11/06/21

Una ciliegina molto "massiccia" **

Questo articolo è una delle tante "ciliegine cosmiche" che potete gustare QUI

 

La massa cresce andando sempre più veloci! Oh, mamma mia, come farò a volare tra le stelle e mantenere la linea?

Se un corpo viaggia a velocità prossime a quella della luce la sua massa tende a diventare infinita. Ciò, quindi, nega la possibilità di raggiungere tale velocità per un corpo massiccio, dato che occorrerebbe un'energia infinita. Due constatazioni abbastanza "comuni" che potrebbero creare confusione...

Sulla massa relativistica abbiamo già scritto e discusso, ma essa rimane sempre un qualcosa che spaventa e che sembra richiedere spiegazioni non banali. In realtà, l'utilizzo della massa relativistica, che altro non è che la massa a riposo moltiplicata per il fattore gamma, è una vecchia abitudine che io stesso ho seguito anche se non formalmente corretta. Mi sembrava e mi sembra un concetto più semplice da inserire nel contesto della dinamica relativistica, quella parte di relatività ristretta che ci porta alla perfetta uguaglianza tra massa ed energia.

Cerchiamo, allora, di rendere la faccenda ancora più semplice e sfruttando l'analogia quasi perfetta con il tempo, la distanza e le loro variazioni. In fondo, in fondo, si rischia solo di cadere nel solito vecchio errore o fraintendimento insito nella dichiarazione (troppo spesso ancora usata in lungo e in largo): "Il tempo di chi muove a grande velocità passa più lentamente".

Noi sappiamo che questa frase è SBAGLIATA e che solleva dubbi del tutto inutili. Riportiamola nel modo corretto e vedremo che basta ciò per far comprendere appieno anche il problema della massa crescente. L'orologio (ossia il tempo) di chi viaggia  rallenta solo quando viene visto da un altro sistema in moto rispetto a quello dell'orologio. Ricordiamo anche che l'inizio e la spiegazione di tutto sta, in fondo, solo e soltanto nella non simultaneità di uno stesso evento in sistemi in moto reciproco.

Così come continuiamo  a dire che il tempo del viaggiatore cambia solo se misurato da un altro sistema di riferimento, così potremmo semplicemente dire che la massa varia quando è vista da un altro sistema di riferimento. Il discorso finirebbe immediatamente. Così come accettiamo che l'orologio rallenti sempre di più per chi guarda da fuori così possiamo fare per la massa che tende a infinito per chi osserva da fuori. Il "fuori" sta, ovviamente, per un altro sistema inerziale che si muova velocemente rispetto a quello del "presunto" viaggiatore. Ho scritto "presunto", dato che TUTTI i sistemi di riferimento possono considerarsi fermi e imputare il movimento a tutti gli altri. Come ben sappiamo NON ESISTE un sistema di riferimento assoluto.

Parliamoci chiaro, la massa, ossia la materia-energia può cambiare solo in due modi: o assorbendo massa-energia dal di fuori oppure cedendo massa-energia all'esterno attraverso perdita di massa o attraverso l'emissione di energia, come la stessa luce.

La velocità non cambia assolutamente la massa, così come non cambia assolutamente la distanza da percorrere e nemmeno il tempo che si misura nel sistema della massa in oggetto. Il concetto diventa estremamente semplice riflettendo nuovamente sul fatto (scusate la continua ripetizione) che chi si muove si considera GIUSTAMENTE fermo a tutti gli effetti. Quando "viaggiamo" nello spazio infinito con la nostra astronave, il sistema di riferimento dell'astronave, di cui facciamo parte, non si muove affatto, ma è l'intero Universo che si muove verso di lei. E' sempre il solito discorso che porta all'allungamento di vita del muone, se viene osservato dal sistema Terra che si considera fermo.

La massa così come il tempo proprio sono invarianti nella relatività ristretta, essi sono quelli che sono se vengono misurati nel sistema di riferimento a cui appartengono. Ogni orologio misura lo stesso tempo e poco importa se chi lo indossa sia visto in movimento da qualcuno che lo guarda dal di fuori. E' solo quest'ultimo che misura un tempo e una massa variabili. Ne segue, che per lui la massa del viaggiatore può anche essere vista crescere a dismisura, ma la massa è una caratteristica intrinseca di chi la possiede e non una proprietà che varia a seconda di chi la misura.

Diamo, perciò, al termine massa relativistica il suo vero significato che non è affatto diverso da quello di tempo relativistico. Entrambi possono diventare infiniti, ma solo per chi li vede da "fuori". Non è nemmeno difficile capire perché tanta similitudine tra tempo e massa... Ciò che non deve cambiare è la quantità di moto e se considero costante la massa (massa intrinseca, invariante), deve variare solo la velocità che è, però, uno spazio diviso un tempo. Se cambio il tempo, cambio la velocità e di conseguenza la quantità di moto. Tutto si riduce, perciò, a utilizzare sempre un tempo uguale per tutti i sistemi, ossia il tempo proprio. In tal modo otteniamo anche l'invarianza della quantità di moto e non abbiamo scomodato la massa.  Tuttavia, rimango convinto, malgrado adori la quantità di moto, che il discorso più semplificato sia più che sufficiente a far cadere ogni dubbio in proposito.

Ribadiamo, perciò, che la massa-energia "a riposo" non è assolutamente influenzata da chi la osserva da fuori. In parole molto rozze, la massa-energia è un invariante nel suo sistema di riferimento, dato che in quel sistema niente (o quasi, come vedremo tra poco) si muove. Non vi è  energia cinetica dato che non esiste velocità e resta solo e soltanto l'energia racchiusa nella massa. Quest'ultima, però, non è altro che l'energia potenziale e cinetica delle "particelle" (chiamiamole così con tutte le precauzioni del caso) microscopiche che la compongono, ossia della loro posizione e velocità nel sistema di riferimento in quiete, data la perfetta uguaglianza tra massa ed energia.

Questo discorso vale ben più in generale, dato che le uniche due forme di energia (come ci conferma la lagrangiana) sono quella potenziale che deriva dalla posizione assunta e quella cinetica che deriva dalla velocità. Tutte le altre energie sono dei "derivati" di queste, da quella chimica a quella elettrica, a quella termica e via dicendo.

Facciamo un altro esempio banale. Voi siete all'interno di un certo sistema di riferimento, ad esempio la Terra, e cominciate a muovervi velocemente nell'aria. Ne consegue che rispetto alla Terra  voi avete una certa massa. Tuttavia, la Terra gira attorno al Sole, quindi, nel sistema Sole la vostra massa è ancora diversa. Il Sole, però, ruota attorno al centro della galassia e, ancora una volta, rispetto al buco nero centrale la vostra massa cambia ancora... No, no, non ha alcun senso. La massa, lo ripeto ancora una volta, è una vostra proprietà intrinseca e non può certo cambiare a seconda di chi vi sta osservando! Oltretutto, voi siete fermi e quindi concludete che quegli strani alieni vedono la vostra massa cambiare solo perché non riescono a stare fermi e si muovono in modo esagerato rispetto a voi.  Ma siamo matti?

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