Relatività ristretta: Flash, Ammiraglio Kizaru e pugni di massa infinita. La fisica delle velocità pseudo-luminali

Albert Einstein, quantità di moto relativistica e tante altre bizzarrie, cosa c’è di fisicamente possibile dietro i fumetti.

Supereroi superveloci, Supercattivi superveloci, ormai molti personaggi delle avventure stampante, dai comics book ai manga, hanno ricevuto il dono della super velocità. Ma quanto c’è di vero o quanto meno fisicamente possibile dietro le loro avventure? State per scoprirlo.

Ispirato da “La Fisica dei Supereroi” di James Kakalios.

LA FINE DI UN MITO, LA NASCITA DI UN ALTRO

Prima di addentrarci nel fantastico mondo dei fumetti, è bene fare una brevissima introduzione storia e fisica alla relatività.

Essa non nasce dal nulla, già da tempo ‘nell’aria’ c’era qualcosa che non tornava nella fisica classica o newtoniana.

Secondo il modello di Newton, tempo e spazio erano separati e rigidi, e tutte le leggi fino a quel momento erano in accordo con tale modello. James Clerk Maxwell, fisico scozzese, a cui dobbiamo le leggi sull’elettromagnetismo, formulando la sua equazione d’onda si accorse che otteneva una velocità dalle costanti fondamentali dello spazio vuoto: permeabilità magnetica e permettività elettrica. Inizialmente, come da prassi, i fisici del tempo crearono un ‘mezzo’, una sostanza, attraverso la quale la radiazione elettromagnetica si propagasse, il famoso etere. Esprimenti con interferometri al laser con bracci ortogonali, nati apposta per verificare la presenza dell’etere, confutarono la sua esistenza. La fine del mondo classico di newton era segnata.

La scena era pronta e il sipario alzato, mancava solo la messa in scena. Essa non tardò molto ad arrivare.

La relatività nasce da due postulati:

  1. Le leggi fisiche son le stesse in ogni sistema di riferimento inerziale
  2. La velocità della luce nel vuoto, d’ora in poi espressa come ‘c’, è costante in tutti i sistemi di riferimento inerziali

Due postulati semplici, ma che racchiudono una rivoluzione. Se la velocita della luce è costante nei sistemi inerziali, allora non importa quanto velocemente mi muova rispetto alla sorgente luminosa (a patto che sia a velocità costante) misurerò sempre lo stesso valore di tale velocità.

Alle scuole superiori ognuno di noi avrà sentito l’esempio delle due macchine in direzioni opposte:

se due macchine A e B sono lanciate una contro l’altra a 50 km/h, allora dal punto di vista del guidatore A, la macchina B gli verrà in contro a 100 km/h, pari alla somma delle due velocità.

È quasi ovvio e scontato, un’esperienza quotidiana, che però si rivela falsa a velocità molto elevate.

Estremizzando il concetto: se ci trovassimo in groppa ad un raggio di luce, e un altro raggio ci venisse sparato esattamente contro, la sua velocità sarebbe 2c pari alla somma delle due?

La risposta è no, e segna l’inizio del nuovo mondo relativistico.

 

Analizziamo un attimo la figura sovrastante. La persona dentro al treno, figura a sinistra, definita nel sistema O’, il tempo impiegato dalla luce per andare e tornare alla sorgente. Esso sarà pari a 2d/c.

Ora come si vede nella figura centrale, un’altra persona, questa volta sulla banchina, fermo accanto al treno che passa, compie la stessa misurazione. Essa vedrà la luce muoversi in diagonale e la sorgente spostarsi, per essa il tempo sarà:

Si nota subito la differenza, il secondo ha una quantica moltiplicativa  che rende il tempo maggiore per l’osservatore sulla banchina. Per comodità quest’ultimo fattore viene espresso con la lettera greca γ, ‘gamma’.

Complimenti, avete scoperto la dilatazione temporale, più velocemente ci si muove, minor tempo passa. Lo spazio si comporta nel modo opposto, esso si contrae. Lo spazio per un osservatore in movimento appare contratto di un fattore γ rispetto a quello per un osservatore stazionario. Il fattore gamma non solo altera la percezione di spazio e tempo ma, ad alte velocita, la massa ‘cresce’ per effetto di quest’ultima.

Siamo ora pronti per affrontare la fisica dell’uomo più veloce al mondo, The Flash (non Usain Bolt).

 

PUGNI DI MASSA INFINITA, K.O. ASSICURATO

 Nella storia dei fumetti sono esistiti molti supereroi con il dono della supervelocità, ma qui ne tratteremo soltanto uno, colui che per primo ha creato ‘infinity mass punch’. Flash, alias Barry Allen, nasce quando un fulmine colpisce il giovane mentre lavora con delle sostanze chimiche non meglio specificate, donandogli la capacità di correre quanto veloce voglia.

Durante le innumerevoli lotte contro supercattivi, Flash sfodera un sorprendente numero di ‘trucchi’ che la velocità elevata gli permette di utilizzare. Tra i più famosi vale la pena ricordare: la capacità di afferrare proiettili al volo, correre sull’acqua e il famoso ‘pugno di massa infinita’.

Dal punto di vista fisico essi sono tutti possibili, ammesso si abbia la liberta di andare veloci a proprio piacimento. Per afferrare al volo proiettili basta rendere la velocità relativa tra la mano e il proiettile par a zero e poi gentilmente decelerare il tutto, facile no?

Correre sull’acqua? Basta correre abbastanza veloci da fare un passo prima di rompere la tensione superficiale dell’acqua, roba da ragazzi.

L’utilizzo del pugno a massa infinita però richiede molte più energie e per questo si è visto utilizzato poco nelle avventure, se non contro il nemico principale della saga.

È tempo di dare qualche numero.

Se per esempio la mano di Flash pesasse 0,4 kg e si muovesse al 75% della velocità della luce, allora il fattore gamma sarebbe pari a 1.51, non un gran aumento. Se però flash raggiungesse velocità prossime alla luce, per esempio 99,9999% allora gamma balzerebbe a 707, incrementando la massa invariante a 283 kg. Calcolando ora l’energia cinetica, data dalla formula, si ottengono 2 joules pari a 120 bombe all’idrogeno modello Tsar Bomba o RDS-220, la più potente mai fabbricata.

Appare subito chiaro che una tale energia farebbe impallidire anche il più agguerrito dei Supercattivi. Il bello di tutto ciò è la conferma da parte della fisica,infatti gli astronomi rilevano continuamente particelle subatomiche super energetiche, provenienti dai raggi cosmici, con energia nell’ordine dei joules, confermando la relatività.

 

E LUCE FU.

 È il momento di parlare dell’altro Superveloce protagonista dei fumetti, questa volta manga, l’Ammiraglio della Marina, Kizaru. Sulla storia di questo personaggio dell’opera ‘One Piece’ si sa poco; si sa solo che è uno dei tre ammiragli e che ha mangiato un Frutto del Diavolo, facente parte della classe dei Rogia, il Pika-Pika no mi, che lo ha reso l’uomo fatto di luce. Tralasciando come possa biologicamente sopravvivere, Kizaru utilizza molte proprietà dalla luce a proprio vantaggio. Al contrario di Flash, lui non può ‘decidere’ a quale velocità muoversi, o luce o umano.

Quando si sposta sottoforma di luce, ricordiamoci che lui è fatto di luce, utilizza spesso la riflessione tra superfici per compiere grandi distanze, anche non in linea retta. Similmente al velocista scarlatto di cui sopra, anche lui utilizza un attacco micidiale, un calcio alla velocità della luce. Accelerando la gamba riesce a sferrare un calcio micidiale con energie elevatissime, tali da far impallidire anche flash. Il segreto sta nella materia di cui son fatti Flash e Kizaru.

Se da un lato abbiamo un umano, in carne e ossa, che riesce a raggiungere velocita sub-luminali, dall’altra abbiamo un umo di luce, per quanto esso sia implausibile.

Flash sarà dunque vincolato dalla materia di cui è formato a essere più lento della luce, poiché maggiormente ci si avvicina a tale velocità, maggiore diventa la massa e di conseguenza l’energia necessaria per aumentare ulteriormente la velocità. Insomma il più grande attacco di flash è anche il motivo che lo condanna a essere più lento della luce.

Problema che non si pone al nostro Ammiraglio, che essendo fatto di luce, fotoni privi di massa, liberandolo da questo problema ma donandogliene un altro.

Il lettore più attento avrà infatti notato che l’effetto relativistico dell’incremento di massa non si può applicare a Kizaru, essendo fatto di fotoni privi di massa. Il manga su questo punto pecca di spiegazioni, probabilmente Kizaru può aumentare a piacere la frequenza dell’onda-particella di luce, aumentandone l’energia.

 

0 thoughts on “Relatività ristretta: Flash, Ammiraglio Kizaru e pugni di massa infinita. La fisica delle velocità pseudo-luminali

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.