Principio di conservazione

PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLA MATERIA E DELL’ENERGIA

In fisica esistono numerose leggi che riguardano la conservazione della materia (massa) e dell’energia: conservazione della materia, dell’energia meccanica, della quantità di moto, del momento angolare, ecc.. Nello svolgimento di un fenomeno fisico, mentre le grandezze in gioco cambiano continuamente nel tempo, c’è una grandezza che rimane sempre costante, dall’inizio alla fine del fenomeno. Ad esempio, l’energia meccanica ( cinetica + potenziale ) dissipata dalle forze di attrito non scompare nel nulla ma si ritrova trasformata in energia interna dei corpi tra cui si svolge l’attrito, sotto forma di aumento dell’energia cinetica delle molecole (aumento della temperatura). Quando fermiamo la nostra vettura dalla velocità 50 km. orari a zero, la somma dell’energia cinetica e potenziale della vettura e dell’aumento dell’energia interna dei corpi in attrito (freni, pneumatici, asfalto stradale e aria) resta costante in ogni istante.

Ma le leggi di conservazione, costantemente verificate a livello macroscopico nello studio dei fenomeni, valgono e vengono verificate anche a livello subatomico e nucleare, ossia in ambiti fisici dove la meccanica di Newton e Galileo non è più valida.

Il complesso delle leggi fisiche di conservazione hanno evidentemente un significato più generale, da cui risulta un fondamento (assioma) della fisica, costantemente dimostrato da tutti gli esperimenti, un vero e proprio principio universale, in base al quale “in natura nulla si crea e nulla si distrugge ma tutto si trasforma”.

Sulla base delle moderne conoscenze scientifiche si può asserire che se si potesse misurare la quantità di Joule esistenti nell’Universo al momento del Big Bang (13,7 miliardi di anni fa) si potrebbe dimostrare che è identica a quella esistente attualmente e anche a quella che esisterà in un lontano futuro.

Coerente con il principio di conservazione è la moderna teoria dell’Universo oscillante o pulsante (Big Bounce), in base al quale l’Universo attuale non sarebbe altro che l’ennesimo Universo di una sequenza infinita di Big Bang e Big Crunch. Questa teoria prende concettualmente il posto della teoria classica del Big Bang, con esclusione della singolarità iniziale puntiforme sorta dal nulla e dotata di energia infinita, che è un’idea inconsistente e del tutto inverosimile sulla base di tutte le leggi fisiche note. In questo contesto assume grande rilievo l’osservazione scientifica della inesistenza del vuoto: nello spazio il vuoto non esiste (c’è sempre perlomeno una quantità minima di energia, denominata energia di punto zero), il che implica, per il principio di conservazione, che non è mai esistito.

Quindi, considerando insieme il principio di conservazione e la inesistenza del vuoto, si evince che la quantità di materia e di energia esistenti attualmente sono sempre esistiti. Nell’ipotesi di un Universo spazialmente infinito (composto da un numero infinito di bolle-universo) anche la quantità di energia-materia non può che essere infinita.

CENNI STORICI SUL PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE

I punti cardine del principio di conservazione si possono così riassumere: nel 1772 Antoine Lavoisier dimostrò sperimentalmente che la materia non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata. Nel 1850 Michael Faraday scoprì, analogamente, che lo stesso principio valeva anche per l’energia. Tuttavia, fino ai primi anni del novecento, tutti pensavano che la materia e l’energia fossero due mondi assolutamente separati e senza alcun punto di contatto; questo fino al 1905, quando un giovane fisico tedesco, Albert Einstein, scoprì, con la celeberrima equazione E = mc², che l’energia e la massa (materia) sono i due aspetti che può assumere la realtà fisica, essendo, in effetti, la materia una forma di energia.

Quindi, il principio in esame divenne quello della conservazione della massa-energia: ciò che resta sempre costante sul nostro piccolo pianeta e nell'Universo è la somma di massa ed energia, e l’una si trasforma continuamente nell’altra e viceversa. A livello macroscopico il caso classico è l’energia solare (trasformazione della materia in energia); a livello subatomico (fisica quantistica) l’urto di fotoni genera continuamente coppia di particelle e antiparticelle, come pure l’urto di tali coppie genera fotoni (come si verifica costantemente negli acceleratori). Non si tratta di speculazioni filosofiche, ma di fenomeni fisici reali provati sperimentalmente con un elevatissimo grado di accuratezza.

IMPLICAZIONI FILOSOFICHE E RELIGIOSE

Il principio di conservazione della materia e dell’energia (dopo Einstein della massa-energia) ha rilevanti implicazioni sotto l’aspetto filosofico e religioso. Il dato di fatto che nulla può essere creato e nulla può essere distrutto (nel senso dell’annullamento-disintegrazione) implica che non c’è stata alcuna creazione perché la quantità di energia esistente attualmente è esattamente uguale a quella che esisteva nei tempi più remoti. Quindi l’Universo risulta del tutto autosufficiente: un eterno divenire della realtà fisica (energia-materia) che non ha mai avuto origine e non avrà mai fine.

Per Giordano Bruno un Universo infinito (nello spazio e nel tempo) composto da mondi innumerabili che mutano incessantemente. Secondo Ludwig Feuerbach non è Dio che ha creato l’uomo, ma l’uomo che ha creato Dio, per dare una risposta a questioni che in passato non poteva comprendere.

La teoria dell’Universo ciclico ed eterno è conforme ad alcune religioni orientali (buddhismo e taoismo), mentre si pone in contrasto con le tre grandi religioni monoteistiche (ebraica, cristiana e islamica) poiché queste presuppongono un atto di creazione dal nulla.