Τι σημαίνει το E = MC Squared;

Το E = mc squared είναι ο πιο διάσημος τύπος στη φυσική. Συχνά αναφέρεται ως Θεωρία της Ισοδυναμίας Μαζικής Ενέργειας. Οι περισσότεροι άνθρωποι γνωρίζουν ότι ο Άλμπερτ Αϊνστάιν το ανέπτυξε, αλλά λίγοι έχουν καμία ιδέα για το τι σημαίνει. Ουσιαστικά, ο Αϊνστάιν βρήκε μια σχέση μεταξύ ύλης και ενέργειας. Η ιδιοφυΐα του συνειδητοποιούσε ότι η ύλη μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια και η ενέργεια σε ύλη.

Το "E" στον τύπο σημαίνει ενέργεια, μετρούμενη σε μονάδες που ονομάζονται ergs. Το "m" αντιπροσωπεύει μάζα σε γραμμάρια. Το "c" είναι η ταχύτητα του φωτός που μετράται σε εκατοστά ανά δευτερόλεπτο. Όταν η ταχύτητα του φωτός πολλαπλασιάζεται από μόνη της (τετράγωνο) και πολλαπλασιάζεται με τη μάζα, το αποτέλεσμα είναι ένας πολύ μεγάλος αριθμός. Δείχνει ότι η ενέργεια που αποθηκεύεται ακόμη και σε μικρή ποσότητα μάζας είναι τεράστια.

Ένας τρόπος για να απελευθερωθεί η ενέργεια σε μάζα είναι τα άτομα που συνθέτουν αυτή τη μάζα να συντηχθούν μαζί. Αυτό συμβαίνει μερικές φορές στη φύση. Για παράδειγμα, μέσα σε ένα αστέρι, δύο άτομα υδρογόνου μπορούν να προωθηθούν μαζί με τόσο μεγάλη ταχύτητα που τα μεμονωμένα πρωτόνια στους πυρήνες τους συντήκονται μαζί για να σχηματίσουν ένα άτομο ηλίου με δύο πρωτόνια. Η διαδικασία μετατρέπει περίπου το 7% της αρχικής μάζας σε ενέργεια. Αυτό μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο E = mc τετράγωνο. Η διαδικασία ονομάζεται πυρηνική σύντηξη. Το βλέπουμε σε τεχνητές συσκευές όπως επιταχυντές σωματιδίων και πυρηνικές βόμβες.

Ένας άλλος τρόπος απελευθέρωσης της ενέργειας σε μάζα είναι να διαχωριστούν τα άτομα εντός αυτής της μάζας. Αυτό συμβαίνει επίσης φυσικά στη φύση. Για παράδειγμα, το ουράνιο είναι ραδιενεργό στοιχείο. Αυτό σημαίνει ότι καταρρέει. Υπάρχουν 92 πρωτόνια στον πυρήνα του. Όλοι τους είναι θετικά φορτισμένοι και προσπαθούν να ξεφύγουν ο ένας από τον άλλο. Αυτό είναι παρόμοιο με δύο μαγνήτες με την ίδια πολικότητα που απωθούν μεταξύ τους. Όταν τα άτομα ουρανίου χάνουν πρωτόνια γίνονται άλλα στοιχεία. Όταν προσθέτετε το βάρος του νέου πυρήνα με αυτό του εκτοξευόμενου πρωτονίου, το αποτέλεσμα είναι ελαφρώς ελαφρύτερο από το αρχικό άτομο ουρανίου. Η χαμένη μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια. Γι 'αυτό τα ραδιενεργά στοιχεία απελευθερώνουν θερμότητα και φως. Αυτό ονομάζεται πυρηνική σχάση. Η ενέργεια που δημιουργείται μπορεί επίσης να υπολογιστεί με τον τύπο E = mc τετράγωνο.

Τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια που απαρτίζουν το σύμπαν έχουν ξαδέλφια «κατοπτρικής εικόνας» που ονομάζονται αντιπρωτόνια και ποζιτρόνια. Αυτά τα σωματίδια έχουν την ίδια μάζα αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Είναι ενδιαφέρον ότι, όταν ένα κανονικό σωματίδιο συγκρούεται με το αντιύλη του δίδυμο, σκουπίζουν το ένα το άλλο, μετατρέποντας όλη τη μάζα τους σε ενέργεια. Λόγω του E = mc τετράγωνο, η απελευθέρωση ενέργειας είναι τεράστια. Ευτυχώς, το σύμπαν μας έχει πολύ λίγη αντιύλη, καθιστώντας αυτές τις συγκρούσεις σπάνιες.

Η θεωρία του Αϊνστάιν έφερε επανάσταση στον τρόπο που τα ανθρώπινα όντα είδαν το σύμπαν. Συνδέθηκε με τις έννοιες της μάζας και της ενέργειας, οι οποίες προηγουμένως θεωρούνταν εντελώς ξεχωριστές. Ο Αϊνστάιν έδειξε ότι η μάζα μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια και η ενέργεια μπορεί να γίνει μάζα. Τώρα καταλαβαίνουμε περισσότερα για το γιατί τα αστέρια λάμπουν, τη φύση των μαύρων τρυπών και τη δημιουργία του σύμπαντος χάρη στο E = mc τετράγωνο. Η σκοτεινή πλευρά του τύπου είναι η χρήση του στην ανάπτυξη πυρηνικών όπλων. Στην πραγματικότητα, ήταν ο ίδιος ο Αϊνστάιν που προέτρεψε την ανάπτυξη της πρώτης ατομικής βόμβας πριν μπορούσαν οι εχθροί της Αμερικής κατά τη διάρκεια του πολέμου.