Ved å konstruere en modell av rom og tid banet Einstein veien for å forstå hvordan stjerner lyser opp og skinner, og oppdaget underliggende årsaker drift av elektriske motorer og elektriske strømgeneratorer og la faktisk grunnlaget for det hele moderne fysikk. I boken hans "Hvorfor E=mc2?" Forskerne Brian Cox og Jeff Forshaw stiller ikke spørsmål ved Einsteins teori, men lærer å ikke stole på det vi kaller sunn fornuft. Vi publiserer kapitler om rom og tid, eller rettere sagt, om hvorfor vi må forlate eksisterende ideer om dem.
Hva betyr ordene "rom" og "tid" for deg? Kanskje tenker du på rommet som mørket mellom stjernene du ser når du ser opp på den kalde himmelen vinternatt? Eller som tomrommet mellom Jorden og Månen, der den suser romskip med stjernene og stripene, styrt av en fyr som heter Buzz (Buzz Aldrin, Apollo 11 månemodulpilot)? Tid kan betraktes som at klokken tikker eller at høstløvene går fra grønt til rødt og gult når solen beveger seg lavere på himmelen for fem milliarder gang. Vi har alle en intuitiv følelse av rom og tid; De - en integrert del av vår eksistens. Vi beveger oss gjennom verdensrommet på overflaten av en blå planet mens tiden tikker nedover.
Rad vitenskapelige funn laget i i fjor XIX århundre i tilsynelatende urelaterte felt, fikk fysikere til å revurdere enkle og intuitive bilder av rom og tid. På begynnelsen av 1900-tallet skrev Hermann Minkowski, en kollega og lærer av Albert Einstein, sin berømte nekrolog over den eldgamle sfæren med banene som planetene reiste i: «Heretter har rommet i seg selv og tiden i seg selv ikke blitt noe mer. enn skygger, og det er bare en slags blanding av disse to konseptene." Hva mente Minkowski med å blande rom og tid? For å forstå essensen av dette nesten mystiske utsagnet, er det nødvendig å forstå Einsteins teori om spesiell relativitet, som introduserte verden for den mest kjente av alle ligninger, E = mc2, og for alltid plassert i sentrum av vår forståelse av strukturen til universet kvantiteten symbolisert av symbolet c - lysets hastighet.
Einsteins spesielle relativitetsteori er egentlig en beskrivelse av rom og tid. Sentral beliggenhet den er opptatt av begrepet spesiell hastighet, som ikke kan overgås av noen akselerasjon, uansett hvor sterk den måtte være. Denne hastigheten er lysets hastighet i et vakuum, som er 299 792 458 meter per sekund. Når man reiser med en slik hastighet, vil en lysstråle som forlater jorden fly forbi solen på åtte minutter, krysse vår Melkeveigalakse om 100 tusen år, og om to millioner år nå den nærmeste nabogalaksen - Andromedatåken. Denne natten største teleskoper Jordene vil se inn i det mørke i det interstellare rommet og fange eldgamle lysstråler fra fjerne, lenge døde stjerner ved kanten av det observerbare universet. Disse strålene begynte sin reise for mer enn 10 milliarder år siden, flere milliarder år før jorden dukket opp fra en kollapsende sky interstellart støv. Lysets hastighet er høy, men langt fra uendelig. Sammenlignet med de store avstandene mellom stjerner og galakser, kan den virke dystert lav - så mye at vi er i stand til å akselerere svært små objekter til hastigheter som er en brøkdel av en prosent raskere enn lysets hastighet, ved hjelp av teknologi som 27. -kilometer Large Hadron Collider kl Europeisk sentrum atomforskning i Genève.
Hvis vi kunne overskride lysets hastighet, kunne vi bygge en tidsmaskin som kan ta oss til et hvilket som helst punkt i historien.
Eksistensen av en spesiell, ultimat kosmisk hastighet er et ganske merkelig konsept. Som vi skal lære senere i denne boken, er sammenhengen mellom denne hastigheten og lysets hastighet en slags substitusjon av begreper. Grense rømningshastighet spiller mye mer viktig rolle i Einsteins univers, og det er en god grunn til at en lysstråle beveger seg med akkurat den hastigheten. Dette kommer vi imidlertid tilbake til senere. For nå er det nok å si at når objekter når denne spesielle hastigheten, begynner merkelige ting å skje. Hvordan kan du forhindre at et objekt overskrider denne hastigheten? Det er som om det er en universell fysikklov som hindrer bilen din i å kjøre over 90 kilometer i timen, uavhengig av motorkraft. Men i motsetning til fartsgrensen til en bil, håndheves ikke denne loven av en eller annen overjordisk politistyrke. Dens brudd blir helt umulig takket være selve konstruksjonen av stoffet av rom og tid, og dette er eksepsjonell flaks, siden i ellers vi ville måtte håndtere svært ubehagelige konsekvenser. Senere vil vi se at hvis det var mulig å overskride lysets hastighet, så kunne vi bygge en tidsmaskin som ville ta oss til et hvilket som helst punkt i historien. For eksempel kan vi reise tilbake til før vi ble født og ved et uhell eller med vilje forstyrre et møte mellom foreldrene våre.
Dette er et godt plot for science fiction-litteratur, men ikke for å skape universet. Og faktisk fant Einstein ut at universet er strukturert annerledes. Rom og tid er så subtilt sammenvevd at slike paradokser er uakseptable. Men alt har sin pris, og i dette tilfellet denne prisen er vår avvisning av dypt inngrodde ideer om rom og tid. I Einsteins univers går klokker i bevegelse saktere, bevegelige objekter krymper i størrelse, og vi kan reise milliarder av år inn i fremtiden. Dette er universet hvor menneskelig liv kan strekke seg nesten i det uendelige. Vi kunne se solen falme, havene fordampe, synke solsystemet inn i evig natt, fødselen av stjerner fra skyer av interstellart støv, dannelsen av planeter og, muligens, opprinnelsen til liv i nye, ennå ikke dannede verdener. Einsteins univers lar oss reise inn i en fjern fremtid, samtidig som vi holder dørene til fortiden tett lukket.
Mot slutten av denne boken vil vi se hvordan Einstein ble tvunget til å komme frem til et så fantastisk bilde av universet og hvordan dets riktighet gjentatte ganger ble bevist under stor kvantitet vitenskapelige eksperimenter og teknologisk anvendelse. For eksempel er et satellittnavigasjonssystem i en bil designet for å ta hensyn til at tiden i satellittbane og i jordens overflate beveger seg med i forskjellige hastigheter. Einsteins bilde er radikalt: rom og tid er slett ikke det de ser ut til for oss.
Tenk deg å lese en bok mens du flyr på et fly. Klokken 12.00 så du på klokken og bestemte deg for å ta en pause og gå rundt i hytta for å snakke med en venn som satt ti rader foran. Klokken 12:15 kom du tilbake til plassen din, satte deg ned og tok opp boken igjen. Sunn fornuft tilsier at du kom tilbake til samme sted: det vil si at du gikk de samme ti radene tilbake, og når du kom tilbake, var boken din på samme sted der du la den. La oss nå tenke litt på konseptet «samme sted». Siden det er intuitivt klart hva vi mener når vi snakker om et sted, kan alt dette oppfattes som overdreven pedanteri. Vi kan invitere en venn på et glass øl på en bar, og baren vil ikke flytte seg noe sted når vi kommer dit. Det vil være på samme sted som vi la det, muligens kvelden før. Det er mange ting i dette innledende kapittelet som du sannsynligvis vil finne litt for pedantisk, men fortsett å lese likevel. Nøye vurdering av disse tilsynelatende åpenbare konseptene vil lede oss i fotsporene til Aristoteles, Galileo Galilei, Isaac Newton og Einstein.
Hvis du legger deg om kvelden og sover i åtte timer, vil du ha beveget deg mer enn 800 tusen kilometer når du våkner
Så hvordan definerer vi nøyaktig hva vi mener med "samme sted"? Vi vet allerede hvordan vi gjør dette på jordens overflate. Jord dekket med imaginære linjer med paralleller og meridianer, slik at ethvert sted på overflaten kan beskrives med to tall som representerer koordinater. For eksempel ligger den britiske byen Manchester på koordinatene 53 grader 30 minutter nordlig breddegrad og 2 grader 15 minutter vestlig lengde. Disse to tallene forteller oss nøyaktig hvor Manchester er, forutsatt posisjonen til ekvator og nominell meridian. Følgelig kan posisjonen til ethvert punkt både på jordoverflaten og utenfor jordoverflaten fikses ved hjelp av et tenkt tredimensjonalt rutenett som strekker seg oppover fra jordoverflaten. Faktisk kan et slikt rutenett gå ned gjennom midten av jorden og komme ut på den andre siden. Med dens hjelp kan du beskrive posisjonen til ethvert punkt - på jordens overflate, under jorden eller i luften. I virkeligheten trenger vi ikke å stoppe på planeten vår. Rutenettet kan utvides til Månen, Jupiter, Neptun, bortenfor Melkeveien, helt opp til kanten av det observerbare universet. Et så stort, kanskje uendelig stort rutenett lar en beregne plasseringen til ethvert objekt i universet, noe som, for å omskrive Woody Allen, kan være veldig nyttig for noen som ikke kan huske hvor de har plassert noe. Derfor definerer dette rutenettet området der alt som eksisterer befinner seg, en slags gigantisk boks som inneholder alle objektene i universet. Vi kan til og med bli fristet til å kalle denne gigantiske regionen rom.
Men la oss gå tilbake til spørsmålet om hva "samme sted" betyr, og for eksempel med et fly. Vi kan anta at klokken 12:00 og 12:15 var du på samme punkt i verdensrommet. La oss nå forestille oss hvordan hendelsesforløpet ser ut fra perspektivet til en person som ser på flyet fra jordens overflate. Hvis et fly flyr over hodet med en hastighet på for eksempel rundt tusen kilometer i timen, så har du i tidsrommet 12:00 til 12:15 flyttet deg, fra hans synspunkt, 250 kilometer. Med andre ord, klokken 12:00 og 12:15 var du inne forskjellige punkter rom. Så hvem har rett? Hvem flyttet og hvem ble på samme sted?
Hvis du ikke kan svare på dette tilsynelatende enkle spørsmålet, er du i godt selskap. Aristoteles, en av største tenkere Antikkens Hellas, ville vært helt feil, siden han klart og tydelig vil si at det er en passasjer på flyet som beveger seg. Aristoteles mente at jorden er ubevegelig og ligger i sentrum av universet, og at solen, månen, planetene og stjernene kretser rundt jorden, og er festet på 55 konsentriske gjennomsiktige kuler som er hekket inne i hverandre som hekkende dukker. Dermed delte Aristoteles vår intuitive idé om verdensrommet som en bestemt region der jorden og himmelsfærene befinner seg. Til moderne mann bilde av universet som består av jorden og roterer himmelsfærer, ser helt latterlig ut. Men tenk selv hvilken konklusjon du kunne ha kommet til hvis ingen hadde fortalt deg at jorden kretser rundt solen, og stjernene er ikke annet enn veldig fjerne soler, blant dem er det stjerner tusenvis av ganger lysere enn den nærmeste stjernen, selv om de befinner seg milliarder av kilometer fra jorden? Selvfølgelig ville vi ikke ha følelsen av at jorden driver inn utenkelig stort univers. Vårt moderne verdensbilde ble formet av prisen god innsats og motsier ofte sunn fornuft. Hvis bildet av verden som vi har skapt gjennom tusenvis av år med eksperimentering og refleksjon var åpenbart, ville fortidens store sinn (som Aristoteles) ha løst denne gåten selv. Det er verdt å huske dette når noen av konseptene som er beskrevet i boken virker for vanskelige for deg. De største sinnene fra fortiden vil være enig med deg.
Einsteins skrivebord noen timer etter hans død
For å finne feilen i Aristoteles' svar, la oss godta hans bilde av verden et øyeblikk og se hvor det fører. I følge Aristoteles må vi fylle rommet med linjene til et tenkt rutenett knyttet til jorden, og bruke det til å bestemme hvem som er hvor og hvem som beveger seg og hvem som ikke er det. Hvis du forestiller deg rommet som en boks fylt med objekter, med Jorden festet i sentrum, vil det være åpenbart at det er du, flypassasjeren, som endrer plassering i boksen, mens personen som ser på flyet ditt står urørlig på jordens overflate, hengende urørlig i verdensrommet. Det er med andre ord absolutt bevegelse, og derfor absolutt rom. Et objekt er i absolutt bevegelse hvis det endrer plassering i rommet over tid, noe som beregnes ved hjelp av et tenkt rutenett referert til jordens sentrum.
Selvfølgelig er problemet med dette bildet at Jorden ikke hviler ubevegelig i sentrum av universet, men er en roterende ball som beveger seg i bane rundt Solen. Faktisk beveger jorden seg i forhold til solen med en hastighet på rundt 107 tusen kilometer i timen. Hvis du legger deg om kvelden og sover i åtte timer, vil du ha beveget deg mer enn 800 tusen kilometer når du våkner. Du kan til og med si at om omtrent 365 dager vil soverommet ditt igjen være på samme punkt i rommet, ettersom jorden vil fullføre full sving rundt solen. Følgelig kan du bestemme deg for å endre Aristoteles' bilde bare litt, og la selve ånden i undervisningen hans være intakt. Hvorfor ikke bare flytte sentrum Nett i sola? Akk, denne er nok enkel tanke er også feil, siden solen også beveger seg i bane rundt Melkeveiens sentrum. Melkeveien er vår lokale øy i universet, som består av mer enn 200 milliarder stjerner. Tenk deg hvor stor galaksen vår er og hvor lang tid det tar å gå rundt den. Solen, med jorden på slep, beveger seg gjennom Melkeveien med en hastighet på omtrent 782 tusen kilometer i timen i en avstand på omtrent 250 kvadrillioner kilometer fra sentrum av galaksen. Med denne hastigheten vil det ta omtrent 226 millioner år å fullføre en full revolusjon. I dette tilfellet vil kanskje ett skritt til være nok til å bevare Aristoteles’ bilde av verden? La oss plassere begynnelsen av rutenettet i sentrum av Melkeveien og se hva som var på soverommet ditt da stedet det er plassert på dette punktet i rommet i sist. Og forrige gang på dette stedet slukte en dinosaur tidlig på morgenen bladene til forhistoriske trær. Men dette bildet er også feil. I virkeligheten "sprer galakser seg", beveger seg bort fra hverandre, og jo lenger en galakse er fra oss, jo raskere beveger den seg bort. Vår bevegelse blant mylderet av galakser som danner universet er ekstremt vanskelig å forestille seg.
Vitenskapen ønsker usikkerhet velkommen og erkjenner at den er nøkkelen til nye oppdagelser
Så det er et klart problem med Aristoteles sitt verdensbilde fordi det ikke nøyaktig definerer hva det vil si å «stå stille». Med andre ord, det er umulig å beregne hvor du skal plassere sentrum av et tenkt koordinatnett, og derfor bestemme hva som er i bevegelse og hva som står stille. Aristoteles selv trengte ikke å konfrontere dette problemet fordi bildet hans av en stasjonær jord omgitt av roterende kuler forble uimotsagt i nesten to tusen år. Dette burde sannsynligvis vært gjort, men som vi allerede har sagt, er slike ting ikke alltid åpenbare selv største sinn. Claudius Ptolemaios, som vi kjenner som ganske enkelt Ptolemaios, arbeidet i det 2. århundre i det store Biblioteket i Alexandria og studerte nattehimmelen nøye. Forskeren var bekymret for den tilsynelatende uvanlige bevegelsen til de fem da kjente planetene, eller "vandrende stjerner" (navnet som ordet "planet" kom fra). Mange måneder med observasjoner fra jorden viste at planetene ikke beveger seg langs en jevn bane mot bakgrunnen av stjerner, men følger merkelige sløyfer. Denne uvanlige bevegelsen, betegnet med begrepet "retrograd", var kjent mange årtusener før Ptolemaios. De gamle egypterne beskrev Mars som en planet som «bevegde seg bakover». Ptolemaios var enig med Aristoteles i at planetene dreide seg rundt en stasjonær jord, men for å forklare retrograd bevegelse måtte han feste planetene til eksentriske roterende hjul, som igjen var festet til roterende kuler. En så veldig kompleks, men langt fra elegant modell gjorde det mulig å forklare bevegelsen til planeter over himmelen. Sann forklaring retrograd bevegelse måtte vente til midten av 1500-talletårhundre, da Nicolaus Copernicus foreslo en mer elegant (og mer nøyaktig) versjon, som gikk ut på at Jorden ikke hviler i sentrum av universet, men kretser rundt Solen sammen med resten av planetene. Copernicus' verk hadde alvorlige motstandere, så det ble forbudt katolsk kirke, og forbudet ble opphevet først i 1835. Nøyaktige målinger Tycho Brahe og arbeidet til Johannes Kepler, Galileo Galilei og Isaac Newton bekreftet ikke bare fullstendig korrektheten til Copernicus, men førte også til opprettelsen av en teori om planetarisk bevegelse i form av Newtons bevegelseslover og tyngdekraften. Disse lovene var beste beskrivelse bevegelsene til "vandrende stjerner" og alle objekter generelt (fra roterende galakser til artilleriskall) under påvirkning av tyngdekraften. Dette verdensbildet ble ikke stilt spørsmål ved før i 1915, da det ble formulert generell teori Einsteins relativitet.
Det stadig skiftende konseptet om posisjonen til jorden, planetene og deres bevegelse over himmelen bør tjene som en leksjon for de som er helt overbevist om en viss kunnskap. Det er mange teorier om verden rundt oss som ved første øyekast ser ut til å være en selvinnlysende sannhet, og en av dem handler om vår immobilitet. Fremtidige observasjoner kan overraske og undre oss, og i mange tilfeller gjør de det. Selv om vi ikke bør reagere smertefullt på det faktum at naturen ofte kommer i konflikt med intuisjonene til en stamme av observante etterkommere av primater, som representerer en karbonbasert livsform på en liten steinete planet som kretser rundt en umerkelig middelaldrende stjerne i utkanten. av Melkeveien. Teoriene om rom og tid som vi diskuterer i denne boken kan faktisk være (og mest sannsynlig vil være) ikke annet enn spesielle tilfeller av en ennå uformulert dypere teori. Vitenskapen ønsker usikkerhet velkommen og erkjenner at den er nøkkelen til nye oppdagelser.
- Oversettelse
Einsteins mest kjente ligning er regnet ut vakrere enn man kunne forvente.
Fra spesiell teori relativitetsteori innebærer at masse og energi er ulike manifestasjoner av det samme er et begrep som er ukjent for det gjennomsnittlige sinnet.
- Albert Einstein
Noen vitenskapelige konsepter De er så verdensforandrende og så dype at nesten alle vet om dem, selv om de ikke helt forstår dem. Hvorfor ikke jobbe med dette sammen? Hver uke sender du inn spørsmål og forslag, og denne uken valgte jeg et spørsmål fra Mark Liuw som spør:
Einstein utledet ligningen E = mc 2. Men enhetene for energi, masse, tid, lengde var allerede kjent før Einstein. Så hvordan blir det så vakkert? Hvorfor er det ikke en slags konstant for lengde eller tid? Hvorfor er det ikke E = amc 2, der a er en slags konstant?
Hvis universet vårt ikke var strukturert slik det er nå, så kunne alt vært annerledes. La oss se hva jeg mener.
På den ene siden har vi objekter med masse: fra galakser, stjerner og planeter til de minste molekylene, atomene og fundamentale partikler. Selv om de er bittesmå, har hver av komponentene i det vi kjenner som materie en grunnleggende egenskap av masse, som betyr at selv om bevegelsen elimineres, selv om den bremses til stopp, vil den fortsatt påvirke alle de andre objektene av universet. 
Nærmere bestemt gir han gravitasjonsattraksjon til alt annet i universet, uansett hvor langt unna det fjerne objektet er. Den tiltrekker seg alt til seg selv, er tiltrukket av alt annet, og har også en energi som ligger i selve eksistensen.
Det siste utsagnet er kontraintuitivt, siden energi, i det minste i fysikk, omtales som evnen til å gjøre noe – evnen til å utføre arbeid. Hva kan du gjøre hvis du bare sitter stille?
Før vi svarer, la oss se på den andre siden av mynten – ting uten masse.
På den annen side er det ting som ikke har noen masse - for eksempel lys. Disse partiklene har en viss energi, og dette er lett å forstå ved å observere deres interaksjon med andre ting – når det absorberes, overfører lyset sin energi til dem. Lys med tilstrekkelig energi kan varme opp materie, legge til kinetisk energi (og hastighet) og sparke elektroner til toppen. energinivåer eller til og med ionisere, avhengig av energien.
Dessuten bestemmes mengden energi som finnes i en masseløs partikkel kun av dens frekvens og bølgelengde, hvis produkt alltid tilsvarer partikkelens hastighet: lysets hastighet. Dette betyr at lengre bølger har lavere frekvenser og mindre energi, mens kortere bølger har høyere frekvenser og energi. En massiv partikkel kan bremses, og forsøk på å ta energi fra en masseløs vil bare føre til en forlengelse av bølgen, og ikke til en endring i hastighet.
Med det ovennevnte i bakhodet, la oss tenke på hvordan masseenergi kan tilsvare arbeid? Ja, du kan ta en materiepartikkel og en antimateriepartikkel (et elektron og et positron), kollidere dem og få masseløse partikler (to fotoner). Men hvorfor er energiene til to fotoner lik massene til elektronet og positronet multiplisert med kvadratet på lysets hastighet? Hvorfor er det ingen annen faktor, hvorfor likestiller ligningen nøyaktig E og mc 2?
Interessant nok, hvis du tror på SRT, må ligningen ganske enkelt se ut som E=mc 2, uten noen avvik. La oss snakke om årsakene til dette. For å begynne, se for deg at du har en boks i verdensrommet. Den er ubevegelig, og har speil på begge sider, og inne er det et foton som flyr mot et av speilene.
Til å begynne med beveger ikke boksen seg, men siden fotoner har energi (og momentum), når fotonet treffer speilet på den ene siden av boksen og spretter av, vil boksen begynne å bevege seg i den retningen fotonetet opprinnelig beveget seg. Når fotonet når den andre siden, vil det reflektere fra speilet på den andre siden, og endre farten til boksen tilbake til null. Og det vil fortsette å reflekteres på denne måten, mens boksen vil bevege seg i én retning halve tiden og forbli urørlig den andre halvdelen.
I gjennomsnitt vil boksen bevege seg og vil derfor, siden den har masse, ha en viss kinetisk energi, takket være energien til fotonet. Men det er også viktig å huske på momentum, mengden bevegelse av et objekt. Momentumet til fotoner er veldig enkelt relatert til deres energi og bølgelengde: jo kortere bølgen er og jo høyere energien er, desto høyere er momentumet.
La oss tenke på hva dette betyr, og for å gjøre dette, la oss gjennomføre et nytt eksperiment. Tenk deg hva som skjer når først bare selve fotonet beveger seg. Den vil ha en viss mengde energi og momentum. Begge eiendommene skal bevares, så inn startøyeblikk energien til et foton bestemmes av dets bølgelengde, og boksen har bare hvileenergi - uansett hva det er - og fotonet har hele systemets bevegelsesmengde, mens boksen har null bevegelsesmengde.
Fotonet kolliderer deretter med boksen og absorberes midlertidig. Momentum og energi må bevares - dette er de grunnleggende lovene for bevaring av universet. Hvis et foton absorberes, er det bare én måte å bevare momentum på - boksen må bevege seg med en viss hastighet i samme retning som fotonet beveget seg i.
Det er greit foreløpig. Først nå kan vi spørre oss selv hva energien til boksen er. Det viser seg at hvis vi går fra vår vanlige formel om kinetisk energi, K E = ½mv 2 , vi kjenner antagelig massen til boksen, og, basert på begrepet momentum, dens hastighet. Men hvis vi sammenligner energien til boksen med energien til fotonet som den hadde før kollisjonen, ser vi at boksen ikke har nok energi.
Problem? Nei, det er ganske enkelt å løse. Energien til boksen/fotonsystemet er lik resten av boksen pluss den kinetiske energien til boksen pluss energien til fotonet. Når en boks absorberer et foton, mest av energien går inn i en økning i boksens masse. Når boksen absorberer et foton, endres (øker) massen i forhold til hva den var før kollisjonen.
Når boksen sender ut et foton igjen i en annen retning, får den enda mer fart og hastighet (som oppveies av det negative momentumet til fotonet i motsatt retning), enda mer kinetisk energi (og fotonet har energi), men mister til gjengjeld deler av hvilemassen. Hvis du teller alt (det er tre forskjellige måter for å gjøre dette, og her er også en beskrivelse), kan man finne at den eneste massetransformasjonen som lar en spare energi og momentum vil være E = mc 2.
Hvis du legger til en konstant, vil ikke ligningen lenger balansere og du vil miste eller få energi hver gang du sender ut eller absorberer et foton. Med oppdagelsen av antimaterie på 1930-tallet så vi direkte bevis på at vi kunne omdanne energi til masse og tilbake igjen, og resultatene stemte nøyaktig med E = mc 2 , men det var tankeeksperimenter som gjorde at vi kunne utlede denne formelen flere tiår før observasjon. Bare ved å assosiere fotonet med en effektiv masse tilsvarende m = E/c 2 kan vi sikre bevaring av energi og momentum. Og selv om vi sier E = mc 2, var Einstein den første som skrev formelen annerledes, og tildelte masseløse partikler energetisk ekvivalent masse.
Så takk for det flotte spørsmålet, Mark, og jeg håper dette tankeeksperiment vil hjelpe deg å forstå hvorfor vi trenger ikke bare ekvivalensen av masse og energi, men også hvorfor det bare er en i denne ligningen mulig mening for en "konstant", som vil bidra til å bevare energi og momentum - og dette er hva universet vårt krever. Den eneste ligningen som fungerer er E = mc 2 .
/ Fysisk betydning av formelen E = mc 2
Fysisk betydning av formelen E = mc 2
Det er knapt en voksen som ikke kan denne formelen. Noen ganger kalles det til og med den mest kjente formelen i verden. Hun ble kjent for menneskeheten etter at Einstein laget sin relativitetsteori. Ifølge Einstein viser formelen hans ikke bare sammenhengen mellom materie og energi, men ekvivalensen mellom materie og energi. Med andre ord, i henhold til denne formelen kan energi bli til materie, og materie kan bli til energi.
Men jeg kjenner også en annen formel (og ikke bare meg, men alle spesialister innen termiske prosesser): Q = mr, hvor Q er mengden varme, m er masse, r er varme faseovergang. Eventuelle faseoverganger (fordampning og kondensasjon, smelting og krystallisering, ablasjon og tørr sublimering) er beskrevet med denne formelen. Når varme tilføres i mengde Q (eller fjernes) til en ny fasetilstand en mengde stoff m overføres som er direkte proporsjonal med mengden varme Q og omvendt proporsjonal med varmen fra faseovergang r. Og varme er en type energi. Men ingen har noen gang trukket konklusjonen fra dette faktum at selve varmen, det vil si energi, blir omdannet til materie. Hvorfor oppsto en slik forstyrrelse med formelen E = mc 2?
Da jeg klarte å få energiformelen fysisk vakuum, det var da jeg klarte å svare på dette spørsmålet. Det viste seg at i selve generelt syn energien til det fysiske vakuumet er beskrevet av dette velkjent formel E = mc 2. Og dens fysiske betydning sammenfaller nøyaktig med den fysiske betydningen av formelen Q = mr: når vi tilfører energi i mengden E til vakuumet (eller eteren, som det ble kalt før), genererer vakuumet en mengde materie m som er direkte proporsjonal med den tilførte energien E og omvendt proporsjonal faseovergangsenergi med 2. Med andre ord, ingen overføring av energi til substans eller materie observeres.
Og årsaken til Einsteins feil vedr fysisk mening formelen hans består i hans fornektelse av den virkelige eksistensen av det eter-fysiske vakuumet. Hvis vi tror at eteren ikke eksisterer, vil vi få at materie er født i ordets sanneste betydning fra tomrommet. Men alle forstår at det er umulig å få noe ut av ingenting. Derfor må vi se etter en annen kilde til stoffet. Fordi denne prosessen materiens fødsel beskrives med formelen E = mc 2, fysikere blir så vant til å håndtere energi at de begynner å oppfatte det som noe som virkelig eksisterer, og ikke en egenskap, som det rett og slett er. Og herfra er det bare ett skritt igjen for å erklære transformasjonen av selve energien til materie.
Skeptikere kan innvende mot meg at resonnementet mitt er tilbakevist av resultatene av eksperimenter. De sier at akseleratorforsøk viser at massen av elementærpartikler øker med økende hastighet, det vil si med økende energi som tilføres partikkelen for å øke hastigheten. Og fra dette faktum konkluderes det med at i disse eksperimentene blir energi omdannet til masse. Men da jeg så opp informasjon om nøyaktig hvordan disse og andre lignende eksperimenter ble utført, oppdaget jeg en interessant ting: det viser seg at i hele vitenskapelig forskning, målte ikke et eneste eksperiment masse direkte, men målte alltid energikostnader, og overførte så energien til massen etter formelen E = mc 2 og snakket om å øke massen. Imidlertid kan vi gi en annen forklaring på det økte energiforbruket i akseleratoreksperimenter: energien som tilføres partikkelen omdannes ikke til massen av partikkelen, men til å overvinne motstanden til det eter-fysiske vakuumet som omgir oss. Når et objekt (og elementær partikkel også) beveger seg raskt, han ujevn bevegelse deformerer etervakuumet, og det reagerer ved å skape motstandskrefter, som krever energi for å overvinne. Og jo større hastigheten på gjenstanden er, jo større deformasjonen av etervakuumet, jo større motstandskreftene er, jo mer energi vil være nødvendig for å overvinne dem.
For å finne ut hvilket konsept som er riktig (tradisjonelt i form av en økning i masse med økende hastighet eller et alternativ i form av å overvinne motstandskreftene til etervakuumet), er det nødvendig å sette opp et eksperiment der massen til en bevegelig partikkel vil bli målt direkte uten å måle energikostnadene. Men jeg har ennå ikke funnet ut hva dette eksperimentet skal være. Kanskje noen andre kommer med en idé?
I. A. ProkhorovHvis du tar et vanlig AA-batteri fra en TV-fjernkontroll og gjør det om til energi, så kan nøyaktig samme energi fås fra 250 milliarder av de samme batteriene hvis du bruker dem på gammelmåten. Effektiviteten er ikke særlig god.
Og det betyr at masse og energi er en og samme ting. Det vil si at masse er spesielt tilfelle energi. Energien i massen til hva som helst kan beregnes ved å bruke denne enkle formelen.
Lysets hastighet er mye. Det er 299 792 458 meter i sekundet, eller, om du foretrekker det, 1 079 252 848,8 kilometer i timen. På grunn av dette stor størrelse Det viser seg at hvis du gjør en hel tepose til energi, vil det være nok til å koke 350 milliarder tekanner.
Jeg har et par gram stoff, hvor kan jeg få energien min?
Du kan konvertere hele massen til et objekt til energi bare hvis du finner samme mengde antimaterie et sted. Men å få det hjemme er problematisk, dette alternativet er ikke lenger tilgjengelig.
Termonukleær fusjon
Det er mange naturlige termonukleære reaktorer, du kan observere dem, rett og slett. Solen og andre stjerner er gigantiske termonukleære reaktorer.
En annen måte å bite av i det minste litt masse fra materie og gjøre den om til energi er å produsere termonukleær fusjon. Vi tar to hydrogenkjerner, kolliderer dem og får en heliumkjerne. Trikset er at massen til to hydrogenkjerner er litt større enn massen til en heliumkjerne. Denne massen blir til energi.
Men også her er ikke alt så enkelt: forskere har ennå ikke lært å støtte reaksjonen til de kontrollerte kjernefysisk fusjon, industrielt fusjonsreaktor vises bare i de mest optimistiske planene for midten av dette århundret.
Kjernefysisk forfall
Nærmere virkeligheten er reaksjonen av kjernefysisk forfall. Det er mye brukt i . Dette er når to store kjerner atomer splittes i to små. Med en slik reaksjon viser massen av fragmenter seg å være mindre enn massen til kjernen, og den manglende massen går til energi.
En atomeksplosjon er også kjernefysisk forfall, men ukontrollert, en utmerket illustrasjon av denne formelen.
Forbrenning
Du kan se transformasjonen av masse til energi rett i hendene dine. Tenn en fyrstikk og der er den. Noen kjemiske reaksjoner, for eksempel forbrenning, frigjør energi fra massetap. Men det er veldig lite sammenlignet med den kjernefysiske nedbrytningsreaksjonen, og i stedet for atomeksplosjon Du har bare en fyrstikk som brenner i hendene.
Dessuten, når du har spist, er mat vanskelig kjemiske reaksjoner takket være det minimale tapet av masse frigjør den energi, som du deretter bruker til å spille bordtennis, eller på sofaen foran TV-en for å plukke opp fjernkontrollen og bytte kanal.
Så når du spiser en sandwich, vil noe av massen bli omdannet til energi ved hjelp av formelen E=mc 2 .
Alle som kan fysikk i det minste til en viss grad har sikkert hørt om "Relativitetsteorier" Albert Einstein og den berømte formelen E=MC2. Denne formelen begynte å bli spredt i vitenskapen helt på begynnelsen av det tjuende århundre, og dens berømmelse var uløselig knyttet til Einsteins teori.
På den tiden, den som kritiserte den nye stigende stjernen for de ekstravagante "antakelsene" som ble gjort i hans revolusjonær teori, og tror at Mr. Einsteins fantasier, skilt fra virkeligheten, ikke har noe med vitenskap å gjøre.
Her er bare ett eksempel på hvordan verdenskjente vitenskapsmenn kritiserte Gud vet hvordan en bråkmaker dukket opp i vitenskapen. «Er det imidlertid en nødvendighet som tvinger oss til å være betingelsesløst enig i disse antakelsene, som et sunt sinn i det minste ikke umiddelbart kan forsone seg med? Til dette kan vi svare ettertrykkelig: nei! Alle konklusjoner fra Einsteins teori som er konsistente med virkeligheten kan oppnås og oppnås ofte mye mer på en enkel måte ved hjelp av teorier som ikke inneholder absolutt noe uforståelig - ingenting som på noen måte ligner kravene som Einsteins teori stiller." Disse ordene tilhører den russiske akademikeren Klimenty Timiryazev, forfatter grunnleggende arbeid"Livet til en plante" (1878).
Men all denne kritikken, og kritikken var absolutt rettferdig, spilte ingen rolle for Einstein, fordi han hadde mange lånetakere, tross alt var han en jødisk vitenskapsmann! Tvert imot ble han forsynt med slik PR i media som ingen Hollywood-popdiva noen gang hadde hatt! Einstein mottok til og med en Nobelpris! Riktignok mottok han den ikke i det hele tatt for "The Theory of Relativity", som bokstavelig talt forårsaket en storm av indignasjon i vitenskapelige verden, og for teoretisk grunnlagåpne A.G. Stoletov" ekstern fotoelektrisk effekt".
Historisk referanse:"Albert Einstein ble nominert til Nobelprisen i fysikkgjentatte gangerimidlertid medlemmer av Nobelkomiteen i lang tid de turte ikke å gi en pris til forfatteren av en så revolusjonær teori som relativitetsteorien. Til slutt ble det funnet en diplomatisk løsning: 1921-prisen ble tildelt Einstein for teorien om den fotoelektriske effekten, det vil si for det mest udiskutable og eksperimentelt testede arbeidet; teksten til avgjørelsen inneholdt imidlertid et nøytralt tillegg: "og for annet arbeid innen teoretisk fysikk." Den 10. november 1922 skrev sekretæren for det svenske vitenskapsakademiet, Christopher Aurvillius, til Einstein: "Som jeg allerede fortalte deg via telegram, Royal Academy Sciences bestemte på sitt møte i går å tildele deg en pris i fysikk for det siste året (1921), og dermed anerkjenne ditt arbeid med teoretisk fysikk, spesielt oppdagelsen av loven om den fotoelektriske effekten, uten å ta hensyn til arbeidet ditt med relativitetsteorien og gravitasjonsteorien, som vil bli evaluert etter bekreftelse av dem i fremtiden." Naturligvis dedikerte Einstein sin tradisjonelle Nobeltale til relativitetsteorien ..." .
Med andre ord oppdaget den russiske forskeren Alexander Grigorievich Stoletov, mens han studerte effekten av ultrafiolett stråling på elektrisitet, fenomenet ekstern fotoelektrisk effekt i praksis, og Albert Einstein var i stand til å forklare essensen av dette fenomenet i teorien. For dette ble han tildelt Nobelprisen.
En kommentar:
Teslafreshpower: Einstein mottok Nobelprisen ikke engang for oppdagelsen av selve den fotoelektriske effekten, men for dens spesielle tilfelle... «Einstein ble tildelt Nobelprisen for... oppdagelsen av fotoeffektens andre lov, som var et spesielt tilfelle av fotoeffektens første lov Men det er merkelig at den russiske fysikeren Stoletov Alexander Grigorievich (1830-1896) som oppdaget selve den fotoelektriske effekten, nei. Nobel pris, og ingen andre, mottok ikke sin oppdagelse for dette, mens A. Einstein fikk den for å "studere" et spesielt tilfelle av denne fysikkloven. Det viser seg å være fullstendig tull fra ethvert synspunkt. Den eneste forklaringen Dette kan skyldes at noen virkelig ønsket å lage A. Einstein Nobelprisvinner og så etter noen grunn til å gjøre dette. «Geniet» måtte puste litt med oppdagelsen av den russiske fysikeren A.G. Stoletov, "studerte" den fotoelektriske effekten og så ... ble en ny nobelprisvinner "født".
Utrolig, men sant: TO har 8 betingede forutsetninger eller POSTULATER (betingede avtaler), og i GR er det 20 av disse konvensjonene! Selv om fysikk er en eksakt vitenskap."
Angående formelenE=MC2, da sirkulerer følgende historie på Internett.
"Den 20. juli 1905 bestemte Albert Einstein og kona Mileva Maric seg for å feire oppdagelsen de nettopp hadde gjort sammen. Dette var første gang i livet til den store fysikeren da han ble full, som en enkel skomaker: ".. . De fulle mennene lå under bordet din stakkars venn og hans kone. —han skrev senere til sin venn Konrad Habicht (GEO magazine, september 2005).Og 1. juli 1946 dukket et portrett av Einstein opp på forsiden av magasinet Time med bildet atomsopp og formler E=MC2 og en nesten anklagende overskrift: "World Destroyer - Einstein: All Matter er laget av hastighet og ild". .
Det faktum at denne formelen ikke er verdt "kilo ull", kan du finne ut i dag fra kort artikkel Bogdana Shynkaryk
For å unngå at leserne må søke etter denne artikkelen på Internett, vil den bli gitt nedenfor i sin helhet.
"Dagens artikkel er på en måte en fortsettelse av mine to andre artikler om emnet magnetisk svindel i teoretisk fysikk: "Magnetisk svindel" Og "The Bicentennial Fraud in Theoretical Physics" .
Ny artikkel dreier seg om et fenomen som verken forskerne som sto ved opprinnelsen til studiet av magnetisme og elektrisitet - Hans Christian Oersted og Andre Marie Ampere, eller deres tilhengere - la merke til. Det gikk rett og slett aldri opp for noen at magnetisering av kropper er ledsaget av komprimering av subtile stoffer i dem! For, faktisk, hvordan kan man gjette at en stålstang etter sin magnetisering har flere stor masse enn det var før magnetisering.
Hvis de første forskerne innen elektromagnetisme hadde gjettet om eksistensen av dette fenomenet og undersøkt det, ville fysikken i dag beskrive materiens struktur på en helt annen måte. Først av alt i beskrivelsen fysiske fenomener avgjørende rolle spørsmålet om det såkalte "fysiske vakuumet" ville spille (den bokstavelige oversettelsen av denne fullstendig absurde setningen er "naturlig tomhet").
I løpet av lange århundrer Mens naturvitenskapen – fysikk – utviklet seg, var den rådende oppfatningen blant vitenskapsmenn at «naturen avskyr et vakuum». I lys av dette synet så luftløst rom for de fleste forskere ut til å være noe annet enn den fineste materie der lys og varme spredte seg. Dette tynneste mediet har blitt kalt eter siden antikkens Hellas. EN udelelige partikler, som danner eteren, etter forslag fra den gamle greske vitenskapsmannen Demokritos, ble kalt atomer.
Det nylig oppdagede fenomenet - en økning i massen av magnetiserte legemer - er på en måte et klart bevis på at den første retningen for utviklingen av vitenskap og filosofisk tanke var riktig, men Albert og Ko, ved å ekskludere den lysende eteren fra bildet av universet, førte vitenskapen på feil vei.
Prosessen med magnetisering (eller magnetisering) av legemer er ikke bare ledsaget av dannelsen av en indusert (sekundær) magnetfelt rundt metaller, men er også assosiert med fortetting av eteren i det magnetiserte området (inne og utenfor magnetiserte legemer).
Hvis et magnetisert legeme lett manifesterer seg som en magnet når det samhandler med andre magneter eller for eksempel med jernspon, så manifesterer komprimeringen i deres eteriske stoff seg i form av en økning i deres masse.
Ovennevnte gjelder også for elektromagneter: massen til en trådspole øker når en konstant strøm begynner å strømme gjennom den. elektrisitet, samtidig øker massen til jernkjernen til elektromagneten.
Ved å bruke beskjedne hjemmeressurser, utførte forfatteren et eksperiment der han ønsket å finne ut om det var mulig, under primitive hjemmeforhold, å oppdage en endring i kroppsvekt som oppstår når den magnetiseres. I forsøket ble husholdningskoppvekter med et sett med vekter fra 1 g til 20 g og fra 10 mg til 500 mg brukt.
Kilden til det sterke magnetfeltet var Neodymmagnet, med formen av en tablett (diameter - 18 mm, tykkelse - 5 mm). Magnetiseringsobjektene var en stålkule med en diameter på 18,8 mm og et sett med tre flate stålskiver limt sammen. Skivene hadde en ytre diameter på 21 mm, en indre diameter på 11 mm og en tykkelse på 6 mm hver.
Forløpet av eksperimentet var som følger.
I begynnelsen ble magneten, ringene og ballen veid separat - de veide henholdsvis: 9,38 g; 11,15 g; 27,75 g Legger jeg disse tallene på en kalkulator, fikk jeg en totalvekt på 48,28 gram.
Oppdaget vektøkning tre spesifiserte varer, hvorav to gjennomgikk magnetiseringsprosessen, kunne selvfølgelig rettferdiggjøres av eksistensen målefeil.
Imidlertid ble det oppdaget under eksperimentet nysgjerrig fenomen, som ikke lar en tvile på faktum vektendringer kropper, i ferd med deres magnetisering eller avmagnetisering! Og som ikke kan tilskrives påvirkningen av jordens magnetfelt på de veide kroppene!
Om hva det var merkelig fenomen, min neste historie.
Sett deg inn i det!
Etter at jeg laget en struktur bestående av en magnet, metallskiver og en kule, og deretter plasserte den på en vekt, balanserte jeg vektsystemet med vekter med forskjellig vekt. Deretter begynte jeg å observere om den totale vekten til strukturen ville endre seg under prosessen med å magnetisere skivene og ballen. Etter ca 15 - 20 minutter begynte noe interessant å skje!
Skålen med strukturen begynte sakte å falle ned. Vekten hennes begynte å øke! For å balansere koppvektene begynte jeg å legge fyrstikker, både hele og knuste i biter, i koppen med vektene.
Jeg gjorde dette til prosessen med ubalanse i skjellene stoppet. Så veide jeg fyrstikkene som jeg la til vektskålen under forsøket - vekten deres var 0,38 gram! På denne måten ble det konstatert at vekten av strukturen under magnetisering (derav også massen) økte med disse 0,38 gram. Det vil si at under magnetisering penetrerte nøyaktig denne mengden subtile stoffer, som danner grunnlaget for virvelmagnetfeltet, i tillegg inn i atomisk substans ring og kule, hvis samlede vekt før magnetisering var: 11,15 g + 27,75 g = 38,90 gram.
En enkel matematisk beregning viser at økningen i massen til ringene og kulen under magnetisering i dette eksperimentet var ca. 1 % (0,38*100 %/38,9).
Trekk dine konklusjoner, mine herrer!
Jeg personlig kom med to konklusjoner for meg selv:
1. Den berømte formelen til "relativitetsteorien" er ikke verdt et pund ull.
2. Det magnetiske feltet er materiell, det er ikke noe mer enn virvelbevegelsen til den lysende eteren, i havet som vi alle bor i! Fortettingen av denne eteren i magnetiserte legemer forårsaker en økning i deres masse og vekt.