Massa e materia, sinonimi? Riflessioni di un ignorante
Per essere sicuro di aver compreso leggendo qualcosa di non banale, la mia tecnica é di "raccontarlo" per iscritto, con parole semplici. Quindi, é principalmente in funzione egoistica di auto-controllo, che sottopongo al ludibrio, ai cachinni ed al lancio di ortaggi non adatti al consumo alimentare umano dei lettori/lettrici(visto mai ce ne fossero :mmh?: ) questa svanverata nella scia di gravità quantistica a loop , entropia e altre figuracce.
Chi conosce un po' di fisica, si astenga : non assumo responsabilità dell'orticaria (o altro) provocata dalla lettura.
Non é e non si sogna nemmeno di essere un "corso/lezione di fisica": é un "compito a casa" di un nullo ignorante.
La domanda alla quale, leggiucchiando qua e là ho cercato di rispondere é "Materia e massa sono la stessa cosa e sono fatte di niente ? "
Per mantenere un ordine logico, e non stancarmi troppo, mi sono fatto "una scaletta", per procedere a tappe.
1. Il peso delle cose che non pesano
Che cos’è la massa? Domanda apparentemente semplice, Ma se provo a rispondere senza scivolare in banalità (“è quanto pesa una cosa”, “è la quantità di materia”)mi accorgo che la massa è una di quelle idee che ci girano attorno come satelliti un po’ sfuggenti: la vediamo, la tocchiamo, la usiamo, ma definirla davvero è un’altra faccenda. Un po' come "il tempo" che (come diceva quel tale),"sai che cos 'é, finche non cerchi di spiegarlo a qualcuno" (e scopri che magari, non esiste :) )
Non è solo questione di peso (che dipende dalla gravità). Non è nemmeno solo “quello che si misura con una bilancia”. La massa è, nel cuore della fisica moderna, una qualità che definisce quanto un oggetto resiste a essere messo in movimento, quanto incurva lo spazio-tempo attorno a sé, e , per non farci mancare nulla, quanto energia possiede anche quando sta fermo e zitto.
Sì, perché secondo Einstein, la massa è energia. Una forma concentrata, compatta, stabile. Quel famoso E = mc² che tutti conoscono, ma che quasi nessuno riesce a spiegare senza far venire voglia di emigrare in un’altra costellazione.
Eppure… se l’universo fosse composto solo di massa visibile, non funzionerebbe. Le galassie si disgregherebbero, i pianeti si sbanderebbero, e non ci sarei a svanvarare qui (il che non sarebbe male). Serve “altro”, e questo “altro” si nasconde proprio nei campi invisibili, nei vuoti che non sono vuoti, nelle particelle che non ci sono, finché qualcosa non le costringa a comparire.
La massa, quindi, è un effetto, un’apparenza, una proprietà derivata.
E chi lo ha detto per primo in modo credibile? una comunità di fisici che, armati di acceleratori, equazioni e una certa tenacia , ha scovato il modo in cui le particelle acquistano massa… e lo ha chiamato “meccanismo di Higgs”, scovando un timidissimo coso, un bosone. Ma non divaghiamo e andiamo con ordine. Per capire cosa "pesa", dobbiamo prima capire dove siamo, e cosa significa che qualcosa deforma il luogo stesso in cui si trova.
2. La tela dell’universo: spazio-tempo, gravità e le deformazioni del quotidiano
Immaginiamo un tappeto elastico. Ci mettiamo al centro (o in posto qualunque) una palla da bowling: il tappeto si incurva. Appoggiamo* una biglia su un bordo e lasciamola libera : non andrà in linea retta, ma seguirà la curva del tappeto elastico deformato dalla grossa palla. Questo, grosso modo, è ciò che Einstein ha detto con la sua Relatività Generale nel 1915: la massa deforma lo spazio-tempo, e quella deformazione è ciò che percepiamo come gravità.
Cioè, le cose non “si attirano” a distanza come diceva Newton. Invece, seguono linee curve dentro lo spaziotempo che è stato incurvato dalla massa.
La Terra gira attorno al Sole non perché il Sole la “tira”, ma perché lo spazio intorno al Sole è così curvo che la strada “più dritta” per la Terra è un’orbita.
Questo spazio-tempo non è un palcoscenico rigido dove accadono le cose: è parte attiva della realtà. Quando la massa si muove, anche lo spazio si agita. Quando esplode (per motivi suoi) una stella, il "tappeto" si turba...le increspature si propagano: sono le onde gravitazionali. Scoperte e misurabili da poco.
(Ho buttato là, facendo finta di niente lo "spazio-tempo" , facendo l'ipotesi che sia noto di cosa si tratti e che l'uso quotidiano del GPS, per esempio, sia più che sufficiente come "prova" della validità della Relatività speciale)
Questa visione cambia tutto.
La massa non è più solo “quello che sta lì e pesa”: è ciò che plasma il campo da gioco.
....Ma.... la massa, da sola, non basta a spiegare tutto. Perché nel balletto cosmico, a danzare sono anche i fotoni (senza massa) e le particelle virtuali (che compaiono e scompaiono come comparse pagate in sottobanco).
Quindi, mentre ci aggrappiamo all’idea che “ciò che ha massa è reale e stabile”, la fisica ci avverte: il vuoto non è vuoto, e la massa è un effetto, non una sostanza assoluta.
* Più correttamente: se la pallina é in quiete, incurva il telo e resta là. Se é in movimento (non accelerato) si muove eccetera come detto. (legge di Newton n.1).
3. L’equazione più famosa del mondo: E = mc², spiegata senza tremare (troppo) : Massa come energia concentrata: ovvero m = E/c², la sostanza delle cose
Ci sono frasi che entrano nel mito. “Ti amo”, “Houston, abbiamo un problema”.... “E = mc²”.
Tutti " la conoscono"
l’energia (E) è uguale alla massa (m) per la velocità della luce (c) al quadrato.
Tutti sanno (Hiroshima docet) che se potessimo convertire tutta la massa di un oggetto in energia...sarebbe " 'na gran botta".
...ma...
Ma non è solo questione di esplosioni. È proprio un concetto che cambia la mappa della realtà:
C’è qualcosa di profondamente pacifico in questa forma dell’equazione:
m = E / c²
Non esplode, Dice semplicemente:
La massa di un oggetto è una forma compatta di energia.
È energia al rallentatore. Energia che ha messo radici.
Infatti, più esplicitamente (e correttamente)
La massa è una forma di energia, e l’energia una forma dinamica della massa.
Quindi
La massa non è una proprietà “di base” della materia. È il risultato di un’energia che ha assunto una forma stabile.
Così, persino una particella ferma nel mezzo del vuoto non è mai davvero priva di energia.
Sta lì, apparentemente statica, ma in realtà sta portando con sé un bagaglio energetico, una quantità “intrinseca” che la definisce.
Questo bagaglio è ciò che si chiama massa a riposo.
Esiste anche (per farla facile) anche una “massa relativistica”, (In relatività speciale) che é quella che cambia quando l’oggetto si muove moooooolto velocemente. Come lo spazio ed il tempo.
Ma qui restiamo nel regno quieto del “riposo”, perché è qui che si fa più chiara l’idea:
Quando parliamo di “massa”, stiamo parlando di energia strutturata,"congelata in forma materiale". Una sorta di identità energetica con "l'etichetta" dell’inerzia newtoniana.
Riepiloghiamo : " la roba pesante", che identifichiamo con la massa, sarebbe energia, allora, più o meno "congelata /prigioniera".
Questa equazione, quindi, è la chiave per passare dalla fisica “della roba pesante” alla fisica del "di che cosa é fatta".
Allo stato attuale delle conoscenze, ce lo spiega "Il Modello standard "
