משוואת איינשטיין, E = mc^2 1905

מה המשמעות של E=mc^2?

אנו יכולים לחשוב על מהירות האור כקבועה, כמו מכונית שנוסעת במהירות של 65 מייל לשעה על כביש מהיר. לא משנה כמה חזק תלחץ על דוושת הדלק, המכונית הזו לא תיסע מהר יותר. אתה לא יכול לשנות את מהירות האור על ידי דחיפה על משהו בכוח רב יותר או על ידי שינוי מיקום המכונית. מהירות האור היא, לכל דבר ועניין, קבועה. המשוואה המפורסמת של איינשטיין אומרת שמסה שווה לאנרגיה. זו פשוט דרך אחרת להגיד את אותו הדבר. המשוואה אומרת שאם יש לך מכונית או משהו עם מסה ואתה רוצה לשנות את המהירות שלה, אתה צריך להשקיע בה אנרגיה.

תוֹרַת הָיַחֲסוּת

המשוואה המפורסמת ביותר בפיזיקה, E=mc^2, פורסמה לראשונה על ידי איינשטיין בשנת 1905 במאמר שכותרתו "על האלקטרודינמיקה של גופים נעים". מאוחר יותר הוא קיבל את הכותרת "תורת היחסות המיוחדת" כאשר הוא פורסם בספר המכיל כמה מאמרים מאת איינשטיין. זה היה המאמר שבו הציג איינשטיין לראשונה את תורת היחסות הפרטית שלו, שבה העלה כמה טענות רדיקליות, כגון שמהירות האור זהה לכל הצופים, ללא קשר לתנועתם היחסית, וששום חלקיק אלקטרומגנטי לא יכול להיות מואץ למהירות האור. המשוואה המפורסמת ביותר במאמר היא E=mc^2, המרת אנרגיה-מסה. המשוואה עצמה תמוהה. מה הקשר בין האנרגיה של עצם למסה שלו? איינשטיין לא היה האדם הראשון שהבחין בקשר בין מסה לאנרגיה.

שוויון האנרגיה המונית

הרעיון שניתן להמיר אנרגיה למסה ולהיפך כבר היה ידוע לפיזיקאים. עם זאת, תרומתו של איינשטיין הייתה לשים לב שמנקודת מבט מתמטית גרידא, שני התהליכים שווים, וכי שקילות זו טבועה בחוקי הפיזיקה. ניתן לבטא את התובנה של איינשטיין באופן הבא: אם יש לנו כמות מסוימת של אנרגיה, נוכל לחשב את המסה של אותה אנרגיה באמצעות E=mc^2. אם יש לנו כמות מסוימת של מסה, נוכל לחשב את האנרגיה של אותה מסה באמצעות אותה משוואה. מכיוון שמדובר באותו חישוב בשני הקשרים שונים, אנו יכולים להסיק שקיים קשר עמוק בסיסי בין שני המושגים.

E=mc^2 והתוצאה שלו: האור מכופף על ידי כוח הכבידה

תורת היחסות הפרטית של איינשטיין גורסת ששום דבר לא יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור. הסיבה היא שכאשר עצם מתקרב למהירות האור, המסה שלו עולה, וכמות האנרגיה הדרושה להגברת מהירותו עולה עוד יותר. בסופו של דבר, כמות האנרגיה הדרושה כדי להאיץ את האובייקט למהירות האור היא אינסופית. לפיכך, אף עצם ביקום לא יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור. התיאוריה של איינשטיין גם חוזה שעצמים מסיביים, כמו השמש, מעוותים את מרקם המרחב-זמן. האור מושפע גם מהעקמומיות הזו במרחב-זמן, מה שאומר שקרן אור הנעה ליד השמש תוסט על ידי שדה הכבידה שלה. אסטרונומים אישרו את התחזית הזו, וראו שאור מכוכבים רחוקים העוברים ליד השמש כפוף מעט.

השלכות אחרות של תורת היחסות

רבות מהתחזיות של איינשטיין הן כעת עובדות מבוססות. לדוגמה, התיאוריה שלו קובעת שקיימים חורים שחורים, והם כן. תורת היחסות המיוחדת גם מנבאת שזרימת הזמן אינה אחידה אלא משתנה עם מהירות הצופה, תופעה המכונה התרחבות זמן. הרחבת הזמן אומתה במאיצי חלקיקים, שבהם שעון של חוקרת יתקתק לאט יותר כשהיא מאיץ לעבר מהירות האור. באופן כללי, התיאוריה של איינשטיין הצליחה מאוד. זה לא רק אומת בניסויים רבים, אלא גם הוביל לטכנולוגיות חדשות, כמו MRI. עם זאת, ישנם היבטים רבים של תורת היחסות שנותרו בלתי מוסברים או לא מוכחים.

סיכום

המשוואה המפורסמת של איינשטיין אומרת שמסה שווה לאנרגיה. זו פשוט דרך אחרת לומר את אותו הדבר. אם יש לנו כמות מסוימת של אנרגיה, נוכל לחשב את המסה שלה באמצעות E=mc^2. באופן דומה, אם יש לנו כמות מסוימת של מסה, נוכל לחשב את האנרגיה של אותה מסה באמצעות אותה משוואה. מכיוון שמדובר באותו חישוב בשני הקשרים שונים, אנו יכולים להסיק שקיים קשר עמוק בסיסי בין שני המושגים. המשוואה המפורסמת ביותר במאמר זה היא E=mc^2, המרת אנרגיה-מסה. המשוואה עצמה תמוהה. מה הקשר בין האנרגיה של עצם למסה שלו? התובנה של איינשטיין הייתה שיש קשר עמוק ביסוד בין שני המושגים ושהקשר הזה טבוע בחוקי הפיזיקה.