Enerjiniz hayal gücünüzün ötesinde, bu cümle çok derin bir bilimsel gerçek içeriyor
Herkes bir cümle duymuştur ve buna aşinadır, yani: Enerjiniz hayal gücünüzün ötesindedir. Kulağa bir slogan gibi geliyordu ama içinde derin bir bilimsel gerçek var.
Master Newton'un teorisine göre, bir nesne hareketsizse ve ona bir saniye kuvvet uygularsanız, hızı saniyede 10 metre gibi bir değer kadar artacaktır. Şimdi aynı kuvveti tekrar uygulayın. Newton yasasına ve günlük deneyimine göre, hızı saniyede 10 metre daha artacak. Eylem tekrarlanırsa, nesnenin hızı kısıtlama olmaksızın daha hızlı ve daha hızlı hale gelecektir. Ancak Einstein buna inanıyordu Bir cismin hızını çok doğru bir şekilde ölçebilirseniz, cisim ilk kez hareketsiz durumdan saniyede 10 metre hıza çıkarsa, ikinci hızlanmadan sonra kuvvetle elde edilen hız artışının saniyede 10 metreden biraz daha az olacağını göreceksiniz. Saniyeler; hız arttıkça hızlanması gittikçe zorlaşır. Nesnenin hızı ışık hızına yakınsa, uygulanan kuvvet artık nesneyi neredeyse hiç hızlandırmayacaktır.
Karşılaştığımız nesnenin hızı ışık hızından çok daha düşük olduğu sürece, Newton yasası, makroskopik hareket yasasına çok benzer bir teoridir. Işık hızı saniyede 300.000 kilometre kadar yüksek olduğu için, Newton yasası günlük hayatta çok doğrudur; ancak hızları ışık hızının yüzde birine yakın olan parçacık hızlandırıcılardaki elektronları düşünürseniz, daha karmaşık bir Einstein kullanmanız gerekir. Teori.
Einstein'ın görelilik teorisinde, bir nesnenin hızı arttıkça kütlesi de artar. Işık hızına yaklaşıldığında kütle çok hızlı artacak ve nesnenin ivmeye karşı direncini artıracaktır. Sonunda, bir nesne ışık hızına ulaştığında, kütlesi sonsuz hale gelir. Öyleyse bir nesnenin kütlesi varsa, ışık hızına çıkarılamaz; ışık hızında hareket edebilen bir nesnenin, ışığın kendisi gibi kütlesi olmaması gerekir!
Eylemsizliğin hızla değiştiği gerçeğinin "sağduyumuza" uygun olmadığı doğrudur, ancak yıllarca süren yüksek enerjili fizik deneyleri onun gerçekliğini doğrulamıştır. CERN gibi yüksek enerjili laboratuarlarda madde parçacıkları yörünge boyunca uçarlar ve aniden ters yönde uçan antimadde ışınlarıyla çarpışırlar.Bu tür bir elektro-optik çakmaktaşı reaksiyonu ancak görelilik teorisinin tanıtılmasıyla incelenebilir. Enerji ve hareket arasındaki ilişki, Einstein'ın görelilik teorisi şaşırtıcı ve geniş kapsamlı bir sonuca götürür: Sabit bir nesnenin bile enerjisi vardır, ancak kendisini oluşturan atomların içinde hapsolmuştur. "E" enerjisinin değeri klasik bir denklem olarak ifade edilebilir: E = mc², burada m kütleyi ve c ışık hızını temsil eder. Bu maddenin içsel özelliğidir ve hareket haliyle hiçbir ilgisi yoktur.
Hareket halindeki nesneler için toplam enerji, kinetik enerjisini de içermelidir. Muhtemelen doğal düşünüyorsunuz, sadece kinetik enerji ve kütle enerjisi (mc²) ekleyin. Bu başlı başına bir sorun değildir, ancak cisim hareket ettiğinde kütlesi m artarak mc²'nin de değişmesine neden olur. Bu toplam enerjiyi hesaplama süreci çok külfetli olsa da, hareketli nesnenin toplam enerjisini E hesaplamanın sonucu çok basittir. Önce kinetik enerjinin karesini ve kütle enerjisinin (mc²) karesini toplayın; ikinci olarak bu toplamın karekökünü alın ve istediğiniz sonucu elde edin. Aşağıdaki örnek, bir nesne sabitken 4 joule enerjiye sahipse, ancak hareket ettikten sonra 3 joule kinetik enerjiye sahipse, toplam enerji 5 joule'dir (3'ün karesi artı 4'ün karesi 25'e eşittir; 25'in kökü 5'e eşittir) .
Bu toplam için görsel bir temsil kullanabilirsiniz: her bir tarafı her enerjiye karşılık gelebilecek bir dik üçgen çizin. Üçgenin alt tarafı kütle enerjisini (mc²), dikey kenar ise kinetik enerjiyi temsil eder. Daha sonra hipotenüs, nesnenin toplam enerjisini temsil eder. Eski mantramız olan "Üç iplik, dört tel ve beş iplik çengelini" düşünün, hareket eden bir nesnenin toplam enerjisini kolayca hesaplayabiliriz E: toplam enerji değerinin karesi, kütle enerjisinin karesi (mc²) artı kinetik enerjinin karesine eşittir. Attığımız her adım, ortadaki enerji çok büyüktür (enerjinizin hayal gücünüzü aştığı cümlesi bilimsel olarak temellidir).
Einstein'ın görelilik teorisindeki enerjinin doğasının tarifi şaşırtıcıdır. Birincisi, statik kütleli bir nesnenin içinde enerji mc² vardır. İkinci olarak, ışık hızında hareket eden bir foton gibi bir cisim kütlesi olmasa bile, hareket enerjiye sahip olmasına neden olacaktır. Toplam enerjinin korunumu nedeniyle, bir ışık demetindeki enerji, madde içinde hapsolmuş enerjiye dönüştürülebilir. İşlem tersine de çevrilebilir: Negatif bir elektron ve bir pozitron birbirlerini yok edebilir ve benzersiz enerjileri, ışık hızında fotonlar şeklinde dışarıya yayılır.
Işık en basit enerjidir ve saf enerjiden madde üretme meselesi neredeyse tanrısal bir işlem gibi görünür. Einstein'ın görelilik teorisi, enerjinin doğasının derin imalarıyla birleştiğinde, maddenin zamanın başlangıcında nasıl yaratıldığına dair ipuçları verir.
