E=mc do kwadratu to najbardziej znana formuła w fizyce. Często określa się ją mianem Teorii Równoważności Energii Masowej. Większość ludzi wie, że opracował go Albert Einstein, ale niewielu ma pojęcie, co to znaczy. Zasadniczo Einstein wymyślił związek między materią a energią. Jego geniuszem było uświadomienie sobie, że materię można zamienić w energię, a energię w materię.
Identyfikacja
Litera „E” we wzorze oznacza energię mierzoną w jednostkach zwanych ergami. „m” oznacza masę w gramach. „c” to prędkość światła mierzona w centymetrach na sekundę. Gdy prędkość światła jest mnożona przez samą siebie (do kwadratu), a następnie mnożona przez masę, otrzymujemy bardzo dużą liczbę. Pokazuje, że energia zmagazynowana w nawet niewielkiej ilości masy jest ogromna.
Połączenie
Jednym ze sposobów uwolnienia energii w masie jest połączenie atomów tworzących tę masę. Zdarza się to czasami w naturze. Na przykład w gwieździe dwa atomy wodoru mogą być napędzane razem z tak dużą prędkością, że pojedyncze protony w ich jądrach łączą się, tworząc atom helu z dwoma protonami. Proces przekształca około 7 procent pierwotnej masy w energię. Można to obliczyć ze wzoru E=mc do kwadratu. Proces ten nazywa się fuzją jądrową. Widzimy to w urządzeniach stworzonych przez człowieka, takich jak akceleratory cząstek i bomby atomowe.
Rozszczepienie
Innym sposobem uwolnienia energii w masie jest rozpad atomów w tej masie. Dzieje się to również naturalnie w przyrodzie. Na przykład uran jest pierwiastkiem radioaktywnym. To znaczy, że się rozpada. W jej jądrze znajdują się 92 protony. Wszystkie są naładowane dodatnio i próbują się od siebie oddalić. Jest to podobne do odpychania się dwóch magnesów o tej samej biegunowości. Kiedy atomy uranu tracą protony, stają się innymi pierwiastkami. Kiedy zsumuje się wagę nowego jądra z wagą wyrzuconych protonów, wynik będzie nieco lżejszy niż pierwotny atom uranu. Utracona masa zamienia się w energię. Dlatego pierwiastki promieniotwórcze uwalniają ciepło i światło. Nazywa się to rozszczepieniem jądrowym. Wytworzoną energię można również obliczyć za pomocą wzoru E=mc do kwadratu.
Materia i antymateria
Protony i elektrony, które tworzą wszechświat, mają kuzynów „odbicia lustrzanego”, zwanych antyprotonami i pozytonami; cząstki te mają tę samą masę, ale przeciwny ładunek elektryczny. Co ciekawe, kiedy zwykła cząsteczka zderza się ze swoim bliźniakiem z antymaterii, wymazują się nawzajem, zamieniając całą swoją masę w energię. Ponieważ E = mc do kwadratu, uwalnianie energii jest ogromne. Na szczęście w naszym wszechświecie jest bardzo mało antymaterii, co sprawia, że takie zderzenia są rzadkie.
Historia
Teoria Einsteina zrewolucjonizowała sposób, w jaki ludzie postrzegali wszechświat. Połączył on pojęcia masy i energii, które wcześniej uważano za całkowicie odrębne. Einstein wykazał, że masę można przekształcić w energię, a energię w masę. Teraz rozumiemy więcej o tym, dlaczego gwiazdy świecą, o naturze czarnych dziur i stworzeniu wszechświata dzięki E=mc do kwadratu. Ciemną stroną tej formuły jest jej wykorzystanie w rozwoju broni jądrowej. W rzeczywistości to sam Einstein wezwał do opracowania pierwszej bomby atomowej, zanim zrobili to wrogowie Ameryki w czasie wojny.