Kāpēc E = Mc ^ 2?

{h1}

Astrofiziķis pols suters apburoši aplūko zinātni, kas atrodas aiz einšteina slavenā e = mc2 vienādojuma.

Pols Sutters ir Ohaio štata universitātes astrofiziķis un COSI zinātnes centra galvenais zinātnieks. Sutters ir arī Podcast epizožu Jautājiet Spaceman un RealSpace, kā arī YouTube sērijas Space In Your Face. Sutters pievienoja šo rakstu WordsSideKick.com ekspertu balsīm: Op-Ed & Insights.

Uzspēlēsim spēli! Gaismas ātrums ir tikai skaitlis, vai ne? Ja, piemēram, definējat savas vienības, kas ir "metrs" un "otrais", varat teikt, ka gaismas ātrums ir ap 300 000 000 metru sekundē. Vai 670 000 000 "jūdžu" stundā "neatkarīgi no tā, kas tās ir.

Ko darīt, ja tā vietā mēs vienkārši teiktu, ka gaismas ātrums ir vienāds ar… 1. Tikai 1. Tātad, 1 kas? Es teicu: tikai 1. Ne jūdzes, ne sekundes, ne divas nedēļas, ne līgas. Tikai… 1. Mums ir atļauts to darīt, jo tas ir tikai numurs, un mēs izvēlamies sistēmu, kurā ātrumam nav vienību. Šajā sistēmā reaktīvā lidmašīna kruīza gliemeža tempā 0,000001 jeb 0,0001 procentu no gaismas ātruma. Divi no ātrākajiem cilvēku radītiem objektiem, Helios zondes, tuvinājās Saules sistēmai ar pēriens 0.00025! Paskaties, lai viņi aiziet!

Tagad, kad mēs esam definējuši gaismas ātrumu kā 1, apskatīsim slavenāko vienādojumu fizikā: E = mc2. [Infografika: Kā darbojas Einšteina E = mc ^ 2]

Mēs zinām visus bitus, bet atsvaidzināsim: E ir enerģija, m ir paredzēts masai un c ir cpastāvīgs gaismas ātrums. Bet mūsu jaunuzņemtajā vienību sistēmā (ko sauc par tehniski domājošiem, ģeometrizētas vienības), c ir 1 un šī slavenā vienādojuma būtība ir šāda:

E = m.

Es pat to izskaidrošu:

Enerģija = masa.

Cilvēki, tas nekļūst skaidrāks. Enerģija ir masa. Masa ir enerģija. Viņi ir līdzvērtīgi; viņi ir vienādi. Viņi ir viens un tas pats.

Pagaidi, pagaidi, pagaidi, tu saki, kad aizdomīgi skaties uz mani. Kas par gaismu? Fotoniem nav nekādas masas, taču tiem, protams, ir daudz enerģijas. Kā citādi augi ēd?

Ja esat aktuāls eksperts - pētnieks, biznesa vadītājs, autors vai novators - un vēlaties sniegt ieguldījumu op-ed, rakstiet mums šeit.

Ja esat aktuāls eksperts - pētnieks, biznesa vadītājs, autors vai novators - un vēlaties sniegt ieguldījumu op-ed, rakstiet mums šeit.

Jums taisnība, fotoniem nav masas. Bet viņiem ir impulss, kas ir tāds, kā tādas lietas kā gaismas buras (sauktas arī par saules buras) iegūst nepieciešamo informāciju, lai slīdētu ap Saules sistēmu: Viņu piedziņa rodas no saules starojuma spiediena. Un impulsam ir enerģija. Bet kur ir impulss E = m? Izskatās, ka mums nav pietiekami daudz burtu, lai to iespiestu.

Neskaidrības rodas no burta "m", ko lieto E = m. Mēs parasti domājam par "masu" kā kaut ko konkrētu un vienkāršu. Turiet rokā klinšu; tai ir masa. Mest to, un tam ir masa un impulss. Bet tas tā ir "m" E = m. Tā vietā, kad Einšteins pierakstīja šo vienādojumu, viņš domāja kaut ko atšķirīgu, ko parasti dēvēja par “relativistisko masu”. [8 veidi, kā jūs varat redzēt Einšteina relativitātes teoriju reālajā dzīvē]

Mūsdienās šo terminu nelieto tik daudz, jo tas izraisa tik lielu galvas skrāpēšanu.

Paņemsim soli atpakaļ un redzēsim, ko domāja Einšteins.

Jūs atceraties bērnudārza līmeņa īpašo relativitāti un dzirdēt tādas lietas kā "nav iespējams pārvietoties ar gaismas ātrumu, jo, jo ātrāk kaut kas aiziet, jo lielāka masa tam ir. Lai sasniegtu gaismas ātrumu, tam ir bezgalīga masa, tāpēc tas būtu neiespējami virzīt! " Jā, labi, ka ir pienācis laiks pirmās pakāpes īpašajai relativitātei.

Mūsu Visuma pamatelements ir tas, ka tur ir universāls (un es to tiešām domāju universāls) ātruma ierobežojums: tāds pats ātrums, kādu iet gaisma. Neatkarīgi no tā, jūs nekad nevarat uzlauzt šo ātrumu. Redzēsim, kā tas praktiski izdodas:

Teiksim, ka es tev iedodu jauku, pārliecinošu spiedzienu un sūtu tev lidot prom ar ātrumu 0.9 - tas ir, 9/10 gaismas ātrums. Ko darīt, ja es tevi pieķeršu un iedodu tieši tāds pats shove, atkal. Jūs nedrīkstat sasniegt 18/10 gaismas ātrumu, jo tas nav atļauts. Jūs saņemsit tuvāk līdz gaismas ātrumam, bet nekad to nešķērsojiet. Tātad tieši tāda paša spēka ietekmē, kādu es ietekmēju jūsu bezcerīgo sevi, es jūs tik ātri nevirzu. Man par bumbiņu mazāk sprādziena.

Un, jo tuvāk jūs nokļūsit gaismas ātrumā, jo mazāk efektīvi būs mani rādījumi: pirmais jums var sasniegt 0,9, tad otrais līdz 0,99, tad 0,999, tad 0,9999. Katru reizi samazinās ienesīgums. Patiesībā tā ir it kā tu kļūsti masīvāks. Tieši to nozīmē vairāk masu: jums ir grūtāk virzīt.

Tātad, kas notiek? Atbilde ir enerģija. Jums joprojām ir tā pati vecā, parastā, ikdienas atpūtas masa, kāda jums vienmēr bija. Bet jūs tiešām ejat, tiešām ātri. Un šim ātrumam ir saistīta enerģija - kinētiskā enerģija. Tātad tas ir tāpat kā visa kinētiskā enerģija darbojas piemēram, papildu masa; Jebkurā gadījumā es to uzskatu, ka jums ir grūtāk virzīties, jo ir noteikts pamata ātruma ierobežojums.

Citiem vārdiem sakot, jūs varat teikt, ka enerģija ir masa. Ha, whaddaya zina.

Atpakaļ pie "m" ar E = m. Kad fiziķi pirmo reizi sāka spēlēt ar šiem vienādojumiem, viņi labi zināja universālo ātruma ierobežojumu un tā neintuitīvās sekas, ka jums ir grūtāk virzīt, jo ātrāk braucat. Viņi iekapsulēja šo jēdzienu vienā mainīgā lielumā: relativistiskajā masā, kas apvieno gan parasto, gan ikdienas masu, gan "efektīvo" masu, kuru jūs iegūstat, noslogojot kinētisko enerģiju.

Sadalot "m" dažādās daļās, mēs iegūstam:

E2 = m2 + lpp2

Vai arī atgriežot mūsu draugu c:

E2 = m2c4 + lpp2c2

Un mums ir vēl viens personāžs, kurš iestājas partijā: lpp, lai iegūtu impulsu. Fotoniem nav masas, bet tiem ir impulss, tāpēc viņi joprojām saņem enerģiju.

Šajā skatījumā masa ir sava veida enerģija. Bet es tikko iepriekš teicu, ka enerģija darbojas kā masa. Kas par lietu? Vai mēs tikai runājam aprindās?

Nē. Masa ir enerģija. Enerģija ir masa. Jūs varat skaitīt lietas enerģētiski vai masveidā. Tam nav nozīmes. Viņi ir viens un tas pats.

Karsta kafijas tase burtiski sver vairāk nekā auksta tasīte. Ātri braucošs kosmosa kuģis burtiski sver vairāk nekā lēns. Akmens - vai atoma kodols - ir kompakta, sasaistīta enerģijas bumba, un dažreiz mēs varam šo enerģiju nomierināt, lai sasniegtu lielu uzplaukumu.

Uzziniet vairāk, noklausoties epizodi "Kāpēc E = mc ^ 2?" Podcast apraidē Ask A Spaceman, kas pieejama iTunes un tīmeklī vietnē //askaspaceman.com. Uzdodiet savu jautājumu čivināt, izmantojot #AskASpaceman vai sekojot Polam @PaulMattSutterand facebook.com/PaulMattSutter.

Sekojiet visiem ekspertu balsu jautājumiem un debatēm - un kļūstiet par diskusijas daļu - Facebook, Twitter un Google+. Paustie uzskati ir autora viedokļi, un tie ne vienmēr atspoguļo izdevēja uzskatus. Šī raksta versija sākotnēji tika publicēta vietnē WordsSideKick.com.


Video Papildinājums: Cik kaitīga ir pārtika, ko ikdienā ēdam? E-vielu tests.




Pētniecība


Ko Globālā Sasilšana Nodarīs Vīna Nozarei?
Ko Globālā Sasilšana Nodarīs Vīna Nozarei?

Neparastas Baktērijas Oglekli Okeānā Apbēra
Neparastas Baktērijas Oglekli Okeānā Apbēra

Zinātne Ziņas


Pārsteidzoša Seksa Uzvedība, Kas Atrodama Sikspārņiem
Pārsteidzoša Seksa Uzvedība, Kas Atrodama Sikspārņiem

Jūsu Smadzenes: Vai Cilvēki Ir Stingri Vadīti Par Dāsnumu?
Jūsu Smadzenes: Vai Cilvēki Ir Stingri Vadīti Par Dāsnumu?

Pat Mazuļi Zina Rokenrolu
Pat Mazuļi Zina Rokenrolu

Bailīgie Bērni Nevar Atdalīt Fantāziju No Realitātes
Bailīgie Bērni Nevar Atdalīt Fantāziju No Realitātes

Atklāts Karaļa Džeimsa Bībeles Vecākais Melnraksts, Saka Vēsturnieks
Atklāts Karaļa Džeimsa Bībeles Vecākais Melnraksts, Saka Vēsturnieks


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com