miliardi di anni fa (secondo le recenti teorie) luce e materia in un enorme calderone nucleare determinarono la formazione e l’espansione dell’universo. Da queste fucine di idee, in questi ultimi decenni si stanno facendo largo nuove ed entusiasmanti teorie sull’essenza della materia. Spulciando di qua e là, una mi ha colpito in particolare: La teoria delle stringhe che si fonda sul principio secondo cui la materia, la radiazione e, sotto certe ipotesi, lo spazio e il tempo siano la manifestazione di entità fisiche fondamentali che, a seconda del numero di dimensioni in cui si sviluppano, sono chiamate stringhe o p-brane.

Ma questa è un’altra storia!

Mi sto “impegolando” in un’altra disciplina: la cosmologia tanto bella quanto inesplorabile per chi vi scrive!

Buona riflessione!