معنای واقعی E=mc^2 چیست؟

بیگ بنگ: یک حقیقت عجیب که احتمالاً نمی‌دانستید – جرم هیدروژن، از مجموع جرم‌های پروتون و الکترونی که ذرات تشکیل‌دهنده‌ی آن هستند، کمتر است. نه تنها هیدروژن، بلکه جرم تمام عناصر جدول تناوبی از مجموع اجزاء سازنده‌ خود کمتر است.

حالا یک چالش ذهنی دیگر: اگر دو جسم، که اجزاء سازندشان تا اتم‌هایشان یکسان باشد داشته باشیم، این دو جسم به احتمال زیاد اجرام متفاوت خواهند داشت. چرا؟ پاسخ تمام این سوالات، در دل مشهورترین رابطه‌ی فیزیک است: E=mc^2

همانطور که در ویدیو می‌بینیم، جرم چیزی که از اجزای کوچک‌تری تشکیل شده، با مجموع اجرام آن اجزاء برابر نیست. اگر می‌خواهید از جرم حقیقی ماده سر درآورید، باید به نوع کنار هم قرار گرفتن اجزاء، و حرکت این اجزاء در شی بزرگ‌تر توجه کنید. به عنوان مثال، اگر به اینشتین دو ساعت دقیق می‌دادید –و منظور من از دقیق در حد اتمی است – اما فقط یکی از این دو ساعت کار کند، اینشتین به شما می‌گوید ساعتی که کار می‌کند، جرم بیشتری نسبت به ساعتی که کار نمی‌کند دارد. دلیل این امر چیست؟

تمام انرژی‌ جنبشی حرکت عقربه، انرژی پتانسیل فنرها، و اصطکاک چرخ‌دنده‌ها، براساس قانون E=mc^2 باعث افزایش جرم می‌شوند. اما در همین حین که تمام تمرکزتان را روی عبارت “انرژی پتانسیل برابر است با جرم اضافه” معطوف کرده‌اید، داستان کمتر بودن جرم هیدروژن از اجزای سازنده‌اش را به خاطر آورید. ظاهراً، انرژی پتانسیل می‌تواند منفی هم باشد. اما چطور ممکن است؟ آنطور که در ویدیو توضیح داده می‌شود، فاصله‌ی بسیار ناچیز پروتون و الکترون در اتم هیدروژن باعث کاهش انرژی پتانسیل، حتی تا زیر صفر و مقادیر منفی می‌شود:

دانلود ویدئو

البته از گردش الکترون به دور پروتون، انرژی جنبشی تولید می‌شود، اما حتی این انرژی برای برگرداندن مجموع به صفر کافی نیست. این گزاره درباره‌ی تک تک عناصر جدول تناوبی نیز صادق است. اما اگر خیلی ریز شویم و به جمع جرم‌های اجزاء سازنده‌ی پروتون و الکترون، یعنی کوارک بنگریم، چطور؟ و اگر طبق مدل‌های فیزیکی، خود کوارک‌ها از ذرات بنیادی‌تر تشکیل نشده‌اند، اصلاً کوارک‌ها جرمشان را از کجا می‌آورند؟ نترسید، ویدیوی بالا از PBS Space Time پاسخ تمام این سوالات را می‌دهد، و شما را قدردان معادله‌ای می‌کند که در دل خود، تمام این مسائل را پوشش داده است. هرچقدر بگوییم کم است. ممنونیم آلبرت اینشتین عزیز.

ترجمه: بهروز شجاعیان/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com

image_pdfimage_print

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *