La legge della conservazione della massa - Todd Ramsey

Guarda la lezione integrale: http://ed.ted.com/lessons/the-law-of-conservation-of-mass-todd-ramsey

Tutto nel nostro universo possiede una massa, dai più piccoli atomi alle stelle stelle più grandi. Ma la quantità di massa è rimasta costante durante l'esistenza, anche durante la nascita e la morte di stelle, pianeti e voi. Come può l'universo espandersi, conservando la sua massa? Todd Ramsey risponde a questa domanda esaminando la legge della conservazione della massa.

Lezione di Todd Ramsey, animazione di Vegso/Banyai.

Da dove vengono tutte queste cose?

Questa roccia?

Quella mucca?

Il vostro cuore?

Non le cose in sé, intendiamoci,
ma ciò di cui sono fatte:

gli atomi che sono
la struttura di tutto.

Per rispondere, ci rivolgiamo
alla legge della conservazione della massa

Questa legge dice:
prendiamo un sistema isolato

racchiuso in confini che materia
ed energia non possono attraversare.

Nel sistema, la massa,
ovvero materia ed energia,

non può essere né creata
né distrutta.

L'universo, per quello
che ne sappiamo,

è un sistema isolato.

Ma prima di parlare di questo,
osserviamone uno più piccolo e semplice.

Qui abbiamo 6 atomi di carbonio;
12 atomi di idrogeno,

e 18 atomi di ossigeno.

Con un po' di energia, queste molecole
possono iniziare a muoversi.

Questi atomi possono unirsi
per formare molecole ben note.

Questa è l'acqua,

e questa è l'anidride carbonica.

Non possiamo creare o distruggere
la massa.

Dobbiamo tenerci ciò che abbiamo,
quindi cosa possiamo fare?

Ah, agiscono di proprio conto.

Vediamo. Hanno formato più
anidride carbonica e acqua, sei di ognuna.

Aggiungiamo un po' di energia e possiamo
farli assemblare in uno zucchero semplice,

e un po' di ossigeno a gassoso.

Gli atomi ci sono tutti: 6 di carbonio,
12 di idrogeno e 18 di ossigeno.

L'energia applicata è ora immagazzinata
nei legami che uniscono gli atomi.

Possiamo rilasciare quell'energia

rompendo quello zucchero
in acqua e anidride carbonica,

e abbiamo ancora gli stessi atomi.

Mettiamo da parte alcuni atomi
e proviamo qualcosa di più esplosivo.

Questo è il metano, di solito associato
con la flatulenza delle mucche,

ma usato anche
come combustibile per razzi.

Se aggiungiamo dell'ossigeno
e un po' di energia,

per esempio con un fiammifero acceso,

brucia in anidride carbonica,
acqua e ancora più energia.

Notate che il metano partiva
da quattro atomi di idrogeno,

e ora abbiamo ancora 4 atomi di idrogeno
intrappolati in due molecole di acqua.

Come gran finale, questo è il propano,
un altro gas combustibile.

Aggiungiamo ossigeno,
lo accendiamo e boom.

Ancora più acqua e anidride carbonica.

Questa volta otteniamo 3 CO2

perché la molecola di propano
partiva da tre atomi di carbonio,

e non sanno dove altro andare.

Ci sono molte altre reazioni

che possiamo mostrare
con questi pochi atomi,

e la legge della conservazione della massa
risulta sempre verificata.

Qualsiasi materia ed energia
che entrano in una reazione chimica

sono presenti e contate
quando è completata.

Quindi se la massa non può
essere creata o distrutta,

da dove derivano questi atomi
originariamente?

Portiamo indietro l'orologio e vediamo.

Di più, di più, di più, troppo.

Ok, ecco qui.

Il Big Bang.

L'idrogeno si è formato da un brodo
di particelle altamente energetiche

nei tre minuti che seguirono
la nascita dell'universo.

Ad un certo punto, ammassi di atomi
si accumularono a formare le stelle.

Nelle stelle, le reazioni nucleari
fusero elementi leggeri,

come idrogeno ed elio,

per formare elementi più pesanti,
come carbonio e ossigeno.

A prima vista, queste reazioni
sembrano violare la legge

perché rilasciano
una sorprendente quantità di energia,

che apparentemente
salta fuori dal nulla.

In ogni caso, grazie alla famosa
equazione di Einstein,

sappiamo che l'energia
è equivalente alla massa.

Viene fuori che la massa totale
degli atomi iniziali

è leggermente maggiore
della massa dei prodotti,

e che la perdita di massa corrisponde
perfettamente all'aumento di energia

che viene emessa dalle stelle sotto forma
di luce, calore e particelle energetiche.

Ad un certo punto, quella stella
divenne una supernova

e sparse i suoi elementi
nello spazio.

Per farla breve, si sono ritrovati
e hanno trovato atomi di altre supernove,

hanno dato vita alla Terra,

e 4,6 miliardi di anni dopo

sono stati raccolti
per svolgere il loro ruolo

nel nostro piccolo sistema isolato.

Ma questi non sono interessanti
quanto gli atomi uniti per formare voi,

o quella mucca,

o questa roccia.

E questo è perché,
come notoriamente disse Carl Sagan,

"Siamo tutti polvere di stelle".