Equivalenza massa-energia

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June 28, 2022

In fisica, l'equivalenza massa-energia è il concetto che la massa di un oggetto viene trasferita dalla quantità della sua energia. L'energia intrinseca totale E del corpo a riposo è uguale al prodotto della sua massa a riposo m con un fattore di conservazione idoneo a convertire le unità di massa in unità di energia. Se l'oggetto non è fermo rispetto all'osservatore, allora si deve tenere conto dell'effetto relativistico. In tal caso, m viene calcolato in base alla massa relativistica ed E diventa l'energia relativistica dell'oggetto. Albert Einstein propose la formula dell'equivalenza massa-energia nel 1905 nei suoi articoli sull'Anno dei Miracoli intitolati L'inerzia di un oggetto dipende dall'energia in esso contenuta? ("L'inerzia di un corpo dipende dal suo contenuto energetico?") L'equivalenza è descritta dalla famosa equazione e m c 2 {\displaystyle Emc^{2}\,\!} Dove E è energia, m è massa e c è la velocità della luce nel vuoto. Entrambi i lati della formula hanno dimensioni uguali e non dipendono dal sistema di misurazione. Ad esempio, in molti sistemi di unità naturali, la velocità della luce (scalare) è impostata su 1 ("distanza"/"tempo") e la formula diventa omogenea E m ("distanza" '^2/'tempo' ^2)'; e da qui il termine "equivalenza massa-energia". L'equazione E mc2 mostra che l'energia è sempre espressa in termini di massa, indipendentemente dalla forma in cui si trova l'energia. L'equivalenza massa-energia suggerisce anche la necessità di riaffermare la legge di conservazione della massa, o più completamente, la legge di conservazione dell'energia, che è la prima legge della termodinamica. Le teorie attuali suggeriscono che la massa o l'energia non possono essere distrutte, possono solo essere trasformate da una forma all'altra.

Applicazione alla fisica nucleare

Max Planck sottolinea che la formula dell'equivalenza della massa dell'energia implica che i sistemi legati avranno una massa inferiore alla somma dei loro componenti, una volta che l'energia di legame è stata lasciata fuoriuscire. Tuttavia, Planck stava pensando a reazioni chimiche in cui le energie di legame erano troppo piccole per essere misurate. Einstein suggerì che i materiali radioattivi come il radio avrebbero fornito un test teorico, ma nonostante la grande quantità di energia rilasciata per atomo nel radio, a causa dell'emivita della sostanza (1602 anni), solo una frazione degli atomi di radio decade in un tempo misurabile sperimentalmente. Dopo la scoperta dei nuclei, gli sperimentatori si sono resi conto che le energie di legame molto elevate dei nuclei atomici avrebbero consentito di calcolare le loro energie di legame, semplicemente dalla differenza di massa. Ma è stato solo con la scoperta del neutrone nel 1932 e la misurazione della massa del neutrone che è stato possibile effettuare questo calcolo (vedi energie di legame nucleare per un esempio di calcolo). Pochi istanti dopo, l'acceleratore