الفيزياء

ماذا تعني حقًا معادلة أينشتاين الشهيرة؟

تظهر معادلة أينشتاين E = mc² في كل شيء بدءًا من قبعات البيسبول وحتى الملصقات الواقية من الصدمات. إنه حتى عنوان ألبوم ماريا كاري لعام 2008. ولكن ماذا تعني حقًا معادلة ألبرت أينشتاين الشهيرة؟

بالنسبة للمبتدئين ، يرمز الحرف E إلى الطاقة بينما يرمز الحرف m إلى الكتلة ، وهو تعبير عن كمية المادة. الطاقة والمادة قابلتان للتبادل. علاوة على ذلك ، من الضروري أن نتذكر أن هناك كمية محددة من الطاقة / المادة في الكون.

إذا سبق لك أن قرأت كتاب الأطفال للدكتور سوس "The Sneetches" ، فربما تتذكر كيف أن الشخصيات الصفراء الشبيهة بالطيور في القصة تمر عبر آلة لتتغير ذهابًا وإيابًا بين "بطون بشكل النجوم" و "بطون عادية" . " يظل عدد الطيور ثابتًا طوال القصة ، لكن النسبة بين الطيور العادية والطيور النجومية تتغير. إنها نفس الطريقة مع الطاقة والمادة. يبقى المجموع الكلي ثابتًا ، لكن الطاقة تتغير بانتظام من شكلها كطاقة إلى مادة ومادة إلى طاقة.

نصل الآن إلى الجزء من المعادلة ، والذي يخدم نفس الغرض مثل ماكينات Star-on و star-off في "The Sneetches". يرمز c إلى سرعة الضوء ، وهو ثابت عالمي ، لذا تُقرأ المعادلة بأكملها على انها: الطاقة تساوي المادة مضروبة في مربع سرعة الضوء.

لماذا تحتاج إلى ضرب المادة بسرعة الضوء لإنتاج الطاقة؟ والسبب أن الطاقة ، سواء كانت موجات ضوئية أو إشعاعية ، تنتقل بسرعة الضوء. يعني ذلك إلى 186000 ميل في الثانية (300000 كيلومتر في الثانية). عندما نشطر ذرة داخل محطة طاقة نووية أو قنبلة ذرية ، تنطلق الطاقة الناتجة بسرعة الضوء.

لكن لماذا سرعة الضوء تربيع؟ والسبب هو أن الطاقة الحركية ، أو طاقة الحركة ، تتناسب مع الكتلة. عندما تقوم بتسريع جسم ما ، تزداد الطاقة الحركية لتتناسب مع مربع السرعة. ستجد مثالًا ممتازًا على ذلك في أي دليل تعليمي للسائق: إذا ضاعفت سرعتك ، فإن مسافة الكبح تكون أطول بأربع مرات ، وبالتالي فإن مسافة الكبح تساوي مربع.

تربيع سرعة الضوء هي رقم هائل ، يوضح مقدار الطاقة الموجودة حتى في كميات ضئيلة من المادة. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك أن جرامًا واحدًا من الماء - إذا تم تحويل كتلته الكاملة إلى طاقة نقية عبر E = mc² ، يحتوي على قدر من الطاقة يعادل 20000 طن (18143 طنًا متريًا) من انفجار مادة تي إن تي. لهذا السبب يمكن لمثل هذه الكمية الصغيرة من اليورانيوم أو البلوتونيوم أن تنتج مثل هذا الانفجار الذري الهائل.

فتحت معادلة أينشتاين الباب أمام العديد من التطورات التكنولوجية ، من الطاقة النووية والطب النووي إلى التفاعلات الداخلية للشمس ، فهي توضح لنا أن المادة والطاقة واحد.

المصدر

النشرة البريدية

الرجاء تعبئة التفاصيل ادناه لتلقي نشرتنا البريدية