EINSTEIN = mc²

Anni fa una mia amica mi chiese che cosa volesse dire questa famosa formula, E = m·c², scritta a corollario, si può dire, della prima stesura della teoria della relatività di Einstein. A me interessa la fisica e ogni tanto riesco anche a studiarla, ma allora non seppi che cosa risponderle. Col passare del tempo mi sono documentato. Immagino che ci siano tante persone, con scarsa familiarità con la fisica, che desiderano saperne qualche cosa di più. Innanzitutto questa formula è un risultato importante, con risvolti pratici, ma non rappresenta il risultato più importante della teoria della relatività. La scoperta più importante della relatività, dal punto di vista concettuale, consiste nel fatto che il tempo e lo spazio perdono quel carattere assoluto che avevano prima e diventano relativi ai diversi osservatori: per due osservatori che si muovono uno rispetto all'altro, gli spazi si misurano in maniera diversa e così tempi! Quello che invece rimane costante è la velocità della luce, velocità che è uguale a spazio diviso tempo! E = m·c² si legge così: l'Energia è uguale alla massa moltiplicata per la velocità della luce al quadrato. E fin qui non ci sarebbero tanti problemi, se non fosse che queste tre cose: l'Energia, la massa e la velocità della luce sono, nella percezione comune, tre cose completamente scollegate tra di loro! E' come dire: Cipolle = Carote moltiplicate per il peso in Kg. dell'ortolano. Che c'azzecca? Benedett'Iddio! E infatti la straordinarietà di questa equazione consiste proprio nel correlare tra di loro grandezze che sembravano del tutto scorrelate! Ma esaminiamo meglio che cosa significano queste tre grandezze. Partiamo dalla massa: la massa di un oggetto è quella che comunemente esprimiamo col peso: io peso 85 Kg., un litro d'acqua pesa 1 Kg., ecc.
La massa di un oggetto si misura in Kg., anche se la massa, per essere più precisi, è da distinguere dal peso: infatti sulla luna il mio peso va diviso per 6 (sulla luna si è più leggeri perché la luna esercita meno forza di gravità) mentre la massa rimane sempre quella: 85 Kg., esprimendo la massa la quantità di materia. L'Energia è una grandezza fisica che è correlata al movimento. Un corpo (o una particella) più si muove velocemente e più possiede energia. Più precisamente la quantità di Energia di un corpo in movimento è data da: E = ½ · m · v². Cioè è data dalla sua massa, moltiplicata per la sua velocità elevata al quadrato, il tutto diviso per due! La velocità, in questo caso, si esprime in metri al secondo, la massa in chilogrammi e l'Energia in Joule! Ma anche la radiazione, come quella solare, per esempio, possiede Energia e infatti l'effetto dei raggi del sole è quello di riscaldare i corpi, ma aumentare la temperatura dei corpi altro non vuol dire che aumentare il movimento delle molecole di cui essi sono composti! Energia dunque correlata al movimento! Una legge fisica importante è quella della conservazione dell'Energia. I raggi del sole cedono la loro Energia alle molecole dei corpi. L'Energia non si perde ma passa da una parte all'altra, da una particella all'altra! Così, se si scontrano due o più corpi con diverse masse e velocità e perciò con diverse Energie, come nel gioco del biliardo, per esempio, se si misura l'Energia totale dopo lo scontro, essa deve risultare uguale all'Energia totale prima dello scontro! La velocità di un corpo, lo sappiamo, è data da spazio diviso tempo, ossia dallo spazio che il corpo percorre in una certa quantità di tempo. In fisica, quando si parla di velocità, si parla di velocità istantanea, ossia della velocità che un certo corpo possiede in un dato istante! Questo può sembrare contraddittorio, perché ci vuole un certo lasso di tempo per misurare la velocità, e se il tempo è istantaneo cioè è uguale a zero, per che cosa divido lo spazio? Spazio diviso tempo diventa: spazio diviso zero! In realtà non si pensa che il tempo sia proprio zero, ma che possa essere preso piccolo a piacere e così si può parlare di velocità istantanea! Consideriamo le due formule che abbiamo scritto: E = ½ · m · v² e E = m·c² Possiamo vedere che entrambe contengono una massa e una velocità al quadrato, infatti c² è la velocità della luce elevata al quadrato! Così vediamo che anche le unità di misura corrispondono! [Joule = Kg. · metri² / secondi²]. Allora, come interpretare l'equazione di Einstein: E = m·c² ? A differenza dell'altra equazione che abbiamo scritto, il corpo (o particella) di cui vogliamo conoscere l'Energia, non è in movimento. L'equazione di Einstein ci dice che un corpo (non necessariamente in moto) possiede in se stesso Energia (data dalla formula) solo per il fatto di possedere una massa! C'è una equivalenza! Le due cose sono identificate in una cosa sola: la massa-Energia! Ma come accorgersi di questa Energia? Sta di fatto che questa massa-Energia, a volte si manifesta sotto forma di massa, a volte sotto forma di Energia, a volte di tutte e due! Cosicché, dopo Einstein, non è più la sola Energia che si conserva, ma si conserva la massa-Energia! E veniamo al dunque: nelle reazioni nucleari si verifica che gli atomi di Uranio si dividono in due liberando altre particelle e liberando Energia. Questa Energia può manifestarsi sotto forma di movimento di particelle, di atomi e quindi di calore e può manifestarsi sotto forma di radiazione. Se si misura la massa di ciò che è rimasto dopo la reazione, si scopre che la massa totale è diminuita rispetto a prima! Dunque nella reazione di fissione dell'Uranio abbiamo una scomparsa di massa che si è trasformata in Energia! La quantità di Energia prodottasi deve essere calcolata con l'equazione di Einstein dove per m si intende la “massa mancante”!
Poiché l'atomo di Uranio è un atomo “pesante”, la liberazione di Energia avviene quando l'atomo si divide in due e questo avviene anche con l'emissione di altre particelle radioattive e questo è il più grosso problema delle nostre centrali nucleari!
Quando invece gli atomi sono “piccoli”, come nel caso dell'Idrogeno, allora la liberazione di Energia avviene quando gli atomi di Idrogeno si riuniscono tra di loro per formare un atomo più grande (Elio)! Questo è ciò che avviene nelle reazioni nucleari che avvengono all'interno del sole! In questo caso non c'è emissione di particelle radioattive e l'Energia così ottenuta è Energia pulita! E' l'obiettivo degli scienziati di ottenere Energia pulita in questo modo, ma ancora non sono riusciti ad ottenerla!