La fede dei fisici
5 Giugno 2022
La fede dei fisici
In un percorso che, partito da Aristotele, passando per Galileo, è giunto fino a Newton (si veda Il moto naturale), si è arrivati a comprendere che il moto naturale dei corpi è quello a velocità costante. Se un oggetto libero di muoversi non è soggetto a forza alcuna o se le forze a cui è sottoposto si bilanciano esattamente, questi permarrà nel suo stato di quiete o di moto rettilineo uniforme, indefinitamente. Bene, perché?
In realtà questo principio (il primo della meccanica newtoniana) è un caso particolare di un’altra legge fisica: il principio di conservazione della quantità di moto. Questo afferma che il prodotto di massa per velocità (cioè la quantità di moto) di un sistema non cambia laddove non intervengano forze esterne. Ciò permette di spiegare innumerevoli fenomeni, a partire dai motori a reazione: il sistema “missile più carburante” (inizialmente fermo e quindi con quantità di moto pari a zero) trasforma l’energia chimica del combustibile in energia cinetica del getto (lo lancia cioè indietro) con la conseguenza di spingere in avanti il missile. Condizione, quest’ultima, che vede rispettata la conservazione della quantità di moto: il prodotto della massa per la velocità di ciò che “va indietro” (il getto) è uguale a quello di ciò che “va avanti” (il missile) e pertanto la quantità di moto iniziale (che era zero) si conserva (non cambia cioè il suo valore). Ma ancora non abbiamo risposto al piccolo bimbo curioso che è in noi, archetipo di ogni fisico: perché? L’Universo che ci circonda è omogeneo: su larghissima scala, cioè, la densità di stelle, galassie, ammassi e iperammassi è costante in ogni direzione. Persi nel vuoto interstellare, lontani da tutto e tutti, soggetti quindi a una somma di forze pari a zero (perché egualmente attirati in ogni direzione), non potremmo fare altro che continuare a muoverci come ci stiamo muovendo, di moto rettilineo uniforme. La quantità di moto di un sistema isolato, dunque, non cambia.
Il principio di conservazione della quantità di moto discende cioè da una simmetria del nostro Universo: la sua omogeneità! Ed ecco il bello: tutte le grandezze fisiche che si conservano rappresentano simmetrie del mondo in cui viviamo. L’Universo è isotropo (cioè tutte le direzioni sono equivalenti)? Allora le cose che ruotano tendono a continuare a ruotare (principio di conservazione del momento angolare, si veda Naturalmente bello). Il tempo scorre in modo omogeneo? L’energia si conserva. E così via per le conservazioni di carica elettrica, spin, colore…
È questo il motivo per cui i fisici hanno estrema fede nei princìpi di conservazione: se uno di questi princìpi non fosse rispettato vorrebbe dire che una simmetria del mondo in cui viviamo si è rotta.
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Il presente articolo è stato pubblicato sulla rubrica “Fisica? Un gioco.” – Sapere, gennaio 2020 – ed. Dedalo.