Ecuațiile fizicii E mc²; Dragoni locuiesc aici
E = mc² nu este doar o ecuație în fizică, ci ecuația prin excelență. Este probabil singura ecuație despre care a auzit toată lumea. În cuvinte, ecuația spune „Energia este egală cu masa de ori pătratul vitezei luminii”. Dar ce înseamnă asta?
Pe internet și în cărțile de științe populare puteți găsi interpretări precum „masa este energie coagulată” sau „masa și energia sunt aceleași” (am scris asta chiar eu înainte) - dar nici asta nu este foarte clar la început (și nici atât de complet lipsit de probleme, așa cum vom vedea mai târziu.) Și chiar dacă ideea de bază din spatele ecuației este relativ simplă, totul este puțin mai complicat la o inspecție mai atentă decât s-ar putea crede la prima vedere.
Înainte de a examina în detaliu ecuația, voi clarifica o neînțelegere aparent răspândită (de exemplu, aici): Viteza c aici este viteza luminii. Nu are nimic de-a face cu viteza obiectului însuși - conform teoriei relativității, obiectele se comportă ciudat atunci când se apropie de viteza luminii, dar asta nu înseamnă ecuația de aici.
Să începem cu cea mai simplă situație: un obiect - să luăm un baton de ciocolată - este chiar în fața ta pe masă. Bata de ciocolată cântărește 100 de grame, adică 0,1 kilograme. Dacă puneți această valoare numerică în ecuația de mai sus (cu valoarea vitezei luminii de 300.000.000 m/s), atunci rezultatul este
Deoarece am folosit totul în unități SI (m, kg, s), rezultatul iese și în unități SI, adică în jouli, unitatea de energie din sistemul de unități SI. Cele 9 au 15 zerouri, deci este vorba de 9 trilioane trilioane de jouli de energie. Este un număr mare - dar cât de mare este cu adevărat?
Potrivit Wikipedia, întreaga Germanie folosește aproximativ 600 de miliarde de kilowați-oră de energie pe an, ceea ce înseamnă puțin peste 2.000.000.000.000.000.000J (un 2 cu 18 zerouri). Energia care, conform ecuației lui Einstein, se află într-o bară de ciocolată ar fi suficientă pentru a alimenta întreaga Germanie cu energie timp de aproximativ 1,5 zile. Puțin mai mult de 200 de batoane de ciocolată pe an ar fi, prin urmare, suficiente pentru a face Germania independentă de alte surse de energie. Unde sunt centralele electrice de ciocolată care fac exact asta?
Calculator o facem diferit: conform etichetei ambalajului, un baton de ciocolată are o energie (putere calorică) de aproximativ 2000 kilojouli, adică 2 milioane de jouli. Nu tocmai puțin, dar, bineînțeles, departe de ceea ce ar trebui să conțină formula Einstein într-un astfel de tabel. Consumați în jur de 9000 kilojuli de energie pe zi, astfel încât să vă puteți acoperi necesarul zilnic de energie cu aproximativ patru bare și jumătate de ciocolată (ceea ce, totuși, nu este complet optim în ceea ce privește nutriția ...). Dar dacă folosiți formula Einstein pentru a ajuta, conform căreia există 9 trilioane de jouli de energie în ciocolată, aș putea să mă hrănesc cu o bară timp de un miliard de zile (2,7 milioane de ani buni).
Întrucât nu există centrale electrice de ciocolată și nu ne umplem toată viața cu un baton de ciocolată, apare imediat întrebarea: ce fel de energie este calculată și de ce observăm această energie în viața de zi cu zi Nimic?
Pentru a vedea acest lucru, putem inversa logica ecuației: Când mâncăm o bară de ciocolată, tragem 2 milioane de juli de energie din ciocolată. Conform ecuației E = mc², aceasta corespunde unei mase de aproximativ 0,00000002 grame sau 0,02 micrograme. Dacă ar fi să urmărim moleculele și atomii individuali din ciocolată și să vedem ce se întâmplă din ele (moleculele de zahăr sunt descompuse în dioxid de carbon și apă, deși, deși se adaugă oxigen din aerul pe care îl respirăm) - am face toate moleculele implicate înainte și Apoi cântărește, apoi am descoperi că ne lipsesc 0,02 micrograme de masă. Am luat această masă din ciocolată (și oxigenul din aer), am transformat-o în energie, cu care am putea merge apoi la jogging (pentru 2000 kilojoule, totuși, trebuie să te plimbi mult timp) sau am făcut altceva.