Waarom Is E = Mc ^ 2?

{h1}

Astrofysicus paul sutter geeft een prachtige kijk op de wetenschap achter de beroemde e = mc2-vergelijking van einstein.

Paul Sutter is astrofysicus aan de Ohio State University en de hoofdwetenschapper bij COSI Science Center. Sutter is ook gastheer van de podcasts Ask a Spaceman en RealSpace, en de YouTube-serie Space In Your Face. Sutter heeft dit artikel bijgedragen aan de Expert Voices van WordsSideKick.com: Op-Ed & Insights.

Laten we een spelletje spelen! De snelheid van het licht is slechts een cijfer, toch? Als u bijvoorbeeld uw eenheden definieert, wat een 'meter' en een 'tweede' zijn, kunt u zeggen dat de lichtsnelheid ongeveer 300.000.000 meter per seconde is. Of 670.000.000 "mijlen" per "uur", wat die ook zijn.

Wat als we in plaats daarvan net zeiden dat de snelheid van het licht gelijk was aan... 1. Slechts 1. Dus, 1 wat? Ik zei: slechts 1. Geen mijlen, geen seconden, geen veertien dagen, geen competities. Maar 1. We mogen het doen, want het is maar een nummer en we kiezen een systeem waarbij snelheid geen eenheden heeft. In dit systeem cruises een straallijnvliegtuig met een slakkengang van 0.000001, of 0.0001 procent van de snelheid van het licht. Twee van de snelste door mensen gemaakte objecten, de Helios-sondes, zoemden rond het zonnestelsel op maar liefst 0.00025! Kijk naar ze gaan!

Nu we de lichtsnelheid hebben gedefinieerd als 1, laten we dan de meest bekende vergelijking in de natuurkunde bekijken: E = mc2. [Infographic: Hoe Einstein's E = mc ^ 2 werkt]

We kennen alle bits, maar laten we vernieuwen: E is voor energie, m is voor massa en c is de constante lichtsnelheid. Maar in ons nieuwerwetse eenheidssysteem (genoemd, voor de technisch ingestelde, ge geometriseerde eenheden), c is gelijk aan 1, en die beroemde vergelijking komt neer op zijn essentie:

E = m.

Ik zal het zelfs spellen:

Energie = massa.

Het wordt niet duidelijker dan dat, mensen. Energie is massa. Massa is energie. Ze zijn gelijkwaardig; ze zijn gelijk. Ze zijn hetzelfde.

Wacht, wacht, wacht, zeg je terwijl je me achterdochtig aankijkt. Hoe zit het met licht? Fotonen hebben geen massa, maar ze hebben wel genoeg energie. Hoe eten planten anders?

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

Je hebt gelijk, fotonen hebben geen massa. Maar ze hebben wel momentum, dat is hoe dingen zoals lichtzeilen (ook wel zonne-zeilen genoemd) de uitstraling krijgen die ze nodig hebben om door het zonnestelsel te glijden: hun voortstuwing komt van de stralingsdruk van de zon. En momentum heeft energie. Maar waar is het momentum in E = m? Het ziet er naar uit dat we niet genoeg letters hebben om het in te pakken.

De verwarring komt voort uit de "m" gebruikt in E = m. Normaal denken we van 'massa' als iets concreets en eenvoudigs. Houd een steen in je hand; het heeft massa. Gooi het en het heeft massa en momentum. Maar dat is niet de "m" in E = m. In plaats daarvan, toen Einstein die vergelijking schreef, bedoelde hij iets anders, meestal aangeduid als 'relativistische massa'. [8 manieren waarop je de relativiteitstheorie van Einstein in het echte leven kunt zien]

Die term wordt tegenwoordig niet zo veel gebruikt, omdat het zoveel hoofd krabt.

Laten we een stapje terug doen en kijken wat Einstein dacht.

Je herinnert je speciale relativiteit op kleuterschoolniveau en het horen van dingen als "het is onmogelijk om met de snelheid van het licht te bewegen, want hoe sneller iets gaat, hoe meer massa het heeft. Om de snelheid van het licht te bereiken, heeft het oneindige massa, dus het is zou onmogelijk te duwen zijn! " Ja, nu is het tijd voor speciale relativiteit van het eerste niveau.

Een fundamenteel aspect van ons universum is dat er een universele is (en dat meen ik ook echt universeel) snelheidslimiet: dezelfde snelheid als het licht. Wat er ook gebeurt, je kunt die snelheid nooit kraken. Laten we eens kijken hoe dat in de praktijk verloopt:

Laten we zeggen dat ik je een mooie, solide duw geef en stuur je wegvliegend op 0,9 - dat is, 9 / 10e de snelheid van het licht. Wat als ik je inhaal en je geef exact dezelfde shove, opnieuw. Je gaat niet 18 / 10e de snelheid van het licht, omdat dat niet is toegestaan. Je zult het krijgen dichterbij naar de snelheid van het licht, maar nooit oversteken. Dus voor precies dezelfde kracht die ik op je hopeloze zelf beinvloeden, verplaats ik je niet zo snel. Ik krijg minder waar voor je geld.

En hoe dichter je bij de snelheid van het licht komt, hoe minder effectief mijn shoves zullen zijn: de eerste kan je naar 0,9 brengen, vervolgens de tweede naar 0,99, dan naar 0,999 en vervolgens naar 0,9999. Elke keer minder winst. Sterker nog, het is alsof je werd massiever. Dat is precies wat meer massa betekent: je wordt moeilijker te duwen.

Dus wat is er aan de hand? Het antwoord is energie. Je hebt nog steeds dezelfde oude normale, dagelijkse rustmassa die je altijd had. Maar je gaat echt, werkelijk snel. En die snelheid heeft er een energie aan verbonden - kinetische energie. Dus het is net als al die kinetische energie acteren zoals extra massa; hoe dan ook ik tel het, je wordt moeilijker te duwen, vanwege die fundamentele snelheidslimiet.

Met andere woorden, je kunt zeggen dat energie massa is. Huh, weet het.

Terug naar de "m" in E = m. Toen natuurkundigen voor het eerst met die vergelijkingen begonnen te spelen, waren ze zich goed bewust van de universele snelheidslimiet en de niet-intuïtieve consequentie dat je harder wordt om sneller te gaan.Daarom hebben ze dat concept samengevat in één enkele variabele: de relativistische massa, die zowel de normale, dagelijkse massa als de "effectieve" massa combineert die je krijgt door het hebben van veel kinetische energie.

Wanneer we "m" opdelen in zijn verschillende delen, krijgen we:

E2 = m2 + p2

Of onze vriend c terugbrengen:

E2 = m2c4 + p2c2

En we hebben een ander personage dat lid wordt van het feest: p, voor momentum. Fotonen hebben geen massa, maar ze hebben wel momentum, dus ze krijgen nog steeds energie.

In deze visie is massa een soort energie. Maar ik zei net hierboven dat energie als massa werkt. Wat is er aan de hand? Spreken we gewoon in cirkels?

Nee. Massa is energie. Energie is massa. Je kunt dingen energie- of massa-gerelateerd tellen. Het maakt niet uit. Ze zijn hetzelfde.

Een warme kop koffie weegt letterlijk meer dan een koude kop. Een snel bewegend ruimteschip weegt letterlijk meer dan een traag ruimteschip. Een rots - of een atoomkern - is een compacte, gebundelde energiebal, en soms kunnen we wat van die energie pesten voor een grote hausse.

Lees meer door te luisteren naar de aflevering "Waarom is E = mc ^ 2?" op de Ask A Spaceman-podcast, beschikbaar op iTunes en op internet op askaspaceman.com. Stel je eigen vraag op Twitter met #AskASpaceman of door Paul @PaulMattSutterand facebook.com/PaulMattSutter te volgen.

Volg alle Expert Voices-problemen en debatten - en deel uitmaken van de discussie - op Facebook, Twitter en Google+. De weergegeven meningen zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de mening van de uitgever. Deze versie van het artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Relativiteitstheorie van Einstein: eenvoudig uitgelegd.




Onderzoek


Jagen Op Kunstmest Om Hints Van Het Vroege Leven Te Vinden
Jagen Op Kunstmest Om Hints Van Het Vroege Leven Te Vinden

Kan Water Natuurlijk Naar Boven Stromen?
Kan Water Natuurlijk Naar Boven Stromen?

Science Nieuws


Exclusief: Gerechtsgebouw 'Ghost' Video Mystery Solved
Exclusief: Gerechtsgebouw 'Ghost' Video Mystery Solved

Hoe De Goblin Aero Werkt
Hoe De Goblin Aero Werkt

Deze 7 Dieren Zouden Het Absoluut Verpletteren Tijdens De Olympische Winterspelen
Deze 7 Dieren Zouden Het Absoluut Verpletteren Tijdens De Olympische Winterspelen

1969 Fireball Meteorite Onthult New Ancient Mineral
1969 Fireball Meteorite Onthult New Ancient Mineral

Wat Is De 'Vogels En De Bijen'?
Wat Is De 'Vogels En De Bijen'?


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com