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L’energia… secondo Richard Feynman

Un Professore di Fisica dell’Università di Pisa, nonché caro amico, mi ha consigliato una simpatica lettura sulla conservazione dell’energia. Si tratta di un capitolo del libro “Sei pezzi facili“, di Richard P. Feynman. Ne riporto un estratto.

Che cos’è l’energia?

Tutti i fenomeni naturali a tutt’oggi conosciuti sono governati da una certa legge, della quale non si conoscono eccezioni: è una legge esatta, per quanto ne sappiamo. Si chiama conservazione dell’energia, e afferma l’esistenza di una certa quantità, chiamata energia, che non cambia mai attraverso i molteplici mutamenti della natura. E’ un’idea piuttosto astratta, perché è un principio matematico: dice che esiste una quantità numerica che non cambia qualsiasi cosa succeda. Non è la descrizione di un meccanismo, non è niente di concreto; dice semplicemente che se calcoliamo un certo numero, lasciamo che la natura faccia il suo corso e poi lo calcoliamo di nuovo, otteniamo lo stesso risultato. […]  Trattandosi di un’idea astratta, ne illustreremo il significato mediante un’analogia.

Immaginate che un bambino, il solito Pierino, abbia dei blocchi per le costruzioni, cubi assolutamente indistruttibili e indivisibili, tutti uguali. Supponiamo ne abbia ventotto. Sua madre li ripone in una stanza alla mattina; alla sera, curiosa, li conta e scopre una legge fenomenale: qualunque cosa Pierino abbia fatto con i blocchi, ce ne sono ancora ventotto!
Questo si ripete per un certo numero di giorni, finché un bel giorno la mamma ne trova solo ventisette; fa una piccola ricerca, e ne scova uno sotto il tappeto: bisogna cercare ovunque per assicurarsi che il numero sia sempre quello. Una sera, tuttavia, il numero sembra cambiato davvero: ce ne sono solo ventisei. Un’accurata indagine rivela che la finestra era aperta, e guardando nel giardino si scoprono i due blocchi mancanti. Un altro giorno ce ne sono trenta! Questo provoca un notevole sconcerto, finché non si scopre che l’amico Gianni era venuto a far visita a Pierino portando con sé le sue costruzioni, e ha dimenticato qualche pezzo nella stanza. La mamma getta via i blocchi in più, chiude la finestra, non lascia più venire Gianni a giocare, e così per un certo tempo tutto funziona, finché una sera ne trova solo venticinque. Però nella stanza c’è uno scatolone per i giocattoli; la mamma fa per aprirlo ma il bambino comincia a strillare: «Non aprire la mia scatola!». Così la mamma non può controllare cosa c’è dentro, ma, essendo molto curiosa ed anche ingegnosa, si fa venire in mente un piano. Pesa la scatola dei giochi una sera in cui vede tutti e ventotto i cubi, e scopre che, vuota, pesa circa 500 grammi. Sapendo che ogni cubo per le costruzioni pesa circa un etto, la prossima volta, per controllare se ci sono dentro dei cubi e scoprire quanti ce ne sono, dovrà togliere dal peso P della scatola piena i 500 grammi, e dividere per 100. In questo modo scopre quanto segue:

Numero cubi visibili + (P – 500 g) / 100 g = costante

[…] Via via che aumenta la complessità del suo ambiente, la donna scopre un’intera serie di termini,  che rappresentano modi di calcolare quanti cubi ci sono in posti in cui non può guardare. Il risultato è una formula complessa, una quantità da calcolare che rimane sempre la stessa in ogni situazione.

Cosa c’entra tutto questo con la conservazione dell’energia? L’aspetto più notevole che emerge da questo esempio è che i blocchi per le costruzioni non c’entrano per niente. Se togliamo il primo termine della somma nella formula, ci ritroviamo a calcolare cose più o meno astratte.

L’analogia si manifesta nei seguenti punti.

Prima di tutto, nel calcolo bisogna tener conto dell’energia che esce dal sistema e di quella che viene introdotta. Per verificare la conservazione dell’energia dobbiamo assicurarci di non averne né aggiunta né tolta.

In secondo luogo, l’energia si presenta in svariate forme, analoghe ai blocchi sotto il tappeto, nella scatola e così via: gravitazionale, cinetica, termica, elastica, elettrica, chimica, radiante, nucleare, di massa: ognuna ha un’espressione diversa. Sommando tutte le espressioni per ognuno di questi contributi, l’energia non cambierà, se non per quella che entra o esce.

E’ importante rendersi conto del fatto che al momento, in fisica, non sappiamo che cos’è l’energia. Non abbiamo un modello in cui l’energia è quantizzata in «blocchi» di dimensione definita. Non è così. Tuttavia, ci sono espressioni per calcolare certe quantità numeriche e quando le sommiamo tutte insieme il risultato è sempre 28, sempre lo stesso numero. Si tratta di un’astrazione, e non di una spiegazione del meccanismo, o del perché le espressioni siano proprio quelle.
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Chi era Richard Feynman? Premio Nobel per la fisica nel 1965 con un senso dell’umorismo fuori dal comune e un carattere eccentrico e originale, non era esattamente il tipo di scienziato che ci si aspetterebbe. Amava definirsi “Nobelist Physicist, teacher, storyteller, bongo player“, ovvero Fisico premio Nobel, insegnante, cantastorie, suonatore di bongo.
Un divulgatore scientifico capace di spiegare a tutti le teorie più incomprensibili senza perdere di rigore. Ma anche un suonatore di bongos che gira con un furgone e si veste con lo stile vagamente western degli americani del sud.
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