Paul Sutter, Ohio State Üniversitesi'nde astrofizikçi ve COSI Bilim Merkezi'nin baş bilimcisidir. Sutter aynı zamanda podcast'lere de ev sahipliği yapıyor. Bir Spaceman ve RealSpace'e ve YouTube serisinde Space In Your Face'e sorun. Sutter bu makaleyi WordsSideKick.com'ın Uzman Sesleri: Op-Ed & Insights'a katkıda bulundu..
Hadi oyun oynayalım! Işık hızı sadece bir sayı değil mi? Ünitelerinizi tanımlarsanız, örneğin, bir "metre" ve "ikinci" olan, ışık hızının saniyede 300.000.000 metre olduğunu söyleyebiliriz. Ya da ne olursa olsun, "saat" başına 670.000.000 "mil".
Ya, bunun yerine, sadece ışığın hızının eşit olduğunu söylediysek… 1. Sadece 1. Yani, 1 ne? Dedim: sadece 1. Hayır mil, hayır saniye, hiçbir fortnights, lig yok. Sadece... 1. Bunu yapmaya izinliyiz, çünkü sadece bir numara ve hızın ünitelerinin olmadığı bir sistem seçiyoruz. Bu sistemde, bir jet uçağı salyangozun 0,000001 ya da ışık hızının yüzde 0.0001'ini hızlandırır. İnsan yapımı en hızlı nesnelerden biri olan Helios probları, güneş sisteminin etrafında 0.00025! Onlara bak!
Şimdi ışığın hızını 1 olarak tanımladığımıza göre, fizikteki en ünlü denkleme bakalım: E = mc2. [Infographic: Nasıl Einstein'ın E = mc ^ 2 Çalışması]
Tüm bitleri biliyoruz, ama hadi yenilelim: E enerji içindir m kitle ve c öyle mi cışığın ani hızı. Fakat yeni ünitemize sahip sistemimizde (teknik olarak düşünülmüş olarak) geometrized birimleri), c eşittir 1 ve bu ünlü denklem özüne doğru kaynar:
E = m.
Ben bile heceleyeceğim:
Enerji = kütle.
Bundan daha net değil, millet. Enerji kütle. Kütle enerjidir. Eşdeğerdirler; onlar eşit. Onlar aynı şey.
Bekle, bekle, bekle, bana şüpheyle bakarken söylüyorsun. Işıktan ne haber? Fotonların kütlesi yoktur, ancak çok fazla enerjiye sahiptirler. Bitkiler başka nasıl yerler?
Haklısın, fotonların kütlesi yok. Ama onlar, hafif yelkenler (güneş yelkenleri de denir) gibi şeylerin, güneş sistemi etrafında kayması gereken oomfu nasıl aldıkları momentumuna sahiptirler: Onların itici gücü, güneşin radyasyon basıncından gelir. Ve momentumun enerjisi vardır. Fakat E = m'deki momentum nerede? İçeri girecek kadar harfimiz yok gibi görünüyor.
Karışıklık, E = m'de kullanılan "m" den geliyor. Normalde "kitle" yi somut ve basit bir şey olarak düşünürüz. Elinde bir kaya tutun; kütlesi var. Atın ve kütle ve momentum var. Ama bu değil E = m cinsinden "m". Bunun yerine, Einstein bu denklemi yazdığında, genellikle “göreceli kitle” olarak adlandırılan farklı bir şey ifade ediyordu. [Einstein'ın Gerçek Hayattaki Görelilik Kuramı'nı Görebileceğiniz 8 Yol]
Bu terim günümüzde çok fazla kullanılmıyor çünkü çok fazla kafa çizilmesine neden oluyor.
Bir adım geri gidelim ve Einstein'ın ne düşündüğünü görün.
Anaokulu seviyesindeki özel göreliliği hatırlarsınız ve duyma gibi şeyler "ışık hızında hareket etmek imkansızdır, çünkü daha hızlı bir şey gider, daha fazla kütleye sahiptir. Işığın hızına ulaşmak için sonsuz kütleye sahiptir, bu yüzden itmek imkansız olurdu! " Evet, şimdi birinci sınıf düzey özel görelilik zamanı.
Evrenimizin temel bir yönü, bir evrensel var (ve gerçekten demek istediğim) evrenselhız sınırı: ışığın gittiği hız. Ne olursa olsun, o hızı asla kıramazsın. Bakalım pratikte nasıl oynanıyor:
Diyelim ki size güzel ve sağlam bir shove verdim ve sizi 0.9'da uçurmanızı söyleyeyim - yani, ışığın 9 / 10'u. Ya sana yetişir ve sana verirsen tam aynı shove, yine. Işık hızının 18 / 10'una çıkmayacaksın, çünkü buna izin verilmiyor. Alacaksınız yakın ışığın hızına, ama asla geçmez. Öyleyse, umutsuz benliğinizi etkilediğim tam olarak aynı kuvvet için, sizi hızlı bir şekilde hareket ettirmiyorum. Para için daha az patlama olur.
Ve ışığın hızına yaklaştıkça, daha az etkili olan benim shoves'im olacak: birincisi sizi 0,9'a, sonra ikinciye 0,99'a, sonra 0.999'a, sonra 0.9999'a çıkarabilir. Her seferinde azalan iadeler. Aslında, bu sanki Daha büyük oluyordun. Tam olarak daha fazla kitle ne demek oluyor: Zorlamak için zorlanıyorsunuz.
Yani, ne oluyor? Cevap enerjidir. Hala hep aynı eski normal, günlük, dinlenme kütlesine sahipsin. Ama sen gerçekten gidiyorsun. Gerçekten mi hızlı. Ve bu hızın onunla bağlantılı bir enerjisi vardır - kinetik enerji. Yani tüm bu kinetik enerji gibi oyunculuk ekstra kütle gibi; Her iki şekilde de sayıyorum, bu temel hız sınırı nedeniyle zorlamak zorlaşır.
Başka bir deyişle, enerjinin kütle olduğunu söyleyebilirsin. Huh, whaddaya biliyor.
E = m cinsinden "m" ye dönüş. Fizikçiler ilk önce bu denklemlerle oynamaya başladıklarında, evrensel hız sınırının ve ani olmayan sonuçlarının, gittikçe daha hızlı ilerlemeyi zorlaştırdığının farkındaydı.Bu yüzden bu kavramı tek bir değişkene kaptılar: göreceli kütle, hem normal, günlük kütleyi hem de bir sürü kinetik enerjiden elde ettiğin "etkili" kütleyi birleştiren göreceli kütle.
"M" yi farklı parçalarına ayırdığımızda şöyle olur:
E2 = m2 + p2
Ya da arkadaşımızı geri getirmek c:
E2 = m2c4 + p2c2
Ve partiye katılan başka bir karakterimiz var: p, momentum için. Fotonların kütlesi yoktur, ancak momentumları vardır, bu yüzden hala enerji alırlar.
Bu görüşe göre kütle bir tür enerji. Ama daha önce söyledim ki, enerji kütle gibi davranır. Anlaşma ne? Sadece çevrelerde mi konuşuyoruz?
Hayır. Kütle enerjidir. Enerji kütle. Maddeleri enerji veya kütle olarak sayabilirsiniz. Fark etmez. Onlar aynı şey.
Sıcak bir fincan kahve, kelimenin tam anlamıyla soğuk bir kapta daha ağırdır. Hızlı hareket eden bir uzay gemisi, kelimenin tam anlamıyla yavaş olandan daha ağırdır. Bir kaya veya atomik bir çekirdek, kompakt, bir araya getirilmiş bir enerji topudur ve bazen bu enerjinin bir kısmını büyük bir patlama için açığa çıkarabiliriz.
"Neden E = mc ^ 2?" Bölümünü dinleyerek daha fazla bilgi edinin. iTunes'da ve //askaspaceman.com adresindeki web sitesinde bulunan A Spaceman podcast'ı sorun. Twitter'da #AskASpaceman'ı kullanarak veya Paul @PaulMattSutterand facebook.com/PaulMattSutter'ı takip ederek kendi sorunuzu sorun.
Facebook, Twitter ve Google + 'da Uzman Sesler konularını ve tartışmaları takip edin ve tartışmanın bir parçası olun. İfade edilen görüşler yazarın görüşleridir ve yayıncının görüşlerini yansıtmaz. Makalenin bu sürümü ilk olarak Canlı Bilim'de yayınlandı.