قرن ها بود که دانشمندان اعتقاد داشتند که انرژی و جرم به کلی متفاوت اند، اما آلبرت اینشتین نشان داد که جرم و انرژی موجودیتی واحدند. این معادله معروفترین معادله ی فیزیک است و نتیجه ی نسبیت خاص اینشتین است.
به گزارش بیگ بنگ، اینشتین نخست نشان داد افزایش لختی۱ جسم هم ارز است با افزایش انرژی آن، اما در چارچوبی که همراه ذره حرکت می کند، ذره ساکن است. پس هر چه دارد جرم است، چیزی که معمولا جرم سکون نامیده می شود. چون این دو چارچوب لخت هم ارزند، چیزی که در یک چارچوب جرم می نامیم و چیزی که در چارچوب دیگر انرژی می نامیم، باید یک چیز باشند پس جرم و انرژی واقعا هم ارزند. شواهد نظری که به هنگام پیشنهاد فرمول E=MC۲ در دست اینشتین بود، به سهیم بودن انرژی در جرم دلالت داشت. برابر نهادن تمام جرم با انرژی کاری بود که نوعی اعتقاد زیبا شناختی طلب می کرد که آن هم خصوصیت بارز اینشتین بود.
مشهورترین معادله جهان نشان می دهد جرم و انرژی به یکدیگر قابل تبدیل اند. (انرژی هر جسم (E) برابر است با حاصل ضرب جرم(M) آن جسم در مجذور سرعت نور(C). این رابطه این حقیقت را بیان می کند که جرم-انرژی می تواند بر حسب واحد انرژی(E)،یا بطور معادل با واحد جرم(M=E/C۲) بیان شود. در حقیقت جرمی که به اشکال مختلف انرژی نسبت می دهیم، دارای تمام خواصی است که به جرم نسبت می دهیم. یکی از مهمترین خواص انرژی تبدیل پذیری آن به انواع مختلف انرژی است و در این معادله این ادعا نهفته است که تمام جرم یک ذره می تواند به انرژی تبدیل شود و هر شکلی از انرژی دارای جرمی معادل است.
طبق این معادله در هرگرم جرم ۲۰^۱۰×۹ Ergs۲، انرژی نهفته است، چیزی در حدود انرژی بمب هیروشیما(۲۰ کیلوتن)۳. بخش بسیار کوچکی از این انرژی به حرکت گرمایی مولکول های تشکیل دهنده ی ذره مربوط می شود و می توان آن را به صورت گرما آزاد کرد، بخشی در نیروهای چسبندگی بین مولکولی و بین اتمی قرار دارد که بعضی اوقات می توان در انفجارهای شیمیایی آن را آزاد کرد، بخش دیگر ممکن است در اتم های برانگیخته باشد و بصورت تابش گسیل شود، مقدار بیشتری هم در پیوند های هسته ای قرار دارد و گاهی می توان ان را آزاد کرد، چنانکه در بمب اتمی این کار را می کنیم.
اما بخش بسیار بزرگ انرژی(حدود ۹۹%) در جرم ذرات نهایی نهفته است، این بخش انرژی را هم در شرایط مناسب می توان آزاد ساخت، مثلا در شرایطی که ماده و پادماده۴ یکدیگر را نابود می کنند. از هم ارزی جرم و انرژی می توان نتیجه مفید دیگری نیز بدست آورد، زیرا اکنون اصل کلی پایستگی انرژی، اصل کلی دیگری را نیز در بر می گیرد و آن پایستگی جرم است.
در حقیقت می توان گفت که هم ارزی جرم و انرژی که به یک مفهوم واحد، یعنی جرم-انرژی منتهی می شود، یکی از عملی ترین نتیجه نظریه نسبیت محسوب می شود. به طوری که چگونگی واکنشها و فرایند های مربوط فروپاشی هسته ای، این واقعیت را نشان می دهند که نه جرم و نه انرژی، آنگونه که در نظریه کلاسیک درک می شوند به طور جداگانه پایسته نمی مانند. بنابراین در این نظریه می بینیم که قانون پایستگی برای جرم-انرژی مطرح می شود. امروزه بشر می تواند، جرم-انرژی در حال سکون را به انرژی حرارتی تبدیل نماید؛ شکافت و گداخت هسته ای در حقیقت روش های این تبدیل می باشند. این معادله خارق العاده از راه کاربرد های عملی (مانند نیروگاه های هسته ای ) و نتایج نظری متعددی تایید شده است. آلبرت اینشتین-که به گفته بسیاری نابغه ای بی همتا است- این معادله را مهمترین نتیجه نظریه نسبیت خاص خود می دانست.
پی نوشت:
۱- لختی یا اینرسی: مقاومتی که جسم در مقابل تغییر حالت از خود نشان می دهد
۲- Ergs: یکای انرژی
۳- کیلوتن: هرکیلوتن معادل هزارتن است.
۴- پادماده(Antimatter): هر نوع از ذرات مادی، پاد ذره متناظری داراست.
منابع:
نسبیت خاص و عام و کیهان شناختی/ نوشته ولفگانگ ریندلر
آشنایی با نسبیت خاص/ نوشته رابرت رزنیک
آیا اینشتین درست می گفت؟/ نوشته کلیفورد ام.ویل
قوانین، نظریه های علمی و چیزهای دیگر/ نوشته سورندرا وارما
