Эквивалентность массы и энергии
Эквивалентность массы и энергии — физическая концепция теории относительности, согласно которой полная энергия физического объекта (физической системы, тела) включает в себя составляющую массы, умноженную на размерный множитель квадрата скорости света в вакууме. Формула выхода энергии:
- E = mc²,
где:
- E — энергия объекта,
- m — его масса,
- c — скорость света в вакууме, равная 299 792 458 м/с.
К формуле пришел Хевисайд, ее формулировали Анри Пуанкаре, Хазенёрль и другие физики. В трудах Альберта Эйнштейна в наиболее универсальной форме появилась в 1905 году.[1].
История[править]
Одна из первых формул E = mc² была обнаружена в 1949 году в черновиках рукописи Оливера Хевисайда (1850—1925). Эта формула была получена при рассмотрении задачи о поглощении и излучении света. Сама рукопись относится примерно к 1889 году.[2][3]
Эквивалентность массы и энергии первоначально возникла из специальной теории относительности как парадокс, описанный Анри Пуанкаре (1854—1912)[4]
Экспериментально зависимость инертных свойств тел от их скорости была продемонстрирована в начале XX века в работах Вальтера Кауфмана (1871—1947) в 1902 году[5] и Альфреда Бухерера (1863—1927) в 1908 году.[6]
В 1904—1905 годах Фридрих Хазенёрль (1874—1915) в своей работе приходит к выводу, что наличие в полости излучения проявляется в том числе и так, будто бы масса полости увеличилась[7]
Впервые, в наиболее универсальной форме принцип был сформулирован Альбертом Эйнштейном 21 ноября 1905 года в статье «Зависит ли инерция тела от его энергетического содержания?», в одной из его работ «Annus Mirabilis» («Чудесный год»).[8]
Сам принцип эквивалентности массы и энергии был сформулирован Эйнштейном в 1907 году.[9]
Экспериментально эквивалентность массы и энергии была впервые продемонстрирована в 1933 году. В Париже Ирен (1897—1956) и Фредерик Жолио-Кюри (1900—1958) сделали фотографию процесса превращения кванта света, несущего энергию, в две частицы, имеющих ненулевую массу. Приблизительно в то же время в Кембридже Джон Кокрофт (1897—1967) и Эрнест Томас Синтон Уолтон (1903—1995) наблюдали выделение энергии при делении атома на две части, суммарная масса которых оказалась меньше, чем масса исходного атома.[10]
Практическое значение[править]
Полученная А. Эйнштейном эквивалентность массы тела и энергии стала одним из главных практически важных результатов специальной теории относительности. Соотношение E = mc² показало, что в веществе заложены огромные запасы энергии, которые могут быть использованы в энергетике и военных технологиях.[11]
В современной культуре формула E = mc² является едва ли не самой известной из всех физических формул, что обусловливается её связью с устрашающей мощью атомного оружия. Кроме того, именно эта формула является символом теории относительности и широко используется популяризаторами науки.[12]
Природные явления[править]
Следствием принципа эквивалентности является гравитационное отклонение света — изменение направления распространения света в гравитационном поле (фотоны обладают массой).[13] Массивное тело (планета, звезда, галактика, скопление галактик, скопление тёмной материи), изменяет своим гравитационным полем направление распространения электромагнитного излучения, в частности - света.[14]
Самое масштабное проявление этого феномена в природе — черные дыры, в которых даже самые быстрые из известных частиц – фотоны (свет), оказываются «запертыми» и не могут покинуть т.н. горизонт событий (точку невозврата материи).
См. также[править]
- Общая теория относительности
- Специальная теория относительности
- Эквивалентность времени и энергии
- Эквивалентность пространства и энергии
Источники[править]
- ↑ Einstein A. Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen (нем.) // Jahrbuch der Radioaktivität. — 1907. — Vol. 4. — P. 411—462. Einstein A. Berichtigung zu der Arbeit: «Uber das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen» (нем.) // Jahrbuch der Radioaktivität. — 1907. — Vol. 5. — P. 98—99. Pусский перевод: Эйнштейн А. О принципе относительности и его следствиях // Теория относительности. Избранные работы. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. — С. 83—135. — ISBN 5-93972-002-1.
- ↑ Болотовский Б. М. Оливер Хевисайд. — М.: Наука, 1985. — 254 с. [1]
- ↑ Кларк А. XVI. Человек до Эйнштейна // Голос через океан. — М.: Связь, 1964. — 236 с. — 20 000 экз. [2]
- ↑ Poincaré H. La théorie de Lorentz et le principe de réaction (фр.) // Archives néerlandaises des sciences exactes et naturelles. — 1900. — Vol. 5. — P. 252—278. [3].
- ↑ Kaufmann W. Die elektromagnetische Masse des Elektrons (нем.) // Phys. Z.. — 1902. — Vol. 4. — P. 54—57. [4]
- ↑ Bucherer A. H. On the principle of relativity and on the electromagnetic mass of the electron. A Reply to Mr. E. Cunningham (англ.) // Philos. Mag. — 1908. — Vol. 15. — P. 316—318.
- ↑ Hasenöhrl F. Zur Theorie der Strahlung in bewegten Körpern (нем.) // Ann. Phys.. — 1904. — Vol. 15 [320]. — P. 344—370. [5] Hasenöhrl F. Zur Theorie der Strahlung in bewegten Körpern. Berichtigung (нем.) // Ann. Phys.. — 1905. — Vol. 16 [321]. — P. 589—592. [6]
- ↑ Эйнштейн «К электродинамике движущихся тел», Эйнштейн, А. Собр. науч. тр. в 4 тт. Т. 1. Работы по теории относительности. 1905—1920. — М.: Наука. 1965. С.56-57. [7]
- ↑ Einstein A. Über die vom Relativitätsprinzip geforderte Trägheit der Energie (нем.) // Ann. Phys. — 1907. — Vol. 23 [328]. — P. 371—384. [8]
- ↑ E=mc² (англ.) The Center for History of Physics. Дата обращения 22 января 2011. Архивировано 20 января 2011 года. [9]
- ↑ Чернин А. Д. Формула Эйнштейна (рус.) // Трибуна УФН.[10]
- ↑ Окунь Л. Б. Формула Эйнштейна: E0 = mc2. «Не смеётся ли Господь Бог»? // УФН. — 2008. — Т. 178. — С. 541–555. [11]
- ↑ Эйнштейн А. Основы общей теории относительности // Собрание научных трудов в 4 томах. Том 1. — М.: Наука, 1965. — С. 503.
- ↑ P. Schneider, J. Ehlers, and E. E. Falco Gravitational Lenses. — Springer-Verlag, New York, 1992.