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E = mc al quadrato è la formula più famosa in fisica. Viene spesso definita la teoria dell'equivalenza dell'energia di massa. Molte persone sanno che Albert Einstein lo ha sviluppato, ma pochi hanno idea di cosa significhi. In sostanza, Einstein ha trovato una relazione tra materia ed energia. Il suo genio stava realizzando che la materia può essere trasformata in energia e l'energia in materia.
Identificazione
La "E" nella formula sta per energia, misurata in unità chiamate ergs. La "m" rappresenta la massa in grammi. La "c" è la velocità della luce misurata in centimetri al secondo. Quando la velocità della luce viene moltiplicata per se stessa (al quadrato), quindi moltiplicata per la massa, il risultato è un numero molto elevato. Mostra che l'energia immagazzinata anche in una piccola quantità di massa è enorme.
Fusione
Un modo per liberare l'energia in massa è che gli atomi che compongono quella massa si fondano insieme. Questo succede a volte in natura. Ad esempio, all'interno di una stella, due atomi di idrogeno possono essere spinti insieme a una velocità così grande che i singoli protoni nei loro nuclei si fondono per formare un atomo di elio con due protoni. Il processo trasforma circa il 7 percento della massa originale in energia. Questo può essere calcolato con la formula E = mc al quadrato. Il processo si chiama fusione nucleare. Lo vediamo in dispositivi artificiali come acceleratori di particelle e bombe nucleari.
scissione
Un altro modo per liberare l'energia in massa è che gli atomi all'interno di quella massa si sfaldino. Ciò si verifica anche in natura. Ad esempio, l'uranio è un elemento radioattivo. Ciò significa che sta cadendo a pezzi. Ci sono 92 protoni nel suo nucleo. Tutti sono carichi positivamente e cercano di allontanarsi l'uno dall'altro. Questo è simile a due magneti con la stessa polarità che si respingono. Quando gli atomi di uranio perdono i protoni diventano altri elementi. Quando sommi il peso del nuovo nucleo con quello dei protoni espulsi, il risultato è leggermente più leggero dell'atomo di uranio originale. La massa persa si trasforma in energia. Ecco perché gli elementi radioattivi rilasciano calore e luce. Questo si chiama fissione nucleare. L'energia creata può anche essere calcolata con la formula E = mc al quadrato.
Materia e antimateria
I protoni e gli elettroni che compongono l'universo sono cugini di "immagine speculare" chiamati antiprotoni e positroni; queste particelle hanno la stessa massa ma carica elettrica opposta. È interessante notare che quando una normale particella si scontra con il suo gemello di antimateria, si cancellano a vicenda, trasformando tutta la loro massa in energia. A causa di E = mc al quadrato, il rilascio di energia è enorme. Fortunatamente, il nostro universo ha pochissima antimateria, rendendo queste collisioni rare.
Storia
La teoria di Einsteins ha rivoluzionato il modo in cui gli esseri umani vedevano l'universo. Univa le nozioni di massa ed energia, che in precedenza si pensava fossero completamente separate. Einstein ha dimostrato che la massa può essere trasformata in energia e l'energia può diventare massa. Ora capiamo di più sul perché le stelle brillano, sulla natura dei buchi neri e sulla creazione dell'universo grazie a E = mc al quadrato. Il lato oscuro della formula è il suo uso nello sviluppo di armi nucleari. In effetti, fu lo stesso Einstein a sollecitare lo sviluppo della prima bomba atomica prima che i nemici in guerra in America potessero.