Page 176 - Fisica per non fisici

L’esempio che forse viene subito in mente è quello fornito dal Primo principio
della termodinamica, secondo il quale l’energia può manifestarsi come lavoro
meccanico oppure come calore.
Il calore è una forma di energia molto importante, se non altro perché regola i

processi che sono alla base dei fenomeni biologici; ed è del calore che abbiamo
bisogno d’inverno per non morire di freddo.
Tuttavia, per i più diversi scopi pratici, è il lavoro meccanico a essere
importante: è ciò che occorre per sollevare un peso e quindi per edificare una casa;

oppure per piegare una lamiera e costruire la carrozzeria di un’automobile, e così
via.
Ebbene, il Primo principio della termodinamica asserisce che il calore e il lavoro
meccanico possano essere trasformati l’uno nell’altro e viceversa. Per esempio,

utilizzando il lavoro meccanico possiamo scaldare un oggetto per attrito, come
facciamo quando con la nostra forza muscolare sfreghiamo le mani in una giornata
gelida per riscaldarle un poco.
Viceversa, possiamo trasformare il calore in lavoro meccanico, come avviene in
una locomotiva a vapore: il calore prelevato dalla caldaia si trasforma nell’energia

meccanica necessaria a far girare le ruote della locomotiva.
Calore e lavoro meccanico sono dunque assolutamente equivalenti; sono
semplicemente due forme diverse sotto le quali si manifesta un’unica grandezza

fisica: l’energia.

A questo punto siamo pronti ad accettare un’altra importante equivalenza che, a tutta
prima, non ci saremmo aspettati: precisamente quella tra l’energia stessa e la massa,
secondo l’equazione di Einstein.

Per dimostrare questa equivalenza ricorreremo a un argomento molto semplice
dovuto proprio ad Albert Einstein, che ha immaginato un esperimento «ideale»

attraverso il quale si può stabilire la sua validità. Per esperimento ideale si intende
un esperimento che non è possibile eseguire in pratica, almeno con le tecnologie
delle quali eventualmente si dispone; ma che è eseguibile in linea di principio. Altri
esperimenti, stavolta veramente eseguibili, permetteranno la conferma del risultato
previsto dall’esperimento ideale: quindi, pensare a un esperimento di tal genere non

è un inganno; piuttosto esso permette, in questo come in altri casi, di farsi idee molto
precise su come devono andare le cose nella Natura.

Prima di passare alla descrizione di questo immaginario esperimento, ricordiamoci
intanto che un raggio luminoso trasporta una certa quantità di moto che si manifesta
sotto forma di pressione di radiazione; e ricordiamoci anche che un raggio luminoso
trasporta una certa quantità di energia.
Ebbene la fisica, con le equazioni di Maxwell, mostra che c’è una relazione tra