Что означает E = MC2?
Уравнение E = mc2 , пожалуй, самое известное уравнение в мире, а также одно из самых важных. Само уравнение было сформулировано Альбертом Эйнштейном в 1905 году, и оно быстро произвело революцию в нашем понимании Вселенной и того, как она работает.
В левой части уравнения Е обозначает энергию, а в правой части М обозначает массу, а С — это скорость света. Таким образом, само уравнение означает, что энергия равна массе, умноженной на квадрат скорости света. Проще говоря, известное уравнение Эйнштейна означает, что энергия и масса — практически одно и то же. Масса — это просто концентрированная энергия.
Хотя часто утверждается, что уравнение Эйнштейна означает, что энергия может быть преобразована в массу и наоборот, это не совсем так.
Скорее формула означает, что любое изменение массы объекта также подразумевает изменение его энергии. Изменяя массу чего-либо, вы также изменяете количество содержащейся в нем энергии.
Даже мельчайшие количества материи содержат огромное количество энергии, и легко понять почему, если взглянуть на уравнение.
Хотя масса объекта может быть небольшой, она умножается на квадрат скорости света. Скорость света составляет почти 300.000 километров в секунду, и, возведя это число в квадрат, мы получим 8,9 x 1016, или 8,9 с 16 нулями.
Даже если объект имеет чрезвычайно малую массу, количество содержащейся в нем энергии будет огромным.
Но почему скорость света квадратична? Причина в том, что кинетическая энергия или энергия движения пропорциональна массе. Когда вы ускоряете объект, кинетическая энергия увеличивается пропорционально квадрату скорости. Вы найдете отличный пример этого в любом руководстве по обучению водителей: если вы удвоите скорость, тормозной путь увеличится в четыре раза, поэтому тормозной путь будет равен квадрату скорости.
Одним из первых применений формулы Эйнштейна было то, что она могла объяснить, как Солнце и другие звезды производят энергию.
В центре каждой звезды ядра водорода сливаются, образуя гелий, и в процессе высвобождается огромное количество энергии. Каждую секунду Солнце превращает 600 миллионов тонн водорода в 596 миллионов тонн гелия. Недостающие 4 миллиона тонн — это энергия, выделяющаяся при ядерном синтезе.
Хотя уравнение Эйнштейна помогло понять Вселенную, возможно, не каждое его применение считается положительным. Понимание того, что масса это энергия и наоборот привело непосредственно к разработке ядерного оружия. Ядерная бомба применяет уравнение Эйнштейна, высвобождая количество энергии, содержащееся в небольшом количестве ядерной массы.
Пример.
Килограмм массы полностью превращается в 89.875.517.873.681.764 джоулей или в 24.965.421.632 киловатт-часов или в 21,48076431 мегатонн тротилового эквивалента или в примерно 21.4 миллиона Гигакалорий
Например, атомное оружие, использовавшееся во время Второй мировой войны, содержало менее одного грамма ядерного материала, но выделяло достаточно энергии, чтобы почти сровнять с землей целый город.
Однако не каждое ядерное применение имеет разрушительные последствия. Ядерные батареи часто используются в космических аппаратах, что позволило человечеству исследовать почти всю нашу солнечную систему. Будущие космические корабли продолжат использовать уравнение E = mc2 для дальнейшего исследования космоса.
Дополнительно: Эйнштейн и его статья 1905 года
Альберт Эйнштейн не формулировал именно это уравнение в своей статье 1905 года. «Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?» («Зависит ли инерция тела от его энергии?», опубликованной в Annalen der Physik 25-го сентября.
В этой статье говорится: «Если тело отдаёт энергию в виде L излучения, его масса уменьшается на L / c2, при этом излучение является кинетической энергией, и масса является понятием обыкновенной массы, использовавшемся в то время, тем же, что сегодня называется энергией покоя, либо инвариантной массой, в зависимости от контекста.
Именно разность масс «Δm» до и после ухода энергии равна L / c2, а не полная масса тела «m». В то время это было теоретическим заключением и не было проверено экспериментально.