Sisältö
E = mc neliö on fysiikan tunnetuin kaava. Sitä kutsutaan usein massienergian ekvivalenssin teoriaksi. Useimmat ihmiset tietävät, että Albert Einstein kehitti sen, mutta harvoilla on aavistustakaan, mitä se tarkoittaa. Pohjimmiltaan Einstein keksi suhteen aineen ja energian välillä. Hänen nero ymmärsi, että aine voidaan muuttaa energiaksi ja energia aineeksi.
Henkilöllisyystodistus
Kaavan "E" tarkoittaa energiaa, mitattuna yksikköinä nimeltään ergs. "M" edustaa massaa grammoina. "C" on valon nopeus, mitattuna senttimereinä sekunnissa. Kun valon nopeus kerrotaan itsestään (neliö) ja kerrotaan massalla, tulos on erittäin suuri luku. Se osoittaa, että pieneenkin massaan tallennettu energia on valtava.
fuusio
Yksi tapa massaenergian vapautumiseen on atomien, jotka muodostavat tämän massan, sulautuvat yhteen. Näin tapahtuu joskus luonnossa. Esimerkiksi tähdessä kaksi vetyatomia voidaan ajaa yhdessä niin suurella nopeudella, että niiden ytimessä olevat yksittäiset protonit sulautuvat yhteen muodostaen heliumiatomin kahdella protonilla. Prosessi muuttaa energiaksi noin 7 prosenttia alkuperäisestä massasta. Tämä voidaan laskea kaavalla E = mc ruudussa. Prosessia kutsutaan ydinfuusioksi. Näemme sen ihmisen tekemissä laitteissa, kuten hiukkaskiihdyttimissä ja ydinpommeissa.
Fissio
Toinen tapa massaenergian vapautumiseen on massan sisällä olevien atomien erottuminen. Tätä tapahtuu myös luonnossa. Esimerkiksi uraani on radioaktiivinen alkuaine. Tämä tarkoittaa, että se on hajonnut. Ytimessä on 92 protonia. Kaikki heistä ovat positiivisesti latautuneet ja yrittävät päästä eroon toisistaan. Tämä on samanlainen kuin kaksi magneettia, joilla on sama napaisuus toisiaan hylkivä. Kun uraaniatomit menettävät protonit, niistä tulee muita elementtejä. Kun lisäät uuden ytimen painon ulostyöntyneiden protonien painoon, tulos on hiukan kevyempi kuin alkuperäinen uraaniatomi. Kadotettu massa muuttuu energiaksi. Siksi radioaktiiviset elementit vapauttavat lämpöä ja valoa. Tätä kutsutaan ydinfissioon. Luotu energia voidaan laskea myös kaavalla E = mc neliöllä.
Aine ja antimateria
Protonit ja elektronit, jotka muodostavat maailmankaikkeuden, ovat “peilikuvan” serkkuja, joita kutsutaan antiprotoneiksi ja positroniksi; näillä hiukkasilla on sama massa, mutta päinvastainen sähkövaraus. Mielenkiintoista on, että kun normaali hiukkanen törmää törmäykseen antimateriaalisen kaksostaansa, ne pyyhkäisevät toisiaan muuttaen kaiken massansa energiaksi. Koska E = mc on neliö, energian vapautuminen on valtava. Onneksi universumissamme on hyvin vähän antimateriaa, mikä tekee nämä törmäykset harvinaisiksi.
Historia
Einsteins-teoria mullisti tapaa, jolla ihmiset näkivät maailmankaikkeuden. Se liittyi massan ja energian käsitteisiin, joiden aiemmin ajateltiin olevan täysin erillisiä. Einstein osoitti, että massa voidaan muuttaa energiaksi ja energiasta voi tulla massa. Ymmärrämme nyt enemmän siitä, miksi tähdet loistavat, mustien reikien luonteesta ja maailmankaikkeuden luomisesta E = mc: n ansiosta. Kaavan tumma puoli on sen käyttö ydinaseiden kehittämisessä. Itse asiassa Einstein itse kehotti ensimmäisen atomipommin kehittämistä ennen kuin Amerikan sotaviholliset pystyivät.