Tömeg-energia ekvivalencia

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából.

E=mc² átirányít ide. Az albumot az E=MC² (album) címen találod.

A tömeg-energia ekvivalencia a speciális relativitáselmélet egyik következménye, mely szerint a test nyugalmi energiája (E) megegyezik a tömeg (m) és a fénysebesség (c) négyzetének szorzatával:

E = mc²,

azaz a tömeg és az energia arányosak egymással.

A tömeggel rendelkező részecskéknek nyugalomban is energiája van, ún. „nyugalmi energiája”, mely különbözik a mozgási és a helyzeti energiától. Ennek ellenére a legtöbb tudós ezt csak egy különlegességnek tekintette az 1930-as évekig.

[szerkesztés] Konkrét példák az alkalmazására

A tömeg-energia ekvivalenciával magyarázható, hogyan képesek a nukleáris fegyverek hatalmas energiát termelni. Ha megmérjük az atommag tömegét, és elosztjuk a tömegszámával - melyek közül mindkettő könnyen mérhető –, kiszámolható, mekkora energia van az „atommagba zárva”. Ez lehetővé teszi, hogy kiszámítsuk, mely atommagátalakulások járnak energiafelszabadulással, és mekkorával. Az Urán maghasadáskor felszabaduló energia kiszámolható, ha tudjuk az urán atommagjának tömegét és a keletkező atommagokét: a kettő különbségének megfelelő energia meghatározható E = mc² képletből, ez lesz a felszabaduló energia.

Hasonlóan, ha egy részecske az antirészecskéjével találkozik (például elektron pozitronnal), kölcsönösen megsemmisítik egymást (annihiláció), és a felszabaduló energia általában két foton formájában távozik. (Az impulzusmegmaradás miatt kell kettő.) A fotonok összenergiája szintén az E = mc² képletből számolható, ahol m a két részecske össztömege.

Érdekes tény, hogy a Nap csupán a kisugárzott elektromágneses sugárzás miatt (kb. 3,7 · 10²⁶ W) másodpercenként 4 millió tonna (4 · 10⁹ kg) tömeget veszít. Figyelembevéve, hogy a Nap tömege 2 · 10³⁰ kg az eddig elvesztett tömege jelentéktelen a teljes tömeghez képest.

[szerkesztés] Története

Einstein csodálatos évében (Annus Mirabilis, 1905) írt negyedik dolgozatának címe „Függ-e a test tehetetlensége az energiájától?”. Ebben a relativitás axiómájának újabb következményét mutatta meg, a híres egyenletet, mely szerint a test energiája (E) nyugalomban megegyezik a tömeg (m) és a fénysebesség (c) négyzetének szorzatával.

Einstein ennek az egyenlőségnek komoly jelentőséget tulajdonított, mert megmutatta, hogy a tömeggel rendelkező részecskéknek nyugalomban is energiája van. Ennek ellenére a legtöbb tudós ezt csak egy különlegességnek tekintette az 1930-as évekig. Lise Meitnernek az osztrák–svéd fizikusnőnek a tömeg-energia ekvivalencia alapján sikerült megadni a maghasadás elméleti leírását.