Legge di conservazione

In fisica la legge di conservazione, o principio di conservazione, è una legge fondamentale che descrive il mantenersi invariato nel tempo del valore di una grandezza in un sistema isolato. Esistono molteplici specifiche leggi di conservazione che caratterizzano tutti gli ambiti della fisica; si distinguono in leggi "solari", verificate per ogni sistema isolato, e leggi "approssimate", vere solo in presenza di determinate condizioni.

Dal punto di vista della filosofia della scienza, queste leggi, assieme ai fenomeni ciclici o periodici, assumono importanza fondamentale nel regolare profondamente il comportamento della natura, essendo in grado, ancor più delle altre leggi fisiche, di conferirle ordine e logica rispetto all'apparente disordine o caos.

Storia

«Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma.»

(Postulato di Antoine-Laurent de Lavoisier che riassume la legge di conservazione della massa)

La presenza in nuce del principio di conservazione è stata rilevata nel pensiero greco di Parmenide e della sua scuola eleatica, secondo cui i processi del divenire, come la nascita e la morte, sono illusori. Anticipatore del concetto è considerato anche l'atomismo di Democrito, ma esso fu teorizzato esplicitamente solo dai primi fisici o filosofi della natura dell'età moderna.

Ai cartesiani che l'applicavano alla misurazione della quantità di moto complessiva di un sistema isolato, ritenuta costante, Leibniz obiettò che la conservazione fondamentale non riguardava il movimento esteriore, bensì la forza viva (oggi intesa come energia cinetica, espressa da $mv^{2}$), cioè una sorta di energia la cui somma totale non si crea né si distrugge, ma si trasforma tra corpi diversi, ad esempio da uno in caduta ad un altro che sale.

Nel 1774, Antoine Lavoisier dimostrò sperimentalmente che la materia non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata (v. Legge della conservazione della massa di Lavoisier). Allo stesso tempo, la meccanica classica del '600-'700 mostrava la validità dello stesso principio per l'energia meccanica (Legge della conservazione della massa fisica). Nella seconda metà del XIX secolo, le scoperte di diversi scienziati, tra i quali James Prescott Joule, Carnot, Thomson, Rudolf Clausius e Michael Faraday, svelarono ulteriormente che lo stesso principio valeva per tutta l'energia compresa l'energia termica (Legge di conservazione dell'energia), pervenendo a una compiuta descrizione dei primi due principi della termodinamica.

Fino ai primi anni del novecento si pensava che la materia e l'energia fossero due grandezze separate, prive di alcun punto di contatto, finché, nel 1905, Albert Einstein formulò la celeberrima equazione E = mc², che esprimeva la relazione di equivalenza tra energia e massa, che si rivelavano due aspetti della stessa realtà fisica affermando, più esattamente, che la materia non è altro che una forma molto concentrata di energia. Questa rivoluzionaria scoperta di Einstein diede origine al principio di conservazione della massa-energia.

Leggi di conservazione esatte

Le leggi di conservazione esatte sono quelle in cui la quantità che si conserva, o costante del moto, assume esattamente lo stesso valore nello stato iniziale e finale di un sistema isolato che subisce un processo di trasformazione qualsiasi. Esse sono, in particolare:

• Legge di conservazione della carica elettrica
• Carica di colore
• Legge di conservazione della quantità di moto
• Legge di conservazione del momento angolare
• Legge di conservazione dell'energia
• Isospin debole

Viceversa, se la grandezza fisica è una costante del moto solo per determinati processi, allora si parla di leggi di conservazione approssimate. Ad esempio, la legge di conservazione della massa prevede una piccola approssimazione relativa alla questione del difetto di massa. Del resto, in fisica atomica ed in fisica nucleare, questa legge deve essere sostituita dalla più estensiva formulazione della legge di conservazione dell'energia.

Bibliografia

• Ugo Amaldi, Fisica: idee ed esperimenti, vol. 1, 2 e 3, Zanichelli, 2007, ISBN 978-88-08-0470-52.
• Richard Feynman, La legge fisica, Bollati Boringhieri, 1971, ISBN 978-88-33-9026-16.
• Maurizio Gasperini, L'Universo prima del Big Bang - Cosmologia e teoria delle Stringhe, Franco Muzzio Editore, 2002, ISBN 978-88-74-1305-28.
• Margherita Hack, Pippo Battaglia e Walter Ferrari, Origine e fine dell'Universo, UTET, 2004, ISBN 978-88-77-5094-44.
• Margherita Hack, L'Universo alle soglie del duemila, Rizzoli BUR supersaggi, 1995, ISBN 978-88-17-1166-40.
• L'Astronomia, n. 288, agosto/settembre 2007.
• Newton, n. 9, RCS MediaGroup, settembre 2007.

Voci correlate

• Equazione di bilancio
• Grandezza fisica
• Invarianza (fisica)
• Legge di conservazione della massa
• Postulato di Antoine-Laurent de Lavoisier
• Sistema isolato
• Vis viva

Collegamenti esterni

• (EN) conservation law, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• What Happened Before the Big Bang?, su science.psu.edu. URL consultato il 29 giugno 2010 (archiviato dall'url originale il 4 luglio 2007).
• L'universo come la Fenice, su spazioforum.net. URL consultato il 29 giugno 2010 (archiviato dall'url originale il 10 febbraio 2009).
• Il gran rimbalzo delle origini, su galileonet.it. URL consultato il 29 giugno 2010 (archiviato dall'url originale il 9 febbraio 2009).
• La teoria loop quantum gravity ed il bouncing universe, su lswn.it. URL consultato il 29 giugno 2010 (archiviato dall'url originale il 14 ottobre 2008).