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Trasformazioni e simmetriaSimmetria in fisica

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Finora, tutte le simmetrie che abbiamo esaminato erano visive in un certo senso: forme, immagini o motivi visibili. In effetti, la simmetria può essere un concetto molto più ampio: immunità al cambiamento.

Ad esempio, se ti piace il succo di mela tanto quanto ti piace il succo d'arancia, allora la tua preferenza è "simmetrica" sotto la trasformazione che scambia mele e arance.

Nel 1915, il matematico tedesco Emmy Noether osservò che qualcosa di simile è vero per le leggi della natura.

Ad esempio, la nostra esperienza ci dice che le leggi della fisica sono le stesse ovunque nell'universo. Non importa se conduci un esperimento a Londra, a New York o su Marte: le leggi della fisica dovrebbero sempre essere le stesse. In un certo senso, hanno .

Allo stesso modo, non dovrebbe importare se conduciamo un esperimento affrontando il Nord, il Sud, l'Oriente o l'Ovest: le leggi della natura hanno .

E infine, non dovrebbe importare se conduciamo un esperimento oggi, domani o tra un anno. Le leggi della natura sono "simmetriche nel tempo".

F =GMmr2 F =GMmr2

Queste "simmetrie" potrebbero inizialmente sembrare piuttosto insignificanti, ma in realtà possono dirci molto sul nostro universo. Emmy Noether è riuscito a dimostrare che ogni simmetria corrisponde a una certa quantità fisica che è conservata.

Ad esempio, la simmetria temporale implica che Energia debba essere conservata nel nostro universo: puoi convertire l'energia da un tipo a un altro (ad esempio luce, calore o elettricità), ma non puoi mai creare o distruggere energia. La quantità totale di energia nell'universo rimarrà sempre costante.

CERN is the world’s largest particle accellerator. Scientists smash together fundamental particles at enourmous speeds, to learn more about their properties. Can you see the person at the bottom, for size comparison?

The paths taken by particle fragments after a collision

Si scopre che, semplicemente conoscendo la simmetria, i fisici possono derivare la maggior parte delle leggi della natura che governano il nostro universo - senza mai dover fare un esperimento o un'osservazione.

La simmetria può persino prevedere l'esistenza di particelle fondamentali. Un esempio è il famoso Higgs Boson: è stato predetto negli anni '60 da fisici teorici, ma non è stato osservato nel mondo reale fino al 2012.