L’equazione E=mc² è forse la formula più celebre della storia della scienza. A prima vista, appare semplice, ma il suo significato è straordinariamente profondo. Da quando Albert Einstein l’ha scoperta oltre un secolo fa, questa piccola formula ha rivoluzionato non solo la fisica, ma anche la nostra vita quotidiana. Cerchiamo allora di capire cosa significa.
Per comprendere E=mc², dobbiamo innanzitutto decifrare le tre grandezze che compaiono nella formula: E, m e c. Partiamo dalla massa (m), il concetto che ci è più familiare. Nella fisica classica, la massa è una misura della quantità di materia che compone un oggetto. Un oggetto più massiccio contiene più materia rispetto a uno meno massiccio. Tuttavia, la massa non va confusa con il peso, che è invece la forza con cui un corpo viene attratto dalla gravità terrestre. Ad esempio, un oggetto portato sulla Luna peserebbe meno, ma la sua massa rimarrebbe invariata.
Newton fu il primo a riconoscere un altro aspetto fondamentale della massa: essa misura quanto un corpo resiste all’accelerazione. In altre parole, più un oggetto è massiccio, maggiore sarà la forza necessaria per modificarne la velocità. Questa proprietà è nota come inerzia, e la massa è strettamente legata ad essa. Per esempio, è molto più facile spingere un carrello della spesa che un camion: la massa maggiore del camion lo rende più difficile da accelerare.
Passiamo ora alla seconda grandezza: E, l’energia. L’energia può assumere molte forme diverse: il calore, il movimento (energia cinetica), l’energia potenziale legata alla posizione di un oggetto in un campo gravitazionale, e così via. Tutte queste forme hanno in comune la capacità di compiere un lavoro e possono trasformarsi l’una nell’altra. Per esempio, se lasciamo cadere un libro dal tavolo, la sua energia potenziale si trasforma in energia cinetica durante la caduta, e, al momento dell’impatto, parte di questa energia diventa calore. Una delle leggi fondamentali della fisica è che l’energia non si crea né si distrugge, ma si conserva e si trasforma.
Fino a Einstein, nessuno aveva mai collegato direttamente massa ed energia. Erano considerate due entità separate. Ma nel 1905, Einstein scoprì che un oggetto possiede energia semplicemente per il fatto di avere una massa, secondo la formula E=mc². C rappresenta la velocità della luce, una costante della fisica che vale circa 300.000 km/s. Poiché la velocità della luce è enorme, anche una piccola quantità di massa può essere convertita in una quantità di energia impressionante.
Per dare un’idea, l’energia contenuta in un solo grammo di materia, se fosse completamente convertita, potrebbe alimentare una lampadina da 100 watt per 30.000 anni. Questo concetto è alla base della fusione nucleare che alimenta le stelle, incluso il nostro Sole, dove quattro nuclei di idrogeno si fondono in un nucleo di elio, liberando una piccolissima frazione della massa sotto forma di energia.
Spesso associamo E=mc² all’energia nucleare e alle bombe atomiche, ma Einstein non è il “padre” di queste armi. La sua formula si applica a tutti i fenomeni in cui l’energia viene liberata, anche nelle situazioni quotidiane, come accendere una lampadina o bruciare una candela. Tuttavia, nelle reazioni nucleari la conversione massa-energia è molto più efficiente.
L’equazione di Einstein è stata messa alla prova innumerevoli volte e si è dimostrata corretta. Ma c’è un’altra interessante implicazione: cosa succede se una massa si muove? Einstein calcolò che l’energia totale di un corpo in movimento non è più E=mc², ma deve essere moltiplicata per un fattore che cresce con la velocità. Questo significa che, mentre un corpo si avvicina alla velocità della luce, l’energia richiesta per accelerarlo aumenta vertiginosamente, fino a diventare infinita. È questo il motivo per cui la velocità della luce rappresenta un limite insuperabile per qualunque oggetto dotato di massa.
Con E=mc², Einstein ha dimostrato che massa ed energia sono due facce della stessa medaglia. Non esiste una distinzione netta tra le due: la massa può trasformarsi in energia e viceversa, e il fattore di conversione è la velocità della luce al quadrato. Questo concetto ha conseguenze profonde anche per la comprensione della materia stessa. Per esempio, la massa di un protone non è semplicemente la somma delle masse dei quark che lo compongono: una parte significativa deriva dall’energia cinetica dei quark stessi.
In definitiva, la formula di Einstein ci mostra che dopo di lui, separare completamente massa ed energia è impossibile. Sono, in sostanza, la stessa cosa, viste da prospettive diverse. Questa intuizione ha cambiato per sempre il nostro modo di comprendere l’universo.
