Velocità e massa

Einstein dice che applicata una forza continua a un corpo, esso, in prossimità della velocità della luce, aumenta la propria massa. Ma come avviene questo aumento di massa? Se la massa è la quantità di materia come fanno a materializzarsi nuove particelle e nuova materia?

Michele Mastropietro
9 marzo 2005
Innanzitutto rassicuro il lettore che l'aumento di massa in questione non ha niente a che vedere con fenomeni quali il materializzarsi di nuove particelle e nuova materia e quindi con un cambiamento per così dire strutturale del corpo che è in movimento.

Come fa allora la massa ad aumentare se non aumenta in corrispondenza la quantità di materia che solitamente a scuola viene data quale definizione di massa stessa? Per capire questo apparente paradosso, bisogna tornare al concetto di massa e di forza. Anziché usare la nota F = ma di newtoniana memoria, consideriamo l'azione della forza quale causa di un cambiamento di una quantità tipica di un corpo in movimento, chiamata per l'appunto quantità di moto. Tale quantità nella fisica classica newtoniana è data dal prodotto della massa per la velocità del corpo, p = mv.

Nel caso relativistico, la precedente espressione della quantità di moto viene a essere modificata nel modo seguente: mv viene diviso per una quantità, che chiameremo β, che è vicina a 1 quando v è molto minore rispetto alla velocità della luce c, mentre si avvicina (tende) a zero quando v si avvicina a c.

Se vogliamo ancora identificare la quantità di moto quale prodotto di una massa per velocità, possiamo allora definire una nuova massa che varia con la velocità, vale a dire dividere la precedente m per la quantità β suddetta. Quando v si avvicina a c, β tende a zero e quindi il prodotto m per l'inverso di β diventa sempre più grande tendendo a un valore infinito (questo spiega perché non riusciamo ad accelerare un oggetto di massa m diversa da zero sino a portarlo alla velocità c o addirittura a una velocità maggiore di c, appunto perché quando v tende a c l'energia necessaria per accrescere la sua quantità di moto tende all'infinito).

Si noti che l'oggetto che è in movimento non nota nessun cambiamento nello stato della sua quantità di materia anche quando viaggia a velocità molto elevate, vicine a quella della luce.

La nostra espressione di osservatori fermi nel laboratorio che vedono questo oggetto muoversi ad alta velocità è la seguente: la sua massa è aumentata, ma questa è una semplice espressione della dipendenza della sua quantità di moto dal rapporto tra v e c, effetto dovuto alle correzioni relativistiche apportate alla trasformazione da un sistema di riferimento a un altro rispetto alla trattazione classica newtoniana.

Antonio Masiero Settore di Teoria delle Particelle Elementari, SISSA, Trieste

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