Astronomia bez teleskopu - masa to energia

Pin
Send
Share
Send

Niektórzy twierdzą, że powodem, dla którego nie możesz podróżować szybciej niż światło, jest to, że twoja masa wzrośnie w miarę zbliżania się prędkości światła - więc bez względu na to, ile energii może wygenerować twój napęd gwiazdowy, osiągasz punkt, w którym żadna ilość energii nie może dalej przyspieszyć swój statek kosmiczny, ponieważ jego masa zbliża się do nieskończoności.

Ten sposób myślenia jest co najwyżej niepełnym opisem tego, co naprawdę się dzieje i nie jest szczególnie skutecznym sposobem wyjaśnienia, dlaczego nie możesz poruszać się szybciej niż światło (nawet jeśli naprawdę nie możesz). Jednak historia ta daje użyteczny wgląd w to, dlaczego masa jest równoważna energii, zgodnie z relacją e = mc2.

Po pierwsze, oto dlaczego historia nie jest kompletna. Chociaż ktoś z powrotem na Ziemi może zobaczyć wzrost masy twojego statku kosmicznego, gdy zbliżasz się do prędkości światła - ty pilot w ogóle nie zauważy zmiany masy. W twoim statku kosmicznym nadal będziesz mógł wspinać się po schodach, skakać na linie - a gdybyś miał zestaw wag łazienkowych do jazdy, nadal ważyłbyś tyle samo, co na Ziemi (zakładając, że twój statek jest wyposażony w najnowsza technologia sztucznej grawitacji, która naśladuje warunki z powrotem na powierzchni Ziemi).

Zmiana postrzegana przez obserwatora Ziemi jest słuszna relatywistyczny masa. Jeśli uderzysz w hamulce i powrócisz do bardziej konwencjonalnej prędkości, cała masa relatywistyczna zniknie, a obserwator Ziemi zobaczy, że zachowujesz to samo właściwy (lub spoczynkową) masę, którą statek kosmiczny i ty mieliśmy przed opuszczeniem Ziemi.

Obserwator Ziemi byłby bardziej słuszny, biorąc pod uwagę twoją sytuację pod względem energii pędu, która jest iloczynem twojej masy i prędkości. Tak więc, gdy wpompowujesz więcej energii do swojego układu napędu gwiazd, ktoś na Ziemi naprawdę widzi twój wzrost pędu - ale interpretuje to jako wzrost masy, ponieważ twoja prędkość nie wydaje się w ogóle znacznie zwiększać, gdy wzrośnie o około 99% prędkość światła. Potem, kiedy znów zwolnisz, chociaż możesz wydawać się, że tracisz masę, naprawdę rozładowujesz energię - być może przez przekształcenie energii kinetycznej ruchu w ciepło (zakładając, że twój statek kosmiczny jest wyposażony w najnowszą relatywistyczną technologię hamowania).

Z perspektywy obserwatora na Ziemi można sformułować, że relatywistyczny przyrost masy obserwowany podczas podróży w pobliżu prędkości światła jest sumą masy spoczynkowej / energii statku kosmicznego plus energii kinetycznej jego ruchu - wszystko podzielone przez c2. Na tej podstawie możesz (omijając trochę umiarkowanie złożoną matematykę) wyprowadzić e = mc2. Jest to przydatne odkrycie, ale ma niewiele wspólnego z tym, dlaczego prędkość statku kosmicznego nie może przekroczyć prędkości światła.

Zjawisko masy relatywistycznej ma podobny, choć odwrotny, asymptotyczny związek do prędkości. Kiedy zbliżasz się do prędkości światła, twój relatywistyczny czas zbliża się do zera (zegary wolniej), twoje relatywistyczne wymiary przestrzenne zbliżają się do zera (długości się kurczą) - ale twoja relatywistyczna masa rośnie w kierunku nieskończoności.

Ale jak już wspomnieliśmy, na statku kosmicznym nie doświadczasz, jak twój statek zyskuje masę (ani się nie kurczy, ani jego zegary nie zwalniają). Musisz więc interpretować wzrost energii pędu jako rzeczywisty wzrost prędkości - przynajmniej w odniesieniu do nowego zrozumienia, które wypracowałeś na temat prędkości.

Dla ciebie, pilota, kiedy zbliżasz się do prędkości światła i ciągle pompujesz więcej energii do swojego układu napędowego, odkrywasz, że szybciej docierasz do celu - nie tyle, ponieważ jesteś porusza się szybciej, ale ponieważ czas, który oszacowałeś, zajęłoby ci przekroczenie odległości od punktu A do punktu B staje się zauważalnie znacznie mniejszy, w rzeczywistości odległość między punktem A i punktem B staje się zauważalnie znacznie mniejsza. Nigdy nie przełamujesz prędkości światła, ponieważ parametry prędkości w czasie zmieniają się w sposób zapewniający, że nie możesz.

W każdym razie rozważenie masy relatywistycznej jest prawdopodobnie najlepszym sposobem na wyprowadzenie zależności e = mc2 ponieważ masa relatywistyczna jest bezpośrednim wynikiem energii kinetycznej ruchu. Zależność ta nie wypada łatwo z powodu (powiedzmy) wybuchu jądrowego - ponieważ duża część energii wybuchu pochodzi z uwolnienia energii wiązania, która utrzymuje razem ciężki atom. Wybuch jądrowy polega bardziej na transformacji energii niż na materii przekształcającej się w energię, chociaż na poziomie systemu nadal reprezentuje prawdziwą konwersję masy do energii.

Podobnie możesz wziąć pod uwagę, że twoja filiżanka kawy jest bardziej masywna, gdy jest gorąca - i staje się znacznie mniejsza, gdy ostygnie. Materia, pod względem protonów, neutronów, elektronów… i kawy, jest w dużej mierze zachowana podczas tego procesu. Ale przez pewien czas energia cieplna naprawdę dodaje się do masy układu - chociaż ponieważ jest to masa m = e / c2, jest to bardzo niewielka ilość masy.

Pin
Send
Share
Send