O wzorze E=mc2
Ten najsłynniejszy chyba wzór fizyczny świata
jest dla wielu niemal symbolem nowoczesnej fizyki, albo prawie obiektem religijnego
zafascynowania.
Masa.. Energia?... Jedno równe drugiemu. I jeszcze ta prędkość światła – c
– jedna najbardziej tajemniczych stałych fizycznych. W tym krótkim
rozdzialiku Autor portalu daktik postara się rzucić nieco światło
na problem, „co tu jest czym”, a przy okazji trochę pofilozofować.
Pierwsze spojrzenie na wzór
Teoretycznie E = mc2 oznacza, że masa
jest „równa” energii (z dokładnością do współczynnika).
Jednak w istocie nie do końca wiemy, ani co to jest masa, ani co to
jest energia. Dlatego bardziej naukowa, czyli praktyczna interpretacja
tego wzoru byłaby nieco inna:
- po pierwsze: część fenomenu objawiania się
materii związana ze zjawiskiem bezwładności (czyli masa), może w pewnych warunkach zamienić się na postać
kwantów promieniowania (np. podczas reakcji rozszczepienia jąder
atomowych). Inaczej mówiąc, w postaci widzianej jako masa
„ukryte” jest promieniowanie.
- od drugiej strony patrząc oznacza to również,
że energia posiada bezwładność
- Inaczej mówiąc, gdybyśmy mieli jakiś zbiornik, w którym
umieszczono dużą ilość kuleczek, mogących się poruszać i
odbijać od ścianek i gdybyśmy chcieli ten zbiornik z
kuleczkami rozpędzić (przyspieszyć), to trudność tego
przyspieszania zależałaby istotnie od tego, czy kuleczki są w
ruchu, czy nie. Kuleczki w szybkim ruchu dawałyby dodatkowy efekt
związany z trudnością przyspieszenia naszego zbiornika - miałby
on większą "masę" (patrz przykład poniżej).
Podobnie rozgrzany kawałek kuli (z szybciej poruszającymi się
cząsteczkami) będzie trudniejszy do rozpędzenia (cięższy) niż
ten sam kawałek kuli - chłodny.
Tak więc energia kinetyczna owych kulek/cząsteczek daje swój wkład
do masy objawiającej się jako bezwładność.
Trochę filozofowania
Chciałbym tu zaznaczyć, że w obiegowych przypadkach ogólna
interpretacja w rodzaju "masa jest równa energii" (oczywiście
wciąż z dokładnością do współczynnika) niewiele wnosi, bo jest
to w większości przypadków dość puste stwierdzenie. Bez dobrej
wiedzy o tym, co jest masą, a co energią w jakiejś sytuacji, ten wzór
nie znaczy nic. Dla fizyków wartość wzoru Einsteina opiera się na możliwości zastosowania go w konkretnych sytuacjach.
Słowa „masa”, „energia” są jakby bramami, do pewnego
sposobu widzenia rzeczy – mają zastosowanie do konkretnych wzorów,
sytuacji w fizyce. I nie są wcale pojęciami łatwymi.
Czym jest masa tak „w istocie”, wciąż do końca nie
wiadomo. Podobnie jest z energią – znamy wiele jej postaci – np.
energie: cieplną, chemiczną, jądrową, świetlną. Mamy energię
pola, energię kwantów, a nawet „ciemną energię” odpowiadającą
za tajemnicze fenomeny kosmologiczne. Dopóki nie poznamy dobrych
zasad umożliwiających nam przetłumaczenie jak ową masę
„zamieniać” w którąś z postaci energii, dopóty owa równoważność
masy i energii, dla wielu sytuacji, pozostanie postulatem w rodzaju: „dobrze by było, żeby
się poprawiło ludziom...” – czyli ogólnie niby prawda, tylko że
nic z tego konkretnego nie wynika.
W fizyce do dziś toczą się spory na temat, czy masa nie jest po
prostu jakąś formą "uwięzionej" energii. Np. w słynnych
wykładach fizyki Feynmana, ów wielki fizyk zastanawia się, czy czasem nie dałoby
się masy elektronu wyliczyć własności samego pola
elektromagnetycznego związanego z samooddziaływaniem tej cząstki.
Czyli pole elektromagnetyczne i nic więcej - z niego miałyby wynikać
pozostałe własności tej cząstki.
Podobnie można zastanawiać się nad każdą inną masą – czy np. taki
proton, albo kwark, to nie jest „zwitek” pól różnego rodzaju, a
„prawdziwej” masy nie ma w nim za grosz?...
Ale czy jest coś takiego jak prawdziwa masa?
- A może po prostu masa i energia są różnymi stronami tego samego
fenomenu – natury rzeczy? Tylko nie bardzo potrafimy je jeszcze połączyć
w jedną dobrze zrozumiałą całość.