martedì, aprile 12, 2016

vittime dell'inerzia

Proprio così, siamo tutti in balia dell'inerzia: seduti comodamente sul divano quante volte abbiamo pensato "ma chi me lo fa fare ad alzarmi". In generale l'inerzia è la caratteristica dei corpi a non voler cambiare il loro stato, ma perché esiste? Perché se vogliamo fermare un oggetto che ha una certa massa che si muove dobbiamo esercitare una forza, allo stesso modo in cui dobbiamo applicarla se vogliamo metterlo in movimento? E quindi qual'è il motivo per cui nessuno vuole cambiare il proprio stato che sia di quiete o movimento? Per ora, consideriamo quello che succede in un oggetto quando si esercita questa proprietà che chiamiamo massa; cerchiamo di ignorare l'effetto gravitazionale della massa per il momento, e consideriamo la massa come la misura in cui un oggetto resiste alla spinta di accelerazione e chiamiamo questa massa inerziale.

Come al solito partiamo con un esperimento mentale che battezzerò la "scatola invisibile".
Immaginate una scatola priva di massa con pareti invisibili: certo è impossibile ma è un'analogia per avvicinarci come vedremo lentamente alla realtà. Ora la riempiamo con moltissimi fotoni, che sappiamo essere particelle senza massa, che viaggiando alla velocità della luce, rimbalzano all'interno della scatola in tutte le direzioni; la somma delle masse è nulla e su tutte le pareti della scatola si sente la stessa pressione, quindi facendo la media non c'è nessuna forza complessiva dalla scatola verso l'esterno.

Diamo alla scatola una spinta per aumentare la sua velocità; ora la parete della scatola che spingiamo si muove verso i fotoni: si sente, rispetto a prima, un po' più di pressione per il loro impatto. Nel frattempo, nella parete opposta della scatola, allontanandosi dai fotoni, si sente meno pressione. C'è una forza diretta all'indietro che si percepisce come una resistenza alla variazione di velocità. I fotoni esercitano una forza sulla scatola, la scatola esercita anch'essa una forza sui fotoni e per la terza legge di Newton che ci dà la conservazione della quantità di moto, l'accelerazione esercitata sulla scatola viene trasferita ai fotoni.

Ora, se si ferma l'accelerazione sulla scatola, lo slancio  viene ripartito di nuovo equamente tra la scatola e fotoni. Ma finché l'accelerazione continua, il differenziale di pressione persiste. L'accelerazione subisce una resistenza e quindi ci sembra che la scatola  sia pesante, come piena di massa: in realtà è indistinguibile dalla massa, perché è proprio la massa! In pratica partendo dall'energia cinetica dei fotoni confinati in uno spazio, il totale del tutto senza l'ombra di un milligrammo, siamo arrivati a percepire un oggetto massivo: tutto ciò perché la massa non è altro che energia confinata (per la maggior parte) ed è questo che ci ha voluto dire Einstein con la celebre formula E=M*C^2 che in realtà lui scrisse per la prima volta come M=E/C^2

Quindi diamo un'occhiata a un altro esempio di energia confinata: una molla compressa contiene più energia di una molla rilassata. Si dice che detiene più energia potenziale. Quindi è una molla compressa più massiccia di una a riposo? E' proprio così! Anche in questo caso, siamo in grado di descrivere questo fenomeno in termini di un effetto fisico diretto. Una molla già compressa è più difficile da comprimere, rispetto ad una molla a riposo. Ma comprimerla è esattamente ciò che devi fare quando tenti di spostarla: in primo luogo, la parte che spingiamo si comprime un po' e poi la pressione diffonde la forza come un onda in avanti, fino a quando tutta la molla si mette in movimento. Quella spinta iniziale è più difficile sulla molla compressa che sulla molla rilassata. Si percepisce come se fosse più massiccia perché lo è.

Questi apparentemente diversi effetti fisici, la  scatola di fotoni e la molla compressa, danno lo stesso risultato di conversione tra massa ed energia, La materia che ci compone però è fatta per lo più da quark ed elettroni e sono le energie cinetiche e di legame tra questi piccoli componenti a farci percepire gli oggetti come "confinati e massivi". In realtà c'è ancora una minuscola componente della massa che non dipende dalle energie confinate ma ha origine molto più esotica: infatti al contrario dei fotoni del nostro primo esempio, gli elettroni ed i quark sarebbero dotati di una piccolissima massa anche se fossero immobili; è una loro caratteristica intrinseca fondamentale che gli viene ceduta attraversando il campo di Higgs che permea tutto lo spazio. Ma se le energie confinate creano l'illusione della massa non potrebbe essere l'interazione con il campo di Higgs a creare l'illusione della gravità?

Fonte: https://www.youtube.com/watch?v=gSKzgpt4HBU
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