مشهورترین معادلۀ جهان: E=MC2

20
39814

بیگ بنگ: قرن ها بود که دانشمندان اعتقاد داشتند که انرژی و جرم به کلی متفاوت اند، اما آلبرت اینشتین نشان داد که جرم و انرژی موجودیتی واحدند. این معادله معروفترین معادله ی فیزیک است و نتیجه ی نسبیت خاص اینشتین است.

Albert-Einstein1-mc2به گزارش بیگ بنگ، اینشتین نخست نشان داد افزایش لختی۱ جسم هم ارز است با افزایش انرژی آن، اما در چارچوبی که همراه ذره حرکت می کند، ذره ساکن است. پس هر چه دارد جرم است، چیزی که معمولا جرم سکون نامیده می شود. چون این دو چارچوب لخت هم ارزند، چیزی که در یک چارچوب جرم می نامیم و چیزی که در چارچوب دیگر انرژی می نامیم، باید یک چیز باشند پس جرم و انرژی واقعا هم ارزند. شواهد نظری که به هنگام پیشنهاد فرمول E=MC۲ در دست اینشتین بود، به سهیم بودن انرژی در جرم دلالت داشت. برابر نهادن تمام جرم با انرژی کاری بود که نوعی اعتقاد زیبا شناختی طلب می کرد که آن هم خصوصیت بارز اینشتین بود.


مشهورترین معادله جهان نشان می دهد جرم و انرژی به یکدیگر قابل تبدیل اند. (انرژی هر جسم (E) برابر است با حاصل ضرب جرم(M) آن جسم در مجذور سرعت نور(C). این رابطه این حقیقت را بیان می کند که جرم-انرژی می تواند بر حسب واحد انرژی(E)،یا بطور معادل با واحد جرم(M=E/C
۲) بیان شود. در حقیقت جرمی که به اشکال مختلف انرژی نسبت می دهیم، دارای تمام خواصی است که به جرم نسبت می دهیم. یکی از مهمترین خواص انرژی تبدیل پذیری آن به انواع مختلف انرژی است و در این معادله این ادعا نهفته است که تمام جرم یک ذره می تواند به انرژی تبدیل شود و هر شکلی از انرژی دارای جرمی معادل است.

20090528151032750
طبق این معادله در هرگرم جرم ۲۰^۱۰×۹ Ergs
۲، انرژی نهفته است، چیزی در حدود انرژی بمب هیروشیما(۲۰ کیلوتن)۳. بخش بسیار کوچکی از این انرژی به حرکت گرمایی مولکول های تشکیل دهنده ی ذره مربوط می شود و می توان آن را به صورت گرما آزاد کرد، بخشی در نیروهای چسبندگی بین مولکولی و بین اتمی قرار دارد که بعضی اوقات می توان در انفجارهای شیمیایی آن را آزاد کرد، بخش دیگر ممکن است در اتم های برانگیخته باشد و بصورت تابش گسیل شود، مقدار بیشتری هم در پیوند های هسته ای قرار دارد و گاهی می توان ان را آزاد کرد، چنانکه در بمب اتمی این کار را می کنیم.

اما بخش بسیار بزرگ انرژی(حدود ۹۹%) در جرم ذرات نهایی نهفته است، این بخش انرژی را هم در شرایط مناسب می توان آزاد ساخت، مثلا در شرایطی که ماده و پادماده۴ یکدیگر را نابود می کنند. از هم ارزی جرم و انرژی می توان نتیجه مفید دیگری نیز بدست آورد، زیرا اکنون اصل کلی پایستگی انرژی، اصل کلی دیگری را نیز در بر می گیرد و آن پایستگی جرم است.

در حقیقت می توان گفت که هم ارزی جرم و انرژی که به یک مفهوم واحد، یعنی جرم-انرژی منتهی می شود، یکی از عملی ترین نتیجه نظریه نسبیت محسوب می شود. به طوری که چگونگی واکنشها و فرایند های مربوط فروپاشی هسته ای، این واقعیت را نشان می دهند که نه جرم و نه انرژی، آنگونه که در نظریه کلاسیک درک می شوند به طور جداگانه پایسته نمی مانند. بنابراین در این نظریه می بینیم که قانون پایستگی برای جرم-انرژی مطرح می شود. امروزه بشر می تواند، جرم-انرژی در حال سکون را به انرژی حرارتی تبدیل نماید؛ شکافت و گداخت هسته ای در حقیقت روش های این تبدیل می باشند. این معادله خارق العاده از راه کاربرد های عملی (مانند نیروگاه های هسته ای ) و نتایج نظری متعددی تایید شده است. آلبرت اینشتین-که به گفته بسیاری نابغه ای بی همتا است- این معادله را مهمترین نتیجه نظریه نسبیت خاص خود می دانست.

نویسنده: میلاد اسکندر دوست / سایت علمی بیگ بنگ

پی نوشت:
۱- لختی یا اینرسی: مقاومتی که جسم در مقابل تغییر حالت از خود نشان می دهد
۲- Ergs: یکای انرژی
۳- کیلوتن: هرکیلوتن معادل هزارتن است.
۴- پادماده(Antimatter): هر نوع از ذرات مادی، پاد ذره متناظری داراست.

منابع:
نسبیت خاص و عام و کیهان شناختی/ نوشته ولفگانگ ریندلر
آشنایی با نسبیت خاص/ نوشته رابرت رزنیک
آیا اینشتین درست می گفت؟/ نوشته کلیفورد ام.ویل
قوانین، نظریه های علمی و چیزهای دیگر/ نوشته سورندرا وارما


ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

20 دیدگاه‌ها

  1. سلام میلاد ،
    آیا میتوان در کنار اصل هم ارزی جرم و انرژی، دو اصل دیگر هم ارزی را به زبان ریاضی فرمولبندی نمود؟ یکی اصل هم ارزی انرژی و نیرو و دیگری اصل هم ارزی جرم یا انرژی و زمانمکان. صاحب نظران بر این باورند که جرم و انرژی دو جنبه ظهوری یک ماهیت واحد و یگانه می باشند. چه نامی را می توان بر آن ماهیت واحد گذاشت ؟ یا به زبان فلسفی ملاصدرا ، اصالت وجودی آن ماهیت چه می تواند باشد؟ اگر یک روزی یک دانشمند از کالیبر انشتین بتواند اصل هم ارزی پنج کمیت بنیادی فیزیکی یعنی جرم ؛ انرژی ؛ نیرو ؛ زمان و مکان را به زبان ریاضی فرمولبندی نماید و از آن طریق به توحید یا وحدت فیزیکی دست یابد، بازهم میتوان گفت که این پنج کمیت بنیادی فیزیکی پنج جلوه یا تجلی و ظهور یک ماهیت واحد و یگانه و اصیل می باشند و بازهم همان سوال اول مطرح میگردد که آن ماهیت چه اصالتی دارد و نام آن چه میتواند باشد؟ در پایان یک تفسیر از اصل هم ارزی جرم و انرژی: انرژی رقیق ترین شکل یا فرم جرم می باشد. به عنون مثال اگر یک جرم بطور کامل تبخیر یا منبسط شود، آنگاه در یک سطح هندسی دو بعدی مربع شکل پخش می شود و طول و عرض آن مربع هرکدام برابر با حاصلضرب ct خواهد بود. چون واحد سرعت نور کیلومتر بر ثانیه می باشد، آنگاه t صورت با t مخرج کسر حذف خواهند گردید و فقط واحد طول باقی خواهد ماند یعنی کیلومتر بتوان دو. یعنی فقط مکان باقی خواهد ماند. اگر آن مکان مسطح هندسی دو بُعدی دوبار منقبض شود، بُعد عمق یا ارتفاع هم به آن افزوده می شود و در قدم اول انقباض آن مکان مسطح به یک مکان سه بعدی و انرژی تبدیل خواهد گردید و سپس به جرم. این اصل هم ارزی مکان و انرژی می باشد که باید در یک فرمول ریاضی بیان شود که از عهده توانایی این حقیر بر نمی آید.

  2. با سلام؛ و اما بعد:
    طبق این فرمول پس اگر جرم یک ذره صفر باشد انرژی آن هم صفر میشود. برای همین است که برای ذراتی هماننده فوتون نمیگویند کلاً هیچ جرمی ندارند بلکه جرم ثابت آنرا صفر تعریف میکنند [اگر ذره ای جرم و انرژی اش صفر باشد پس در عالم ماده هم وجود خارجی ندارد].
    این فرمول همچنین برای محاسبه انرژی و جسم است نه ارائه راهکار برای تبدیل آنها!! درست است که بوسیله بوزون هیگز و فوتون میگویند کوارک و … و در نهایت اتم پدید آمده است اما فوتون ذره ای بدون جرم محض نیست چون همین فرمول میگوید فوتون هم بنا بر اساس مقدار انرژی اش باید جرم داشته باشد پس تبدیل جرم و انرژی روی کاغذ امکان پذیر است چون در عمل ذره ای نمیتواند بر اساس این قانون مطلقا از جرم تهی باشد.

  3. انسان ها می دونند ولی نمی تونند . اگر می شه جرم رو به انرژی تبدیل کرد پس می شه انرژی رو هم به جرم تبدیل کرد.مگه قانون پایستگی انرژی رو فراموش کردید . مقدار جرمی که تبدیل به انرژی شده است ثابت می مونه و فقط با انجام عکس کاری را که برای تبدیل جرم به انرژی انجام دادیم می تونیم انرژی رو هم به جرم تبدیل کنیم.

    • کاملا درسته اگه کسی قدرت اینکار رو پیدا کنه میتونه از هرجایی رد شه مثلا از دیوار البته اگه بتونه جرم رو به انرژی تبدیل کنه.

  4. سلام. آیا می توان انرژی را به ماده تبدیل کرد؟ مثلا می توانیم انسان را به انرژی تبدیل کنیم و با سرعت نور به حرکت در آوریم و جای دیگر همان انرژی را به ماده تبدیل و انسان مرود آزمایش را ظاهر کنیم و به نوعی طیر الارض را واقعیت بخشیم. سوال دیگرم اینه که تفاوت نیرو با انرژی چیست چون در برخی کتابهای فارسی به جای هم به کار می روند. این را پیشتر هم پرسیده بودم اما صفحه اش را گم کردم.

    • انرژی که با نیرو کاملا فرق داره.
      انسان رو نمیشه به انرژی تبدیل کرد’ اگر هم بشه نمیشه دوباره به انسان تبدیل بشه.تبدیل دوباره انرژی به ماده امکان پذیر نیست.اگه اینطوری بود ‘ آمریکا می رفت رادیواکتیو داخل هیروشیما رو میگرفت دوباره به بمب تبدیل می کرد’ بعدش ازش دوباره استفاده کرد.

      • وقتی که انسان نمیتونه یه کاری بکنه دلیل بر این نمیشه که این کار غیر ممکنه وقتی که میشه ماده به انرژی تبدیل بشه پس برعکسشم ممکنه فرمول انیشتی هم دقیقا دو طرفه است

      • ۸در واقع نیرو ظعیف و ظعیف تر میشه میشه ازش استفاده کرد ولی به طور ناخالص وظعیف وقتی نمیدونی اطلاعات اشتباه نده اگه قرار بود نیروی شیمیایی بمب اتم از بین بره بره های عجیب و غریب و موجودات عجیب در هیروشیما به دنیا نمیومدن ولی خب جمع کردن اون همه نیروی شیمیایی سخته برای همین انجام نمیدن

        • هر جسمیو که به سرعت نور برسونی به انرژی تبدیل میشه
          فرقیم نداره آدم باشه یا نه
          انرژیم اگه فشرده کنی تبدیل به جسم میشه

  5. سلام، من در حال انجام یک تحقیق هستم و سوالی دارم که امیدوارم برای پیدا کردن جوابش بتونم از کمک شما استفاده کنم. سوال: چه راهی وجود داره که بشه تغییرات چگالی برگشت پذیر، با فرکانس و دامنه قابل کنترل رو برای یک ماده به وجود آورد؟
    از همکاری شما سپاسگزارم

    • باید چیزی که در نظر داری (چگالی برگشت پذیر) برای آن فرکانس تعریف کنی که چگالی قابل برگشت تحت عنوان آن مدیریت شود و قابل کنترل در غیر این صورت چه تابعیتی دارد که پیروی کند