02 - Materia ed Energia

[Francesca Diodati]

Wow, bellissimo articolo! In maniera semplice e intuitiva si è riusciti a esprimere concetti di una complessità tutt'altro che banale! Mi avete riportato (sta volta con piacere) a quando dovevo dare "Fisica 2" in facoltà...
Ci sono due cose che mi hanno sempre colpito molto:
- la prima è di quanto la Scienza, riesca a spiegare molte cose, ma ancora non tutto. Nonostante ciò, è ancora e sempre necessario uno sforzo "non umano", estraneo ai nostri sensi, per cercare di immaginare il funzionamento dell'infinitamente piccolo... o dell'infinitamente grande. Sforzo che ovviamente i vari complottisti anti scienza non riescono a fare, e pensano che sia tutto "magia", e "solo teorie indimostrabili per tenerci all'oscuro della verità" . Per prafrasare una battuta di Neil Degrasse Tyson: Il fatto che la Scienza riesca a compiere prodigi che le persone comuni non riescono né a capire nè a spiegarsi, è uno dei grandi successi della Scienza. (ok, non era proprio così, ma il senso è quello)
- la seconda, è l'inversione dell'uguaglianza di Einstein, m=E/(c^2), che per me è tra le cose meno intuitive. Uno si può anche immaginare che, non so, un sasso, in opportune conduzioni possa liberare e trasformarsi in energia. Molto più difficile è immaginarsi che una pura quantità di energia, per quanto enorme, a un certo punto possa trasformarsi in un sasso! Non trovate?

Grazie ancora per questi approfondimenti.

E se questi apprezzamenti vengono da qualcuno che ha capito Fisica 2... grazie davvero!! Hai ragione, pensare che l'energia si possa trasformare in materia è, se possibile, ancora più affascinante del contrario. Ne parleremo ancora tanto! Di come, nell'Universo primordiale, materia si trasformava in energia ed energia in materia in un susseguirsi inesorabile, finché le temperature lo hanno permesso. Noi, fatti di massa, possiamo generare energia, e allo stesso tempo, noi nasciamo dall'energia...

[Francesca Diodati]

Mi associo ai complimenti e ai ringraziamenti per questa iniziativa di divulgazione scientifica, scritta bene e in forma chiara per i non addetti.
Grazie
Stefano

Stefano, grazie mille a te!

[Arcady]

Grazie per questo bellissimo articolo! Mi sono sorti due dubbi riguardo alla prima parte: come mai in seguito allo scontro tra materia e antimateria poco dopo il Big Bang ha prevalso la materia? Si trovava in quantità maggiore? Il fatto che una buona parte di materia e antimateria sia andata persa in questo scontro vuol dire che la massa presente prima del Big Bang era maggiore rispetto a quella presente adesso?

[Micea61]

Bellissimo articolo!☺ Complimenti ed avanti così!!

[Francesca Diodati]

E che sia successo appunto questo durante il bigbang?

In effetti sì!!! Ne parleremo a breve!!! Grande

[Francesca Diodati]

Grazie per questo bellissimo articolo! Mi sono sorti due dubbi riguardo alla prima parte: come mai in seguito allo scontro tra materia e antimateria poco dopo il Big Bang ha prevalso la materia? Si trovava in quantità maggiore? Il fatto che una buona parte di materia e antimateria sia andata persa in questo scontro vuol dire che la massa presente prima del Big Bang fera maggiore rispetto a quella presente adesso?

Grazie a te per i complimenti, e per le ottime domande! Parleremo in seguito di entrambe le questioni che sollevi. La prevalenza della materia sull'antimateria è un tema molto dibattuto. E' probabile che all'inizio l'Universo sia partito con una quantità leggermente maggiore di materia, il che spiegherebbe la sua "vittoria". Ma perché ciò sia avvenuto rimane un mistero. @Red Hanuman, ci aiuti?
Riguardo la tua seconda domanda...il bello è che no, nulla è andato distrutto. La materia e antimateria scomparse in realtà si sono solo trasformate in energia! Un'energia che noi possiamo ancora captare oggi. Argomenti enntusiasmanti e appassionanti di cui narreremo nei prossimi capitoli!

[Arcady]

Grazie mille per le risposte, non vedo l'ora di poterle approfondire nei prossimi capitoli!!

[Francesca Diodati]

Bellissimo articolo!☺ Complimenti ed avanti così!!

Grazie mille!!

[Red Hanuman]

Grazie per questo bellissimo articolo! Mi sono sorti due dubbi riguardo alla prima parte: come mai in seguito allo scontro tra materia e antimateria poco dopo il Big Bang ha prevalso la materia? Si trovava in quantità maggiore? Il fatto che una buona parte di materia e antimateria sia andata persa in questo scontro vuol dire che la massa presente prima del Big Bang era maggiore rispetto a quella presente adesso?

Allora... Qui bisogna introdurre il concetto di simmetria: in fisica, per simmetria si intende l'invarianza delle leggi fisiche rispetto all'osservatore. Chi osserva un fenomeno, lo deve veder sviluppare sempre allo stesso modo, in ogni sistema di riferimento. Questo implica che le leggi fisiche non debbono cambiare se ci si sposta nello spazio e nel tempo (debbono valere ovunque e sempre).

E' un concetto che è (ovviamente) diventato molto importante con l'avvento della relatività, ed è stato sviluppato magnificamente della grande Emmy Noether.

Ebbene, per quanto riguarda le forze fondamentali, la forza elettromagnetica e la forza forte sono completamente simmetriche, ma lo stesso non si può dire della forza debole.

In particolare, la forza debole non è simmetrica per la parità e per la carica. Che vuol dire?

Per parità si intende l'invarianza rispetto all'inversione degli assi cartesiani. Ossia, se prendiamo uno spazio e cambiamo il sistema di coordinate, in modo da invertire sopra con sotto, destra con sinistra e avanti con indietro, dobbiamo registrare gli stessi effetti.

Questo nel nostro universo non accade per esempio nel caso del decadimento beta di un neutrone in un atomo di Cobalto (che dipende appunto dalla forza debole), perchè se applichiamo le leggi fisiche invertendo gli assi, dovremmo ottenere l'inversione della distribuzione delle particelle finali ed un antineutrino sinistrorso (ovvero che "ruota" in senso antiorario), cosa che NON esiste in natura.

Per simmetria di carica, intendiamo la possibilità di invertire istantaneamente la carica delle particelle [l'elettrone diventa positrone (positivo), il protone antiprotone (negativo) ecc.] .

Se applichiamo questa inversione sempre al decadimento beta di un neutrone nel Cobalto, dovremmo ottenere un neutrino destrorso: anche questo, NON esiste in natura.

Se però applichiamo entrambi le inversioni contemporaneamente (invertiamo gli assi e poi le cariche), i conti sembrano tornare. Sembrano! Perchè questo non si verifica nel decadimento di una particella del gruppo dei mesoni, il Kaone K_L. Applicando la simmetria CP al decadimento del Kaone K_L, dovrebbe decadere sempre in tre pioni, oppure produrre simmetricamente come prodotto finale del decadimento un eguale numero di elettroni e di positroni (mentre succede che decada anche in due soli pioni, e che su 1000 elettroni prodotti nel decadimento si formano 1006 positroni).

Tutto quanto sopra implica una cosa sconcertante: l'universo fa distinzioni tra materia ed antimateria, preferendo (anche se di poco) la prima alla seconda. Il risultato è che, nello scontro tra particelle e antiparticelle, prevalgono le particelle (con una piccolissima percentuale). Il nostro universo, dunque, è composto da materia!

Con la forza debole, alla fine, l'unico modo per far tornare i conti è invertire contemporaneamente le coordinate spaziali , la carica E la freccia del tempo.

Un universo siffatto, però, sarebbe indistinguibile dal nostro...

[Micea61]

O mamma miaaaa! Già faticavo a "tenere la ruota" del discorso...adesso mi sto staccando!