La massa dell universo

[Apeiron]

Ascolta... alla fine ho avuto un po' di tempo e l'articolo non era lungo    ad ogni modo tra quello che dico io e quello che dice l'articolo non c'è davvero una grossa differenza nel modo di esprimersi. Anzi, anche lui pur utilizzando le unità di misura "naturali" è arrivato a dire che:
E^2=m^2+p^2 (c=1) ossia nelle unità di misura "giuste" è E^2=m^2*c^4+p^2*c^2 


Il mio intento era quello di tramurare l'equazione famosa di Einstein in una relazione dove si potesse evidenziare (sempre che sia giustificato in ogni caso) il rapporto tra l'energia e la massa con la quantità di moto. Questa "quantità" di moto doveva (nelle mie intenzioni) rappresentare una forza che sposta la particella dalla sua posizione di quiete.

La quantità di moto non è una forza. Bensì utilizzando l'idea del teorema di pitagora uno dei due cateti. Massa a riposo (m) e quantità di moto (p) sono due "componenti" dell'energia separate 


Ora non credo si debba pensare che il significato di  "essere in quiete" vuol dire che sta fermo/immobile. Magari e in moto rettilineo uniforme.
Qui c'è l'errore dell'identificazione della quantità di moto con una forza. In meccanica classica è vero che in assenza di forze si avrà una particella in moto rettilineo uniforme (d'altronde F=m*a, a accelerazione mentre p=m*v!!) 


Ma per spostare un corpo dalla sua posizione di quiete, devo impremergli energia. Questa energia va ad aumentare (credo in modo proporzionale e potenziale) la massa di quel corpo. Per cui più il corpo è veloce piu acquista massa.

Più il corpo è veloce più la sua quantità di moto aumenta. La massa è un invariante in ogni sistema di riferimento. Nella metafora del triangolo rettangolo. Variando il sistema di riferimento (o variando la velocità del corpo) vari l'ipotenusa (l'energia) e l'altro cateto (ossia la quantità di moto)!


Ora l'attenzione va sull'ultimo mio intervento. Per accelerare un corpo dotato di massa intrinseca fino a c ci vorrebbe una energia infinita.
Appunto.


Se avessimo a disposizione (ipotesi inverosimile) energia infinita, tutta la massa (suppongo anche quella intrinseca) andrebbe a favore della sua quantità di modo.

Aumenterebbero all'infinito energia e quantità di moto. La massa no!

Quindi la sua massa sarebbe contenuta tutta nell'energia e nella sua quantità di moto.
La sua energia sarebbbe contenuta nella sua massa e nella sua quantità di moto (come sempre  )


Per cui se m=0 dopo essere stata accelerata dal suo stato di quiete e avendo massa intrinseca vuol dire che ora deve avere energia infinita e velocità c. oppure non esiste (come presumo sia piu verosimile).

La massa non può variare    quindi abbiamo un fraintendimento (o errore, come preferisci) ossia del ritenere che la quantità di moto è una "forza" e un errore (massa che non rimane costante  )


Una cosa che però  non hai letto forse con attenzione è il fatto che io non ho voluto parlare di fotoni... i fotoni non hanno massa e la loro energia non è dovuta alla quantità di moto visto che vanno sempre alla velocità della luce. Quindi per i fotoni non dovrebbe valere quella formula. Per questo il fotone anche se va a c e non massa non vuol dire che abbia energia infinita visto che la sua energia dipende da un'altra proprietà.


Ok d'altronde E^2=m^2*c^4+p^2*c^2 (e se metti c=1 allora E^2=m^2+p^2) quindi ovviamente se m=0, rimane solo il termine del momento 




Volendo è possibile stabilire chi è completamente sprovveduto da chi qualche nozione ce l'ha. Poi comunque io evito di rispondere solo a chi ha fatto la domanda (forse per questo c'è stato il grande malinteso). Un'occhio bisogna avercelo anche verso chi potrebbe leggere dall'esterno. E all'esterno potrebbe esserci chiunque, lo sprovveduto ma anche il competente.
Per questo io (rispondo in ritardo) penso che bisogna procedere per argomenti specifici. La tua proposta, di fare una sommatoria di "curiosità scientifiche", non penso funzionerebbe. Ce ne sono una infinità...  Poi serve un competente che ha voglia di spiegare il minimo indispensabile o per mettere ordine. Quindi sei nel posto giusto ma il tuo scopo (mi permetto di di dartene uno) non deve essere solo quello di  insegnare... Io penso che la conoscenza sia anche un divertimento. Quindi perchè no...anche inserire qualche conoscenza dove sembra mancare diventa  un divertimento. Il mio scopo invece non è solo trovare conoscenza, altrimenti non mi chiamerei il dubbio. Io mi infilo dove la conoscenza ancora non c'è. Credo sia un divertimento quasi pari all'ottenerne una   


Sì ovviamente non volevo darmi un obbiettivo troppo ristretto    la tua prospettiva è molto interessante comunque. Non darmi contro se non parlo di ipotesi cosmologiche. Ma solo questo:
L'energia non è un invariante relativistico    la massa sì    Ma Essere Immortale chiedeva lumi sulla quantità di energia dell'universo. Il problema è che è un concetto problematico ancora prima di tirare fuori l'espansione dell'universo. D'altronde a differenza di ogni altra scienza la cosmologia ha un laboratorio alquanto particolare: l'universo    Quindi una domanda che, potremmo chiamare "Il Dubbio" ( ) è: ha senso parlare delle grandezze fisiche totali dell'Universo? 

[Il_Dubbio]

Qui c'è l'errore dell'identificazione della quantità di moto con una forza.  [/i]

Sicuramente mi sono espresso male. Ho visto che il tuo intervento si concentra specificatamente su questo fraintendimento, quindi tento di darti una risposta su questo.

Un corpo è fermo! Per cambiare il suo stato devo imprimergli una forza. Come faccio se no a cambiargli il suo stato di quiete?
Una palla è ferma fino a che qualcuno non gli da un calcio. Se la forza del calcio è potente la palla schizzerà piu veloce. La quantità di moto della palla infatti deve pur dipendere da qualcosa. Magari non chiamiamola forza, chiamiamola energia cinetica di una corpo di massa m.
La mia idea (scritta magari male) però era quella di far notare come il corpo "assorbe" energia nel momento in cui la sua quantità di moto aumenta. Aumentando l'energia aumenta anche la sua massa (potenziale). Infatti ho detto che negli acceleratori di particelle, lo dice la parola stessa, vengono fatte accelerare le particelle e poi fatte scontrare. Nello scontro salteranno fuori altre particelle la cui somma sarà pari alla somma di tutte le energie delle particelle accelerate, quindi enormemente piu grande delle energie iniziali (ovvero prima di essere "spinte" verso l'accelerazione). Per cui potrebbero uscir fuori particelle molto piu massive di quelle fatte scontrare.

[Apeiron]

Qui c'è l'errore dell'identificazione della quantità di moto con una forza. [/i]

Sicuramente mi sono espresso male. Ho visto che il tuo intervento si concentra specificatamente su questo fraintendimento, quindi tento di darti una risposta su questo. Un corpo è fermo! Per cambiare il suo stato devo imprimergli una forza. Come faccio se no a cambiargli il suo stato di quiete? Una palla è ferma fino a che qualcuno non gli da un calcio. Se la forza del calcio è potente la palla schizzerà piu veloce. La quantità di moto della palla infatti deve pur dipendere da qualcosa. Magari non chiamiamola forza, chiamiamola energia cinetica di una corpo di massa m. La mia idea (scritta magari male) però era quella di far notare come il corpo "assorbe" energia nel momento in cui la sua quantità di moto aumenta. Aumentando l'energia aumenta anche la sua massa (potenziale). Infatti ho detto che negli acceleratori di particelle, lo dice la parola stessa, vengono fatte accelerare le particelle e poi fatte scontrare. Nello scontro salteranno fuori altre particelle la cui somma sarà pari alla somma di tutte le energie delle particelle accelerate, quindi enormemente piu grande delle energie iniziali (ovvero prima di essere "spinte" verso l'accelerazione). Per cui potrebbero uscir fuori particelle molto piu massive di quelle fatte scontrare.

Ok corretto! Per certi versi ad ogni valore di energia corrisponde uno "potenziale" di massa. Ma a causa del fatto che le particelle elementari (quelle che finora riteniamo tali  ) hanno un ben definito valore di massa, anche i valori di "energia" necessari a "creare" massa sono anch'essi ben definiti.

[Essere Immortale]

Dunque ho passato l'ultima settimana a ragionare e mi sono accorto che non solo le cose si fanno sempre più complicate ma in realtà IO nemmeno avevo capito la mia stessa domanda!

Abbiate pazienza se sono un po indietro rispetto a voi e per ciò facciamo qualche passo indietro e chiariamo tutto....ps: mi sono accorto quanti campi della fisica stanno per entrare in gioco.....

Dunque, in fisica classica si parla di massa (o massa a a riposo) come proprietà intrinseca nel corpo..Se prendiamo in esame la formula m=F/a si ha che senza forze applicate o accelerazioni la massa sarà uguale a zero. Nel nostro universo, anche andando nel vuoto si avranno forze dovute ai campi. Ergo la massa a riposo è un caso puramente ideale (o meglio l 'unica massa a riposo è l universo stesso).
Esiste percio solo il peso di un oggetto che si relaziona con un altro....

Con Einstein ci si accorge che la massa è in stretta relazione con l energia (E =mc^2). Se un corpo è in presenza di una fonte massiccia accellera....ma anche viceversa, se un corpo li si fornisce energia in senso lato aumenta la sua massa (a livello macroscopico  le energie impresse sono troppo basse e distribuite su superfici troppo vaste per accorgersene )......[ qui non mi è chiaro perché la massa aumenti se il corpo viene accellerato]

Qua viene introdotto il concetto di fotone, analizziamolo da queste semplici formule  (spero valgano anche per velocità relativistica )

P=m*V ----> la massa è 0 e la velocità c ma il prodotto sarà sempre zero perciò non ha senso parlare di quantità di moto di un fotone 

F=m*a ----> il fotone non ha ne massa ne accelerazione per cio non è soggetto a forze 

E= 1/2 *m*V^2 -----> la massa è zero quindi il fotone non ha energia cinetica ne si muove!!!

Quindi il fotone è un ENTITÀ FERMA IMMOBILE. Come una coperta, da brivido ....il fotone non ha velocità...l unica energia del fotone è quella irradiata sotto forma di calore ogni volta che questo cade in una fonte gravitazionale.....
(Ma non è questo il punto dove volevo arrivare)

Torniamo alla cosmologia

Si sa che l universo ha passato molte fasi di vita...ecco la prima è stata quella della radiazione dove quindi la massa era nulla  (penso); esistevano solo fotoni non emessi.....ma qualcosa è successo e la massa si è creata.....[ma come?? qui interviene Einstein??] Ora la massa domina (tralasciando energia oscura) l universo , ma che fine può fare la massa dell universo ?? 

So che si potrebbe parlare anche di buchi neri e radiazione di Hawking e riemissione dei fotoni da questo corpi celesti e di riconversione della massa in fotoni.....eccc..ma qui si fa troppo complicato e io ne so davvero poco quindi andiamo per gradi e ditemi se ho detto cavolate.....

Ps: lo so ho mischiato molte cose solo che non ho ben chiaro nemmeno e dove voglio partire e dove voglio arrivare....

Apeiron non ho bene capito(per voglia e paura dei numeri ahaha) la tua dimostrazione matematica e nemmeno il concetto di quadrimomento.....
Ringrazio entrambi

[Il_Dubbio]

Dunque, in fisica classica si parla di massa (o massa a a riposo) come proprietà intrinseca nel corpo..Se prendiamo in esame la formula m=F/a si ha che senza forze applicate o accelerazioni la massa sarà uguale a zero. Nel nostro universo, anche andando nel vuoto si avranno forze dovute ai campi. Ergo la massa a riposo è un caso puramente ideale (o meglio l 'unica massa a riposo è l universo stesso).

Magari Aperion risponderà con maggiore precisione alle numerose domande che ti poni.
Io vorrei aggiungere solo una considerazione. Abbiamo da poco compreso (compreso per modo di dire, e spiegherò il motivo del perchè la comprensione è  "per modo di dire") perche  le particelle hanno una massa. Infatti è stato scoperto da poco l'esistenza del bosone di Higgs il quale testimonia che il meccanismo di Higgs è giusto (faccio notare che la cosa piu importante è il meccanismo, il bosone è solo l'accidente).
Il meccanismo di Higgs infatti stabilisce il motivo per cui le particelle hanno una massa. Fin qui penso sia tutto chiaro. La cosa davvero difficile (o quasi impossibile se uno non è un tecnico matematico) da capire è cosa dica tale meccanismo. L'equazione (se si può parlare di equazione) è pari ad un lenzuolo.
L'altra considerazione da fare, che è davvero curiosa ed è pari alla considerazione sul "lenzuolo", è che tale meccanismo anche se stabilisce perchè i corpi hanno una massa (e dobbiamo crederlo sulla parola, altrimenti dovremmo per forza studiare tutti matematica di livello superiore al °livello massimo °è una battuta) non spiega perche i corpi hanno masse (intrinseche) diverse. Non credo quindi (è una supposizione) che si possa risalire quindi al motivo per cui i fotoni non hanno massa e gli elettroni un po' si e i neutrini molto meno degli elettroni. Per cui sembra esserci ancora molto da scoprire e da capire sul funzionamento  dell'universo.
Quindi la risposta alla tua domanda forse va cercata in quel meccanismo (se uno lo sa leggere). I corpi hanno massa e c'è un meccanismo che lo spiega.

Se io fossi un elettrone a riposo avrei una massa intrinseca? Questa domanda la girerei ad Aperion (che forse il "lenzuolo" se lo sarà letto). Io credo di si, non solo perchè un elettrone (ed io stesso) a riposo è difficile immaginarselo, ma perche altrimenti non lo chiameremmo piu elettrone. Almeno credo...

[Apeiron]

Cari curiosi amici  ,
l'argomento è estremamente complesso e per rispondere in modo chiaro serve molto impegno e molta abilità nello spiegare che magari non ho ancora sviluppato. Vorrei però inziare nel dire che c'è una differenza qualitativa tra le particelle massive e massless.
Nel caso delle particelle massive, si ha una massa "a riposo" o intrinseca (quindi sì Il_Dubbio se fossi un elettrone a riposo avresti la stessa massa intriseca che hai quando sei accelerato  ) la quantità di moto, in relatività ristretta è data da:
p=m*v*gamma, dove "gamma" è un fattore che è uguale ad uno per velocità nulla, mentre tende all'infinito per velocità tendenti alla velocità della luce, c.
Per quanto riguarda l'energia consiglio nuovamente di pensare a questa formula:
E^2=m^2*c^4 +p^2*c^2 dove ho scritto che l'energia al quadrato è uguale alla somma tra la massa alla quarta moltiplicata ad un fattore c elevato alla quarta e il prodotto tra la quantità di moto (p=m*v*gamma) al quadrato moltipilicata per un fattore c elevato alla seconda.

Quando la massa intrinseca è zero come nel caso dei fotoni (e dei gluoni in realtà), avviene un salto qualitativo.
la formula di p darebbe sempre un risultato uguale a zero. Tuttavia questo è errato. I fotoni si muovono sempre a velocità pari a c e quindi non è possibile definire per loro nemmeno un fattore gamma (e tra l'altro non è possibile definire un sistema di riferimento in cui loro sono in quiete). Quindi la formula dell'energia diventa: E^2=p^*c^2, quindi i fotoni "trasortano" solo energia e quantità di moto a velocità c.

Spero che questo sia chiaro    sul resto delle domande abbiate pazienza, intato vorrei che fosse chiaro questo. Consiglio però questo forum: https://www.matematicamente.it/forum/fisica-fisica-matematica-fisica-applicata-astronomia-f19.html

[Essere Immortale]

Non mi torna ancora del perché la massa intrinseca esiste...da come ho capito comunque ogni corpo è SEMPRE soggetto a forze quindi massa a riposo = energia nulla, quindi qualcosa che non esiste...

Poi non capisco ancora come il fotone viaggia a velocita c pur avendo quantità di moto nulla. So che l hai spiegato ma mi sfugge qualcosa 

[Apeiron]

La massa intrinseca esiste come semplice assioma in relatività ristretta. In teoria quantistica di campo invece è spiegata con l'interazione col campo di Higgs. Diciamo che è la massa che misuri quanto la quantità di moto è nulla (ossia per particelle massive quando la loro velocità è zero). Puoi pensarla così: è la minima quantità di energia che una particella possiede per il solo fatto di esistere (via E=m*c^2).
Per fare un'analogia un po' scema (spero che non porti fuori strada  ): pensa ad una particella come ad un cassetto. Quando il cassetto è vuoto avrà la sua massa (la cosiddetta "tara") che è la sua massa intrinseca legata alla sua "energia minima". Se cominci a riempirlo allora il cassetto si fa più pesante ma non perchè la sua massa è aumentata bensì perchè ci hai messo "qualcosa in più". Ecco la massa a riposo se vuoi in questa analogia è la "tara" mentre quando la particella si muove è come aggiungere "roba in più".  

Riguardo alla tua seconda domanda... La giustificazione in realtà deriva da quel quadrimomento che avevo introdotto. Tuttavia evito di parlarne. L'unica cosa che credo sia importante ricordarsi è questa: la quantità di moto per particella a massa nulla non dipende ovviamente dalla massa ma è proporzionale all'energia (nell'analogia del cassetto di prima il fotone trasporta solo "roba", se togli la roba non rimani con un cassetto vuoto bensì con niente  ). Per certi versi puoi pensarlo come "puro movimento" in cui energia e quantità di moto sono legate da E=p*c!

Per capire un po' meglio la questione prova a pensarla così. Nel caso di particelle massive p=m*v*gamma. Quando v tende a c, gamma tende all'infinito. Ora se m è circa uguale a zero, l'unico modo per trovare un risultato che non sia praticamente nullo per p è far tendere v a c, ottenendo un prodotto tra una cosa che è quasi nulla (m) e una cosa che è grandissima (gamma). Intuitivamente per avere un quantità di moto p diversa da zero quando m tende a zero, gamma deve tendere all'infinito (ossia v è circa uguale a c). Il problema di questo ragionamento è che il caso limite è un prodotto zero*infinito che è indeterminato (ossia maldefinito). Per questo motivo dicevo che c'è una differenza qualitativa. Ergo mentre le particelle massive sono come dei contenitori che hanno una massa anche quando togli tutta la "roba che contengono", questo non può funzionare per le particelle senza massa, esse per così dire sono "puro movimento".