Albert Einstein e l’equazione al di sopra di tutte le equazioni – Lunga lettura di NRK Trøndelag

Pensa a un’equazione, qualsiasi equazione.

Se sei un matematico o un fisico, o sei semplicemente interessato alla scienza, hai molte equazioni tra cui scegliere. Forse ora stai pensando a una delle equazioni di Maxwell, forse la seconda grande teoria della termodinamica? È probabile che tu sia tornato da Pitagora?

Se non sei un matematico, un fisico o sei generalmente interessato alla scienza, ci sono buone probabilità che tu abbia pensato a E = mc². Allora la grande domanda è: Sai cosa ci dice l’equazione?

Se lo sai già, dovresti continuare a leggere per assicurarti che lo spieghi in modo soddisfacente. Se non lo sai, dovresti anche leggere: immagina quanto sarebbe imbarazzante se tutti in Norvegia, tranne te, leggessero l’intero articolo?

La formula preferita di Hollywood

Laddove il padre dell’equazione, Albert Einstein, divenne un simbolo di intelligenza, l’equazione stessa è diventata un simbolo culturale della scienza complessa. scrivi E = mc² Alla lavagna, o in un blocco note, c’è il modo più semplice e ovvio per dire che un personaggio sta facendo qualcosa di avanzato, qualcosa a cui la maggior parte delle persone non ha accesso.

Ma è E = mc² Davvero inaccessibile?

e = mk², o la legge dell’energia di massa, come viene anche chiamata, è una conseguenza della teoria della relatività ristretta. E va detto che la teoria della relatività, almeno la teoria generale, è relativamente inaccessibile al grande pubblico.

Ai professionisti della scienza su Twitter che si arrabbiano ogni volta che i giornalisti dipingono la matematica e la fisica come qualcosa di difficile e strano – mi dispiace tanto, ma la teoria della relatività è solo un po’ un problema per la maggior parte delle persone su cui avere una buona presa, cerchiamo di essere onesto.

Tuttavia, la legge del potere collettivo non è necessariamente così inverosimile come Hollywood la immagina. E se non capisci necessariamente tutte le implicazioni e i meccanismi (spoiler: probabilmente non lo farai Tutti effetti e meccanismi), non è difficile comprendere le caratteristiche principali della legge, e quindi comprendere meglio il funzionamento della natura.

In cosa si può trasformare l’energia?

Innanzitutto, dobbiamo guardare cosa significa ogni singola lettera nell’equazione.

E sta semplicemente per energia. In fisica, a differenza, per esempio, della fabbricazione dei cristalli, si opera con una forma di energia molto concreta… La capacità di eseguire il lavoro. Lo misuriamo, ad esempio, in joule, che è l’energia richiesta per la produzione Un watt in un secondo.

M sta per massa, che misuriamo in chilogrammi. Sfortunatamente, questo non significa che sia la stessa cosa che chiamiamo peso o pesantezza, sarebbe troppo semplice. Se ti trovi su una bilancia pesapersone sulla Terra, che è probabilmente l’unico pianeta su cui io sia mai salito su una bilancia pesapersone, mostra un numero. Ad esempio 80 chili.

Se ti trovi su una bilancia pesapersone sulla superficie della luna, mostrerà, invece, poco più di 13 chili. La tua massa non è cambiata, ma la forza di gravità sì. Quindi la massa è la quantità di materia, mentre il peso è la forza che il materiale esercita su un substrato. Detto questo, finché stai pesando qualcosa vicino alla superficie della Terra, cosa che sei disposto a fare, possiamo dire che la bilancia mostra la massa.

C è un po’ più semplice, è semplicemente la velocità della luce nello spazio vuoto. Circa 300.000 chilometri al secondo. I due alla fine significano che la velocità della luce deve essere moltiplicata per se stessa – La velocità della luce è aumentata in altri. Il che significa che finisci per averne troppi.

Bene, allora sappiamo che E = mc² può essere tradotto in L’energia è uguale alla massa moltiplicata per la velocità della luce al secondo. E cosa significa? Ciò significa che Ogni massa ha energia e ogni energia ha massa.

In altre parole: La materia può diventare energiae forse meno intuitivamente – L’energia può diventare materia.

fusione dura

Questa massa può essere convertita in energia che è qualcosa che utilizziamo costantemente, è esattamente il meccanismo che trasforma il sole in un riscaldatore.

I nuclei di idrogeno si combinano per formare l’elio. La massa di un nucleo di elio è inferiore alla massa combinata di un nucleo di idrogeno. Dov’è finita la massa in eccesso? È diventata energia che si irradia dal sole.

È così che si chiama fusione.

Abbiamo cercato, per un certo numero di anni, di imparare a utilizzare la fusione nel contesto della produzione di energia, ma non siamo ancora riusciti a decifrare il codice.

Di recente, i ricercatori sono stati in grado di farlo National Ignition Facility in California per ottenere più energia dalla fusione indotta dal laser di quanta ne immetti. Un passo importante sulla strada della fusione delle centrali elettriche, ma mancano ancora alcuni decenni.

Nelle centrali nucleari usiamo il meccanismo opposto, fissione nucleare. Il nucleo atomico si divide in due parti più piccole, ognuna delle quali ha una massa minore del nucleo di cui facevano parte. La massa rimanente diventa energia termica, che a sua volta possiamo convertire in elettricità.

Vuoi usare la tua conoscenza che la materia può essere convertita in energia per qualcosa di più devastante della generazione di energia? Quindi puoi, ad esempio, creare una bomba.

La bomba all’idrogeno funziona più o meno allo stesso modo del sole, cioè per fusione. Una bomba atomica è come una piccola centrale nucleare, dove la fissione provoca l’esplosione.

Meno massa = più energia

Una volta che siamo entrati in tema di bombe, è ora di parlarne rapporto quantitativo.

La bomba atomica esplosa a poco più di 500 metri sopra Hiroshima nell’agosto del 1945 conteneva 64 chilogrammi di uranio. Un minuscolo grammo di questo è stato convertito in energia.

Tuttavia, quel minuscolo grammo si è trasformato in energia sufficiente per distruggere istantaneamente una città e uccidere decine di migliaia di persone.

La legge massa-energia non dice che l’energia è uguale alla massa, ma piuttosto che l’energia è uguale alla massa moltiplicata per la velocità della luce elevata a un secondo. Può anche essere scritto nel seguente modo:

E = m volte 89.875.517.873.681.176

È difficile lavorare con numeri così grandi, ma il fatto che il numero sia così alto ci dice comunque qualcosa in chiaro:

Una piccola massa può trasformarsi in enormi quantità di energia e ci vogliono enormi quantità di energia per creare una piccola massa.

È questo pregiudizio che rende le bombe atomiche così efficaci. Questo pregiudizio significa anche che non vediamo molta energia convertita in massa.

Ma sarà completamente pieno.

Se calci un pallone, aggiungi energia al pallone. Quando la palla è in movimento, avrà una massa leggermente maggiore rispetto a quando era ferma.

Questo non è particolarmente intuitivo, e ancor meno quantificabile, ma devi semplicemente accettare che sia così.

Due facce della stessa storia

Siamo onesti: la Legge dell’Energia Collettiva ha implicazioni molto più complesse di quelle che abbiamo affrontato finora. Le equazioni che sono una conseguenza della teoria della relatività tendono ad avere proprio questo.

Ma se lo sei, la prossima volta che vedi E = mc² Sulla lavagna di una serie TV ora sto pensando “che dice qualcosa sulla massa e l’energia sono due facce della stessa cosa, questa massa può trasformarsi in energia, questa energia può trasformarsi in massa”, quindi è più soddisfacente del solo pensare “questo significa che il personaggio Quello che l’ha scritto sulla lavagna è molto intelligente”, il che è sempre una cosa.