EntradaSignificado de la fórmula de Einstein y mc2. Sobre el complejo: por qué E=mc2 o cómo llegó Einstein a la teoría de la relatividad
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Este artículo incluye una descripción del término "E=mc2"; ver también otros significados.
Fórmula en el rascacielos Taipei 101 durante uno de los eventos del Año Mundial de la Física (2005)
Equivalencia de masa y energía.- el concepto físico de la teoría de la relatividad, según el cual la energía total de un objeto físico (sistema físico, cuerpo) es igual a su masa multiplicada por el factor dimensional del cuadrado de la velocidad de la luz en el vacío:
E = m c 2 , (\displaystyle \E=mc^(2),) donde E (\displaystyle E) es la energía del objeto, m (\displaystyle m) es su masa, c (\displaystyle c) es la velocidad de la luz en el vacío, igual a 299.792.458 m/s.
Dependiendo de lo que se entienda por los términos “masa” y “energía”, este concepto puede interpretarse de dos maneras:
- por un lado, el concepto significa que la masa de un cuerpo (masa invariante, también llamada masa en reposo) es igual (hasta un factor constante c²) a la energía “contenida en él”, es decir, su energía medida o calculada en el sistema de referencia adjunto (sistema de referencia en reposo), el llamado descansar energía, o en un sentido amplio la energía interna de este cuerpo,
- por otro lado, se puede argumentar que cualquier tipo de energía (no necesariamente interna) de un objeto físico (no necesariamente un cuerpo) corresponde a una determinada masa; por ejemplo, para cualquier objeto en movimiento se introdujo el concepto de masa relativista, igual a (hasta el factor c²) energía total de este objeto (incluido el cinético),
La primera interpretación no es sólo un caso especial de la segunda. Aunque la energía en reposo es un caso especial de energía, y m (\displaystyle m) es prácticamente igual a m r e l (\displaystyle m_(rel)) en el caso de una velocidad de movimiento del cuerpo cero o baja, pero m (\displaystyle m ) tiene un contenido físico que va más allá de la segunda interpretación: esta cantidad es un factor escalar (es decir, expresado por un solo número) invariante (sin cambios al cambiar el sistema de referencia) en la definición de la energía-momento de 4 vectores, similar a la masa newtoniana y siendo su generalización directa, y además m (\displaystyle m) es un módulo de 4 pulsos. Además, es m (\displaystyle m) (y no m r e l (\displaystyle m_(rel))) el único escalar que no sólo caracteriza las propiedades inerciales de un cuerpo a bajas velocidades, sino también a través del cual estas propiedades pueden ser escrito de forma bastante sencilla para cualquier velocidad de movimiento corporal.
Por tanto, m (\displaystyle m) es la masa invariante - cantidad fisica, que tiene un significado independiente y, en muchos sentidos, más fundamental.
En la física teórica moderna, el concepto de equivalencia de masa y energía se utiliza en el primer sentido. La razón principal La razón por la que la atribución de masa a cualquier tipo de energía se considera puramente terminológicamente infructuosa y, por lo tanto, prácticamente ha caído en desuso en la terminología científica estándar, es la completa sinonimia de los conceptos de masa y energía que se desprende de esto. Además, el uso descuidado de este enfoque puede resultar confuso y, en última instancia, injustificado. Así, en la actualidad, el término “masa relativista” prácticamente no aparece en la literatura profesional, y cuando se habla de masa, se entiende masa invariante. Al mismo tiempo, el término "masa relativista" se utiliza para el razonamiento cualitativo en cuestiones aplicadas, así como en el proceso educativo y en la literatura científica popular. Este término enfatiza el aumento de las propiedades inertes de un cuerpo en movimiento junto con su energía, lo cual en sí mismo es bastante significativo.
En su forma más universal, el principio fue formulado por primera vez por Albert Einstein en 1905, pero las ideas sobre la conexión entre la energía y las propiedades inertes del cuerpo se desarrollaron aún más. primeros trabajos otros investigadores.
En la cultura moderna, la fórmula E = m c 2 (\displaystyle E=mc^(2)) es quizás la más famosa de todas las fórmulas físicas, debido a su conexión con el aterrador poder de las armas atómicas. Además, esta fórmula en particular es un símbolo de la teoría de la relatividad y es ampliamente utilizada por los divulgadores científicos.
Equivalencia de masa invariante y energía en reposo.
Históricamente, el principio de equivalencia de masa y energía se formuló por primera vez en su forma final durante la construcción de la teoría especial de la relatividad por Albert Einstein. Demostró que para una partícula que se mueve libremente, así como para un cuerpo libre y, en general, para cualquier sistema cerrado de partículas, se cumplen las siguientes relaciones:
mi 2 − p → 2 c 2 = m 2 c 4 p → = mi v → c 2 , (\displaystyle \E^(2)-(\vec (p))^(\,2)c^(2) =m^(2)c^(4)\qquad (\vec (p))=(\frac (E(\vec (v)))(c^(2))),)
donde E (\displaystyle E) , p → (\displaystyle (\vec (p))) , v → (\displaystyle (\vec (v))) , m (\displaystyle m) - energía, impulso, velocidad e invariante la masa del sistema o partícula, respectivamente, c (\displaystyle c) es la velocidad de la luz en el vacío. De estas expresiones se desprende claramente que en la mecánica relativista, incluso cuando la velocidad y el impulso de un cuerpo (objeto masivo) llegan a cero, su energía no llega a cero, permaneciendo igual a un cierto valor determinado por la masa del cuerpo:
mi 0 = metro C 2 . (\displaystyle E_(0)=mc^(2).)
Esta cantidad se llama energía en reposo, y esta expresión establece la equivalencia de la masa corporal a esta energía. Basándose en este hecho, Einstein concluyó que la masa corporal es una forma de energía y que, por tanto, las leyes de conservación de la masa y la energía se combinan en una sola ley de conservación.
La energía y el impulso de un cuerpo son componentes del 4-vector de energía-momento (cuatro-momento) (la energía es temporal, el impulso es espacial) y se transforman correspondientemente al pasar de un sistema de referencia a otro, y la masa del El cuerpo es invariante de Lorentz, quedando al pasar a otros el sistema de referencia es constante y tiene el significado de módulo del vector de cuatro momentos.
Cabe señalar también que a pesar de que la energía y el momento de las partículas son aditivos, es decir, para un sistema de partículas tenemos:
| E = ∑ i E i p → = ∑ i p → i (\displaystyle \E=\sum _(i)E_(i)\qquad (\vec (p))=\sum _(i)(\vec (p) )_(i)) | (1) |
la masa de partículas no es aditiva, es decir, la masa de un sistema de partículas, en el caso general, no es igual a la suma de las masas de sus partículas constituyentes.
Por lo tanto, la energía (el componente de tiempo no invariante y aditivo de los cuatro momentos) y la masa (el módulo invariante y no aditivo de los cuatro momentos) son dos cantidades físicas diferentes.
La equivalencia de masa invariante y energía en reposo significa que en el marco de referencia en el que un cuerpo libre está en reposo (el suyo), su energía (hasta el factor c 2 (\displaystyle c^(2))) es igual a su masa invariante.
Los cuatro impulsos son iguales al producto de la masa invariante por las cuatro velocidades del cuerpo.
P μ = m U μ , (\displaystyle p^(\mu )=m\,U^(\mu )\!,)
El concepto de masa relativista.
Después de que Einstein propusiera el principio de equivalencia de masa y energía, resultó obvio que el concepto de masa se puede interpretar de dos maneras. Por un lado, se trata de una masa invariante que, precisamente por su invariancia, coincide con la masa que aparece en la física clásica; por otro lado, podemos introducir la llamada masa; masa relativista, equivalente a la energía total (incluida la cinética) de un objeto físico:
M r e l = E c 2 , (\displaystyle m_(\mathrm (rel) )=(\frac (E)(c^(2))),)
donde m r e l (\displaystyle m_(\mathrm (rel) )) es la masa relativista, E (\displaystyle E) es la energía total del objeto.
Para un objeto masivo (cuerpo), estas dos masas están relacionadas entre sí por la relación:
M r e l = m 1 − v 2 c 2 , (\displaystyle m_(\mathrm (rel) )=(\frac (m)(\sqrt (1-(\frac (v^(2))(c^(2 )))))))
donde m (\displaystyle m) es la masa invariante (“clásica”), v (\displaystyle v) es la velocidad del cuerpo.
Respectivamente,
mi = metro r mi l C 2 = metro C 2 1 - v 2 C 2 . (\displaystyle E=m_(\mathrm (rel) )(c^(2))=(\frac (mc^(2))(\sqrt (1-(\frac (v^(2))(c^ (2))))))).)
La energía y la masa relativista son la misma cantidad física (componente temporal no invariante, aditiva de cuatro impulsos).
La equivalencia de masa y energía relativistas significa que en todos los sistemas de referencia la energía de un objeto físico (hasta un factor c 2 (\displaystyle c^(2))) es igual a su masa relativista.
La masa relativista introducida de esta manera es el coeficiente de proporcionalidad entre el momento tridimensional (“clásico”) y la velocidad del cuerpo:
P → = metro r mi l v → . (\displaystyle (\vec (p))=m_(\mathrm (rel) )(\vec (v)).)
Una relación similar se da en la física clásica para la masa invariante, lo que también se da como argumento a favor de la introducción del concepto de masa relativista. Esto llevó posteriormente a la tesis de que la masa de un cuerpo depende de la velocidad de su movimiento.
En el proceso de creación de la teoría de la relatividad, se discutieron los conceptos de masa longitudinal y transversal de una partícula masiva (cuerpo). Sea la fuerza que actúa sobre el cuerpo igual a la tasa de cambio del momento relativista. Entonces la conexión entre la fuerza F → (\displaystyle (\vec (F))) y la aceleración a → = d v → / d t (\displaystyle (\vec (a))=d(\vec (v))/dt) cambia significativamente en comparación con la mecánica clásica:
F → = re p → re t = m a → 1 − v 2 / c 2 + m v → ⋅ (v → a →) / c 2 (1 − v 2 / c 2) 3 / 2 . (\displaystyle (\vec (F))=(\frac (d(\vec (p)))(dt))=(\frac (m(\vec (a)))(\sqrt (1-v^ (2)/c^(2))))+(\frac (m(\vec (v))\cdot ((\vec (v))(\vec (a)))/c^(2)) ((1-v^(2)/c^(2))^(3/2))).)
Si la velocidad es perpendicular a la fuerza, entonces F → = m γ a → , (\displaystyle (\vec (F))=m\gamma (\vec (a)),) y si es paralela, entonces F → = m γ 3 a → , (\displaystyle (\vec (F))=m\gamma ^(3)(\vec (a)),) donde γ = 1 / 1 − v 2 / c 2 (\displaystyle \gamma = 1/(\ sqrt (1-v^(2)/c^(2)))) - factor relativista. Por lo tanto, m γ = m r e l (\displaystyle m\gamma =m_(\mathrm (rel) )) se llama masa transversal, y m γ 3 (\displaystyle m\gamma ^(3)) se llama masa longitudinal.
La afirmación de que la masa depende de la velocidad se ha convertido en parte de muchos cursos de formación y, por su carácter paradójico, se ha vuelto ampliamente conocido entre los no especialistas. Sin embargo, en la física moderna se evita utilizar el término “masa relativista”, utilizando en su lugar el concepto de energía, y por término “masa” se entiende la masa invariante (en reposo). En particular, se destacan las siguientes desventajas de introducir el término “masa relativista”:
- no invariancia de la masa relativista bajo transformaciones de Lorentz;
- la sinonimia de los conceptos energía y masa relativista y, en consecuencia, la redundancia de introducir un nuevo término;
- la presencia de masas relativistas longitudinales y transversales de diferentes tamaños y la imposibilidad de escribir uniformemente el análogo de la segunda ley de Newton en la forma
- dificultades metodológicas en la enseñanza de la teoría especial de la relatividad, la presencia de reglas especiales sobre cuándo y cómo utilizar el concepto de "masa relativista" para evitar errores;
- Existe confusión en los términos "masa", "masa en reposo" y "masa relativista": algunas fuentes simplemente llaman a una cosa masa, otras, a otra.
A pesar de estas deficiencias, el concepto de masa relativista se utiliza tanto en la literatura educativa como en la científica. Sin embargo, cabe señalar que en los artículos científicos el concepto de masa relativista se utiliza principalmente sólo en el razonamiento cualitativo como sinónimo de aumento de la inercia de una partícula que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz.
Interacción gravitacional
En física clásica, la interacción gravitacional se describe mediante la ley de gravitación universal de Newton, y su magnitud está determinada por la masa gravitacional del cuerpo, que, con un alto grado de precisión, es igual en valor a la masa inercial discutida anteriormente, lo que permite hablar simplemente de la masa del cuerpo.
En la física relativista, la gravedad obedece a las leyes de la relatividad general, que se basa en el principio de equivalencia, que consiste en la indistinguibilidad de los fenómenos que ocurren localmente en un campo gravitacional de fenómenos similares en un sistema de referencia no inercial que se mueve con una aceleración igual a la aceleración de la gravedad en un campo gravitacional. Se puede demostrar que este principio es equivalente a la afirmación sobre la igualdad de las masas inercial y gravitacional.
En la relatividad general, la energía juega el mismo papel que la masa gravitacional en la teoría clásica. En efecto, el valor interacción gravitacional en esta teoría está determinada por el llamado tensor de energía-momento, que es una generalización del concepto de energía.
En el caso más simple de una partícula puntual en un campo gravitacional centralmente simétrico de un objeto cuya masa es mucho mayor que la masa de la partícula, la fuerza que actúa sobre la partícula está determinada por la expresión:
F → = − GRAMO M E c 2 (1 + β 2) r → − (r → β →) β → r 3 (\displaystyle (\vec (F))=-GM(\frac (E)(c^(2) )))(\frac ((1+\beta ^(2))(\vec (r))-((\vec (r))(\vec (\beta )))(\vec (\beta )) )(r^(3))))
Dónde GRAMO- constante gravitacional, METRO- masa de un objeto pesado, mi- energía total de las partículas, β = v / c, (\displaystyle \beta =v/c,) v- velocidad de la partícula, r → (\displaystyle (\vec (r))) - vector de radio dibujado desde el centro de un objeto pesado hasta el punto donde se encuentra la partícula. De esta expresión se desprende claramente característica principal interacción gravitacional en el caso relativista en comparación con física clásica: depende no sólo de la masa de la partícula, sino también de la magnitud y dirección de su velocidad. Esta última circunstancia, en particular, no nos permite introducir sin ambigüedades una cierta masa gravitacional relativista efectiva que reduciría la ley de la gravitación a su forma clásica.
Caso límite de una partícula sin masa.
Un caso límite importante es el de una partícula cuya masa es cero. Un ejemplo de tal partícula es un fotón, una partícula que lleva interacción electromagnética. De las fórmulas anteriores se deduce que para tal partícula son válidas las siguientes relaciones:
mi = pags c , v = c . (\displaystyle E=pc,\qquad v=c.)
Así, una partícula con masa cero, independientemente de su energía, siempre se mueve a la velocidad de la luz. Para partículas sin masa, la introducción del concepto de "masa relativista" no tiene mucho sentido, ya que, por ejemplo, en presencia de una fuerza en la dirección longitudinal, la velocidad de la partícula es constante y la aceleración, por tanto, es cero. , lo que requiere una masa efectiva infinita del cuerpo. Al mismo tiempo, la presencia de una fuerza transversal conduce a un cambio en la dirección de la velocidad y, por tanto, la "masa transversal" del fotón tiene un valor finito.
De manera similar, no tiene sentido introducir una masa gravitacional efectiva para un fotón. En el caso de un campo centralmente simétrico, discutido anteriormente, para un fotón que cae verticalmente hacia abajo, será igual a E / c 2 (\displaystyle E/c^(2)), y para un fotón que vuela perpendicular a la dirección de el centro gravitacional, - 2 E / c 2 (\displaystyle 2E/c^(2)) .
Importancia práctica
Fórmula en la cubierta del primer portaaviones de propulsión nuclear central eléctrica USS Enterprise 31 de julio de 1964 La equivalencia de la masa corporal con la energía almacenada en el cuerpo, obtenida por A. Einstein, se convirtió en uno de los principales resultados prácticamente importantes de la teoría de la relatividad especial. La relación E 0 = m c 2 (\displaystyle E_(0)=mc^(2)) mostró que la materia contiene enormes reservas de energía (gracias al cuadrado de la velocidad de la luz) que pueden usarse en tecnologías energéticas y militares.
Relaciones cuantitativas entre masa y energía.
EN sistema internacional Unidades SI relación de energía y masa. mi / metro expresado en julios por kilogramo, y es numéricamente igual al cuadrado de la velocidad de la luz do en metros por segundo:
mi / metro = do² = (299.792.458 m/s)² = 89.875.517.873.681.764 J/kg (≈9,0·1016 julios por kilogramo).Por tanto, 1 gramo de masa equivale a los siguientes valores energía:
- 89,9 terajulios (89,9 TJ)
- 25,0 millones de kilovatios-hora (25 GWh),
- 21,5 mil millones de kilocalorías (≈21 Tcal),
- 21,5 kilotones de TNT equivalente (≈21 kt).
EN física nuclear A menudo se utiliza la relación energía-masa, expresada en megaelectronvoltios por unidad de masa atómica: ≈931,494 MeV/uma.
Ejemplos de interconversión de energía en reposo y energía cinética.
La energía en reposo se puede convertir en energía cinética de partículas como resultado de reacciones nucleares y químicas si la masa de la sustancia que entró en la reacción es mayor que la masa de la sustancia resultante. Ejemplos de tales reacciones son:
- Aniquilación de un par partícula-antipartícula con formación de dos fotones. Por ejemplo, durante la aniquilación de un electrón y un positrón, se forman dos cuantos gamma y la energía en reposo del par se convierte completamente en energía de fotones:
- Reacción termonuclear de fusión de un átomo de helio a partir de protones y electrones, en la que la diferencia de masas de helio y protones se convierte en la energía cinética del helio y la energía de los neutrinos electrónicos.
- La reacción de fisión de un núcleo de uranio-235 al colisionar con un neutrón lento. En este caso, el núcleo se divide en dos fragmentos de menor masa total con la emisión de dos o tres neutrones y la liberación de energía del orden de 200 MeV, que es aproximadamente el 1 por ciento de la masa del átomo de uranio. Un ejemplo de tal reacción:
- Reacción de combustión de metano:
Esta reacción libera alrededor de 35,6 MJ de energía térmica por metro cúbico de metano, que es aproximadamente 10-10 de su energía en reposo. Así, en reacciones quimicas la conversión de energía en reposo en energía cinética es mucho menor que en las nucleares. En la práctica, esta contribución al cambio en la masa de las sustancias reaccionadas puede despreciarse en la mayoría de los casos, ya que normalmente se encuentra más allá de los límites de medición.
Es importante señalar que en aplicaciones practicas La conversión de energía en reposo en energía de radiación rara vez se produce con una eficiencia del cien por cien. Teóricamente, la transformación perfecta sería una colisión de materia con antimateria, pero en la mayoría de los casos, en lugar de radiación, surgen subproductos y, como resultado, sólo una cantidad muy pequeña de energía en reposo se convierte en energía de radiación.
También existen procesos inversos que aumentan la energía en reposo y, por tanto, la masa. Por ejemplo, cuando un cuerpo se calienta, su energía interna aumenta, lo que resulta en un aumento de masa corporal. Otro ejemplo son las colisiones de partículas. En tales reacciones pueden nacer nuevas partículas, cuyas masas son significativamente mayores que las de las originales. La "fuente" de la masa de tales partículas es la energía cinética de la colisión.
Historia y temas prioritarios
Joseph John Thomson fue el primero en intentar conectar energía y masa. La idea de que la masa depende de la velocidad y la relación existente entre masa y energía comenzó a formarse incluso antes de la aparición de la teoría de la relatividad especial. En particular, en un intento de reconciliar las ecuaciones de Maxwell con las ecuaciones de la mecánica clásica, se propusieron algunas ideas en los trabajos de Heinrich Schramm (1872), N. A. Umov (1874), J. J. Thomson (1881), O. Heaviside (1889), R . Searle (inglés) ruso, M. Abraham, H. Lorenz y A. Poincaré. Sin embargo, sólo A. Einstein considera que esta dependencia es universal, no relacionada con el éter y no limitada a la electrodinámica.
Se cree que el primer intento de conectar masa y energía se realizó en el trabajo de J. J. Thomson, publicado en 1881. Thomson en su obra introduce el concepto de masa electromagnética, denominando a esta la contribución que el campo electromagnético creado por este cuerpo hace a la masa inercial de un cuerpo cargado.
La idea de inercia en la electricidad. campo magnético También está presente en la obra de O. Heaviside, publicada en 1889. Los borradores de su manuscrito descubiertos en 1949 indican que en algún momento al mismo tiempo, considerando el problema de la absorción y emisión de luz, obtuvo la relación entre la masa y la energía de un cuerpo en la forma E = m c 2 (\displaystyle E=mc ^(2)).
En 1900, A. Poincaré publicó un artículo en el que llegaba a la conclusión de que la luz, como portadora de energía, debe tener una masa determinada por la expresión E / v 2, (\displaystyle E/v^(2),) dónde mi- energía transferida por la luz, v- velocidad de transferencia.
Hendrik Anton Lorenz señaló la dependencia de la masa corporal de su velocidad En los trabajos de M. Abraham (1902) y H. Lorentz (1904), se estableció por primera vez que, en general, para un cuerpo en movimiento es imposible introducir un único coeficiente de proporcionalidad entre su aceleración y la fuerza que actúa sobre él. . Introdujeron los conceptos de masas longitudinales y transversales, que se utilizan para describir la dinámica de una partícula que se mueve a una velocidad cercana a la de la luz utilizando la segunda ley de Newton. Así, Lorenz escribió en su obra:
La dependencia de las propiedades inerciales de los cuerpos de su velocidad fue demostrada experimentalmente a principios del siglo XX en los trabajos de V. Kaufman (1902) y A. Bucherer (1908).
En 1904-1905, F. Gazenorl en su trabajo llegó a la conclusión de que la presencia de radiación en la cavidad se manifiesta, entre otras cosas, como si la masa de la cavidad hubiera aumentado.
Albert Einstein formuló el principio de equivalencia de energía y masa en su forma más general. En 1905 apareció a la vez toda una serie de trabajos fundamentales de A. Einstein, incluido el trabajo dedicado al análisis de la dependencia de las propiedades inertes de un cuerpo de su energía. En particular, al considerar la emisión de dos “cantidades de luz” por un cuerpo masivo, este trabajo introduce por primera vez el concepto de energía de un cuerpo en reposo y llega a la siguiente conclusión:
En 1906, Einstein dijo por primera vez que la ley de conservación de la masa es sólo un caso especial de la ley de conservación de la energía.
El principio de equivalencia de masa y energía fue formulado más completamente por Einstein en su obra de 1907, en la que escribe
Por supuesto simplificador nos referimos a elegir una constante arbitraria en la expresión de energía. En un artículo más detallado publicado el mismo año, Einstein señala que la energía es también una medida de la interacción gravitacional de los cuerpos.
En 1911, Einstein publicó su trabajo sobre la influencia gravitacional de los cuerpos masivos sobre la luz. En este trabajo asignan al fotón una masa inercial y gravitacional igual a E / c 2 (\displaystyle E/c^(2)) y para la cantidad de deflexión de un rayo de luz en el campo gravitacional del Sol un valor Se obtiene un valor de 0,83 segundos de arco, que es dos veces menor que el valor correcto obtenido más tarde sobre la base de la teoría general de la relatividad desarrollada. Curiosamente, J. von Soldner obtuvo la misma mitad del valor en 1804, pero su trabajo pasó desapercibido.
La equivalencia de masa y energía se demostró experimentalmente por primera vez en 1933. En París, Irene y Frédéric Joliot-Curie fotografiaron el proceso de transformación de un cuanto de luz. llevando energía, en dos partículas que tienen masa distinta de cero. Casi al mismo tiempo, en Cambridge, John Cockroft y Ernest Thomas Sinton Walton observaron la liberación de energía cuando un átomo se divide en dos partes, cuya masa total resultó ser menor que la masa del átomo original.
Impacto en la cultura
Desde su descubrimiento, la fórmula E = m c 2 (\displaystyle E=mc^(2)) se ha convertido en una de las fórmulas físicas más famosas y es un símbolo de la teoría de la relatividad. A pesar de que históricamente la fórmula no fue propuesta por primera vez por Albert Einstein, ahora se asocia exclusivamente con su nombre, por ejemplo, esta fórmula en particular se utilizó como título de un libro publicado en 2005. biografía televisiva científico famoso. La popularidad de la fórmula se vio facilitada por la conclusión contraintuitiva ampliamente utilizada por los divulgadores de la ciencia de que la masa de un cuerpo aumenta con un aumento de su velocidad. Además, el poder de la energía atómica está asociado a la misma fórmula. Entonces, en 1946, la revista Time mostró a Einstein en la portada de un hongo de explosión nuclear con la fórmula E = m c 2 (\displaystyle E=mc^(2)).
E=MC2 (valores) es:
E=MC2 (valores)mi = mc 2 - fórmula que expresa la equivalencia de masa y energía
Nombre E=MC2 o E=MC2 puede referirse a:
Nikolay Rudkovsky
¿Qué significa la fórmula e = mc2?
Esta fórmula se llama "teoría especial de la relatividad de Einstein".
mi = mc2
Dónde:
e es la energía total del cuerpo,
metro - peso corporal,
c2 - velocidad de la luz en el vacío al cuadrado
La fórmula significa que la energía es proporcional a la masa.
Debido a que la velocidad de la luz en el vacío es muy alta (300 mil km/seg)
y en la fórmula también se eleva al cuadrado, resulta que un cuerpo incluso de masa muy pequeña tiene una energía muy alta.
Por ejemplo, la energía liberada cuando explosión nuclear en Hiroshima, corresponde a la energía total de un cuerpo que pesa menos de 1 gramo
Equivalencia de masa y energía. En pocas palabras: la teoría de la relatividad. En general, esto es por lo que Einstein recibió el Premio Nobel.
E - energía corporal total
metro - peso corporal
c - velocidad de la luz en el vacío
¿Cuál es el significado de la fórmula E=mc^2?
Infancia difícil
la fórmula E=mc^2 es la fórmula para la conexión entre masa y energía, introducida por primera vez por Einstein en la teoría especial de la relatividad, esto es lo que escribe sobre esto. La física clásica permitía dos sustancias: materia y energía. el primero tenía peso y el segundo era ingrávido. En la física clásica teníamos dos leyes de conservación: una para la materia y otra para la energía. ...según la teoría de la relatividad, no existe una diferencia significativa entre masa y energía. La energía tiene masa y la masa representa energía. en lugar de dos leyes de conservación, solo tenemos una: la ley de conservación de la masa-energía.
Alexéi Koryakov
Significado muy filosófico.
La religión afirma que en el principio existía la palabra.
Ciencia: la materia es primaria.
Y esta fórmula esencialmente reconcilia ambos enfoques, afirmando que la masa y la energía son dos manifestaciones diferentes de una esencia.
Esto es breve. Simplemente soy demasiado vago para escribir más.
¿Qué significa la fórmula E=MC2?
Mercado
Símbolo de la teoría de la relatividad, la fórmula E=mc2 permite calcular la energía de un objeto (E) a través de su masa (m) y la velocidad de la luz (s), igual a 300.000.000 m/s. Este principio de equivalencia de masa y energía fue derivado por Albert Einstein. De la ecuación se deduce que la masa es una forma de energía. La conversión de masa en energía se puede observar en el ejemplo de la combustión de una sustancia. Otro ejemplo es comer un sándwich, cuya masa se convierte en energía según la misma fórmula.
Iliá Uliánov
La energía es igual a la masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado. Es decir, si quieres calcular la energía de un objeto, debes multiplicar su masa por la velocidad de la luz al cuadrado. La fórmula se ha convertido en un símbolo del conocimiento fundamental sobre el universo.
Cualquiera que conozca al menos hasta cierto punto la física probablemente haya oído hablar de "Teorías de la Relatividad" Albert Einstein y la famosa fórmula E=MC2. Esta fórmula comenzó a difundirse en la ciencia a principios del siglo XX y su fama estaba indisolublemente ligada a la teoría de Einstein.
En aquel momento, quien criticara la nueva estrella en ascenso por las "suposiciones" extravagantes hechas en su teoría revolucionaria, creyendo que las fantasías del Sr. Einstein, divorciadas de la realidad, no tienen nada que ver con la ciencia.
Este es solo un ejemplo de cómo científicos de fama mundial criticaron Dios sabe cómo apareció un alborotador en la ciencia. “¿Existe, sin embargo, una necesidad que nos obligue a estar de acuerdo incondicionalmente con estos supuestos, con los que una mente sana no puede, al menos, reconciliarse inmediatamente? A esto podemos responder enfáticamente: ¡no! Todas las conclusiones de la teoría de Einstein que son consistentes con la realidad se pueden obtener y, a menudo, se obtienen mucho más. de una manera sencilla con la ayuda de teorías que no contienen absolutamente nada incomprensible, nada similar a los requisitos de la teoría de Einstein”. Estas palabras pertenecen al académico ruso Klimenty Timiryazev, autor de la obra fundamental “La vida de una planta” (1878).
Sin embargo, todas estas críticas, y las críticas fueron ciertamente justas, no le importaron a Einstein, porque tenía muchos patrocinadores, después de todo, ¡era un científico judío! Por el contrario, ¡los medios de comunicación le proporcionaron tales relaciones públicas que ninguna diva del pop de Hollywood había tenido jamás! ¡Einstein incluso recibió un premio Nobel! Es cierto que no lo recibió en absoluto por "La teoría de la relatividad", que literalmente provocó una tormenta de indignación en mundo científico, y para la justificación teórica del abierto A.G. Stoletov" efecto fotoeléctrico externo".
Información histórica:"Albert Einstein fue nominado al Premio Nobel de Físicavarias veces, sin embargo, los miembros del Comité Nobel por mucho tiempo no se atrevieron a conceder un premio al autor de una teoría tan revolucionaria como la teoría de la relatividad. Al final se encontró una solución diplomática: el premio de 1921 fue otorgado a Einstein por la teoría del efecto fotoeléctrico, es decir, por el trabajo más indiscutible y probado experimentalmente; sin embargo, el texto de la decisión contenía una adición neutral: “y para otros trabajos en el campo de la física teórica”. El 10 de noviembre de 1922, el secretario de la Academia Sueca de Ciencias, Christopher Aurvillius, escribió a Einstein: “Como ya le informé por telegrama, la Real Academia de Ciencias, en su reunión de ayer, decidió concederle el Premio de Física del año pasado (1921), destacando así sus trabajos en física teórica, en particular el descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico, sin tener en cuenta sus trabajos sobre la teoría de la relatividad y la teoría de la gravedad, que serán evaluados tras su confirmación en el futuro”. Naturalmente tradicional discurso nobel Einstein dedicó la teoría de la relatividad..." .
En otras palabras, el científico ruso Alexander Grigorievich Stoletov, mientras estudiaba el efecto de la radiación ultravioleta sobre la electricidad, descubrió el fenómeno. efecto fotoeléctrico externo en la práctica, y Albert Einstein pudo explicar la esencia de este fenómeno en teoría. Por esto recibió el Premio Nobel.
Comentario:
Energía fresca de Tesla: Einstein recibió el Premio Nobel ni siquiera por el descubrimiento del efecto fotoeléctrico en sí, sino por su caso especial... "Einstein recibió el Premio Nobel por... el descubrimiento de la Segunda Ley del Efecto Fotoeléctrico, que era un caso especial de la Primera Ley del Efecto Fotoeléctrico. Pero, es curioso que el físico ruso Alexander Grigorievich Stoletov (1830-1896), quien descubrió el propio efecto fotoeléctrico, no premio nobel, y ningún otro, no recibió su descubrimiento por esto, mientras que A. Einstein lo recibió por "estudiar" un caso particular de esta ley de la física. Resulta ser una completa tontería desde cualquier punto de vista. La única explicación para esto puede ser que alguien realmente quisiera hacer que A. Einstein premio Nobel y busqué alguna razón para hacer esto. El "genio" tuvo que regodearse un poco con el descubrimiento del físico ruso A.G. Stoletov, “estudió” el efecto fotoeléctrico y luego... “nació” un nuevo premio Nobel.
Increíble, pero cierto: TO tiene 8 supuestos condicionales o POSTULATOS (acuerdos condicionales), ¡y en GR hay 20 de estas convenciones! Aunque la física es una ciencia exacta."
En cuanto a la fórmulaE=MC2, entonces la siguiente historia circula en Internet.
"El 20 de julio de 1905, Albert Einstein y su esposa Mileva Maric decidieron celebrar el descubrimiento que acababan de hacer juntos. Era la primera vez en la vida del gran físico que se emborrachaba, como un simple zapatero: “.. . Los borrachos yacían debajo de la mesa. —más tarde le escribió a su amigo Konrad Habicht (revista GEO, septiembre de 2005).Y el 1 de julio de 1946 apareció en la portada de la revista Time un retrato de Einstein con la imagen de un hongo atómico y la fórmula. E=MC2 y un titular casi acusatorio: "World Destroyer - Einstein: Toda la materia está hecha de velocidad y fuego". .
El hecho de que esta fórmula no valga "libra de lana", lo descubrirás hoy en un breve artículo de Bogdan Shynkaryk
Para evitar que los lectores tengan que buscar este artículo en Internet, se proporcionará a continuación en su totalidad.
"El artículo de hoy es, en cierto modo, una continuación de mis otros dos artículos sobre el tema del fraude magnético en la física teórica: "Fraude magnético" Y "El fraude del Bicentenario en Física Teórica" .
El nuevo artículo trata de un fenómeno que no fue advertido ni por los científicos que iniciaron el estudio del magnetismo y la electricidad, Hans Christian Oersted y André Marie Ampère, ni por sus seguidores. ¡A nadie se le ocurrió que la magnetización de los cuerpos va acompañada de la compactación de materia sutil en ellos! Porque, de hecho, ¿cómo se puede suponer que una barra de acero después de su magnetización tiene una masa ligeramente mayor que la que tenía antes de la magnetización?
Si los primeros investigadores del electromagnetismo hubieran adivinado la existencia de este fenómeno y lo hubieran investigado, hoy la física describiría la estructura de la materia de una manera completamente diferente. Primero que nada en la descripción. fenómenos físicos el papel decisivo lo jugaría la cuestión del llamado “vacío físico” (la traducción literal de esta frase completamente absurda es “vacío natural”).
Durante muchos siglos, mientras se desarrollaba la ciencia de la naturaleza (la física), la opinión predominante entre los científicos era que “la naturaleza aborrece el vacío”. A la luz de esta visión, el espacio sin aire parecía para la mayoría de los científicos no ser más que la materia más fina en la que se difunden la luz y el calor. Este ambiente más sutil desde los tiempos. Grecia antigua llamado éter. Y las partículas indivisibles que forman el éter se llamaron átomos, por sugerencia del antiguo científico griego Demócrito.
Un fenómeno descubierto recientemente: el aumento de la masa de los cuerpos magnetizados es, en cierto sentido, una prueba clara de que la dirección original del desarrollo de la ciencia y pensamiento filosófico Tenía razón, pero Albert y Ko, al excluir el éter luminífero de la imagen del Universo, llevaron a la ciencia por el camino equivocado.
El proceso de magnetización (o magnetización) de los cuerpos no solo va acompañado de la formación de un campo magnético inducido (secundario) alrededor de los metales, sino que también está asociado con la densificación del éter en la región magnetizada (dentro y fuera de los cuerpos magnetizados). .
Si un cuerpo magnetizado se manifiesta fácilmente como un imán al interactuar con otros imanes o, por ejemplo, con limaduras de hierro, entonces la compactación dentro de su materia etérica se manifiesta en forma de un aumento de su masa.
Lo anterior también es válido para los electroimanes: la masa de la bobina de alambre aumenta cuando una corriente eléctrica continua comienza a fluir en ella y, al mismo tiempo, aumenta la masa del núcleo de hierro del electroimán.
Utilizando modestos recursos domésticos, el autor realizó un experimento en el que quería descubrir si era posible, en condiciones domésticas primitivas, detectar un cambio en el peso corporal que se produce cuando se magnetiza. En el experimento se utilizaron básculas de taza domésticas con un juego de pesas de 1 ga 20 g y de 10 mg a 500 mg.
La fuente del fuerte campo magnético era un imán de neodimio con forma de tableta (diámetro 18 mm, espesor 5 mm). Los objetos de magnetización eran una bola de acero con un diámetro de 18,8 mm y un juego de tres arandelas planas de acero pegadas entre sí. Las arandelas tenían un diámetro exterior de 21 mm, un diámetro interior de 11 mm y un espesor de 6 mm cada una.
El curso del experimento fue el siguiente.
Al principio, el imán, los anillos y la bola se pesaron por separado: pesaban respectivamente: 9,38 g; 11,15 gramos; 27,75 g Sumando estos números en una calculadora, obtuve un peso total de 48,28 gramos.
descubierto aumento de peso tres de estos objetos, dos de los cuales sufrieron el proceso de magnetización, podrían, por supuesto, justificarse por la existencia errores de medición.
Sin embargo, durante el experimento se descubrió curioso fenómeno, lo que no permite dudar del hecho cambios de peso cuerpos, en el proceso de su magnetización o desmagnetización! ¡Y esto no se puede atribuir a la influencia del campo magnético terrestre sobre los cuerpos pesados!
Sobre lo que fue fenómeno curioso, mi próxima historia.
¡Métete en ello!
Después de crear una estructura que consta de un imán, arandelas de metal y una bola, y luego colocarla en una balanza, equilibré el sistema de balanza con pesas de diferentes pesos. A continuación, comencé a observar si el peso total de la estructura cambiaría durante el proceso de magnetización de las arandelas y la bola. Después de unos 15 o 20 minutos, ¡algo interesante empezó a suceder!
El cuenco con la estructura comenzó a caer lentamente. ¡Su peso empezó a aumentar! Para equilibrar la balanza de la taza, comencé a agregar cerillas, enteras y partidas en pedazos, a la taza con las pesas.
Hice esto hasta que se detuvo el proceso de desequilibrio de la balanza. Luego pesé las cerillas que agregué al cuenco de pesas durante el experimento: ¡pesaban 0,38 gramos! De esta forma se estableció que el peso de la estructura durante la magnetización (de ahí también su masa) aumentaba en estos 0,38 gramos. Es decir, durante la magnetización, exactamente esta cantidad de materia sutil, que forma la base del campo magnético del vórtice, penetró adicionalmente en la sustancia atómica del anillo y la bola, cuyo peso combinado antes de la magnetización era: 11,15 g + 27,75 g. = 38,90 gramos.
Un simple cálculo matemático muestra que el aumento de masa de los anillos y la bola durante la magnetización en este experimento fue de aproximadamente el 1% (0,38*100%/38,9).
¡Saquen sus conclusiones, señores!
Personalmente saqué dos conclusiones para mí:
1. La famosa fórmula de la “Teoría de la Relatividad” no vale ni un kilo de lana.
2. ¡El campo magnético es material, no es más que el movimiento vórtice de ese éter luminoso, en cuyo océano residimos todos! La densificación de este éter en los cuerpos magnetizados provoca un aumento de su masa y peso.
La formulación completa y definitiva de la teoría moderna de la relatividad está contenida en el extenso artículo de Albert Einstein "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento", publicado en 1905. Si hablamos de la historia de la creación de la teoría de la relatividad, entonces Einstein tuvo predecesores. Algunas cuestiones importantes de la teoría fueron estudiadas en los trabajos de H. Lorentz, J. Larmore, A. Poincaré y algunos otros físicos. Sin embargo, la relatividad como teoría física no existía antes del trabajo de Einstein. El trabajo de Einstein se diferencia de los trabajos anteriores por una comprensión completamente nueva tanto de los aspectos individuales de la teoría como de la teoría en su conjunto, una comprensión que no estaba presente en los trabajos de sus predecesores.
La teoría de la relatividad nos obligó a reconsiderar muchos conceptos básicos de la física. La relatividad de la simultaneidad de eventos, las diferencias en el curso de los relojes en movimiento y en reposo, las diferencias en la longitud de las reglas en movimiento y en reposo: estas y muchas otras consecuencias de la teoría de la relatividad están indisolublemente ligadas a ideas nuevas, en comparación con la mecánica newtoniana. sobre el espacio y el tiempo, así como la conexión mutua del espacio y el tiempo.
Una de las consecuencias más importantes de la teoría de la relatividad es la famosa relación de Einstein entre masa metro cuerpo en reposo y reserva de energía mi en este cuerpo:
mi = metro do2 , (1 )Dónde Con- velocidad de la luz.
(Esta relación recibe diferentes nombres. En Occidente se le ha dado el nombre de “relación de equivalencia entre masa y energía”. En nuestro país, durante mucho tiempo, se ha utilizado el nombre más cauteloso de “relación masa-energía”. Los defensores de este nombre más cauteloso evitan la palabra "equivalencia", identidad, porque, dicen, la masa y la energía son cualidades diferentes de la materia, pueden estar relacionadas, pero no son idénticas, no son equivalentes. Esta precaución es innecesaria. mi = mc 2 habla por sí solo. De esto se deduce que la masa se puede medir en unidades de energía y la energía en unidades de masa. Por cierto, esto es lo que hacen los físicos. Y la afirmación de que la masa y la energía son características diferentes de la materia era cierta en la mecánica de Newton, y en la mecánica de Einstein la relación misma mi = mc 2 habla de la identidad de estas dos cantidades: masa y energía. Por supuesto, se puede decir que la relación entre masa y energía no significa que sean idénticas. Pero esto es lo mismo que decir, mirando la igualdad 2 = 2: esto no es una identidad, sino una relación entre dos diferentes, porque el dos de la derecha está a la derecha y el dos de la izquierda está a la izquierda.)
La relación (1) generalmente se deriva de la ecuación del movimiento de un cuerpo en la mecánica de Einstein, pero esta conclusión es bastante difícil para un estudiante. escuela secundaria. Por tanto, tiene sentido intentar encontrar una derivación sencilla de esta fórmula.
El propio Einstein, después de haber formulado los fundamentos de la teoría de la relatividad en 1905 en el artículo "Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento", volvió a la cuestión de la relación entre masa y energía. En el mismo año 1905 publicó una breve nota “¿Depende la inercia de un cuerpo de la energía que contiene?” En este artículo dedujo la relación mi = mc 2, que no se basa en la ecuación del movimiento sino, como la conclusión siguiente, en el efecto Doppler. Pero esta conclusión también es bastante compleja.
Derivación de la fórmula mi = mc 2, que queremos ofrecerle, no se basa en la ecuación de movimiento y, además, es lo suficientemente simple como para que los estudiantes de secundaria puedan dominarlo; esto casi no requerirá conocimientos más allá del plan de estudios escolar. Por si acaso, te proporcionaremos toda la información que necesitemos. Esta es información sobre el efecto Doppler y sobre el fotón, una partícula del campo electromagnético. Pero primero estipularemos una condición, que consideraremos cumplida y en la que nos basaremos a la hora de llegar a una conclusión.
condición de baja velocidad
Supondremos que el cuerpo tiene masa. metro, del que nos ocuparemos, está en reposo (y luego, obviamente, su velocidad es cero) o, si se mueve, entonces con velocidad υ , pequeño en comparación con la velocidad de la luz Con. En otras palabras, asumiremos que la relación υ do la velocidad de un cuerpo a la velocidad de la luz es un valor pequeño en comparación con la unidad. Sin embargo, consideraremos la relación υ do aunque pequeño, pero no un valor despreciable: tendremos en cuenta cantidades proporcionales a la primera potencia de la relación υ do, pero descuidaremos el segundo y superiores grados de esta relación. Por ejemplo, si en la salida tenemos que lidiar con la expresión 1 − υ 2 do2 , descuidaremos la cantidad υ 2 do2 comparado con la unidad:
1 − υ 2 do2 = 1 , υ 2 do2 ≪ υ do≪ 1. (2 )En esta aproximación obtenemos relaciones que a primera vista pueden parecer extrañas, aunque no tienen nada de extraño, solo debemos recordar que estas relaciones no son igualdades exactas, sino que son válidas hasta el valor υ do inclusive, con valores del orden υ 2 do2 descuidamos. Bajo este supuesto, por ejemplo, es válida la siguiente igualdad aproximada:
1 1 − υ do= 1 + υ do, υ 2 do2 ≪ 1. (3 )De hecho, multipliquemos ambos lados de esta igualdad aproximada por 1 − υ do. lo conseguiremos
1 = 1 − υ 2 do2 ,aquellos. igualdad aproximada (2). Ya que creemos que el valor υ 2 do2 es insignificante en comparación con la unidad, vemos que en la aproximación υ 2 do2 ≪ 1 la igualdad (3) es verdadera.
De manera similar, no es difícil demostrar en la misma aproximación la igualdad
1 1 + υ do= 1 − υ do. (4 )Cuanto menor sea el valor υ do, más precisas serán estas igualdades aproximadas.
No es casualidad que utilicemos la aproximación de baja velocidad. A menudo escuchamos y leemos que la teoría de la relatividad debe aplicarse en el caso de altas velocidades, cuando la relación entre la velocidad de un cuerpo y la velocidad de la luz es del orden de la unidad, mientras que a bajas velocidades es aplicable la mecánica newtoniana. De hecho, la teoría de la relatividad no se reduce a la mecánica newtoniana ni siquiera en el caso de velocidades arbitrariamente bajas. Esto lo veremos demostrando la relación mi = mc 2 para un cuerpo en reposo o que se mueve muy lentamente. La mecánica newtoniana no puede dar tal relación.
Habiendo estipulado que las velocidades son pequeñas en comparación con la velocidad de la luz, pasemos a presentar cierta información que necesitaremos al derivar la fórmula. mi = mc 2 .
efecto doppler
Comenzaremos con un fenómeno que lleva el nombre del físico austriaco Christian Doppler, quien descubrió este fenómeno a mediados del siglo XIX.
Consideremos una fuente de luz y asumiremos que la fuente se mueve a lo largo del eje incógnita a velocidad υ . Supongamos por simplicidad que en el momento t= 0 la fuente pasa por el origen, es decir a través del punto incógnita= 0. Entonces la posición de la fuente en cualquier momento. t está determinado por la fórmula
x = v t .Supongamos que muy por delante del cuerpo radiante sobre el eje incógnita Se coloca un observador que monitorea el movimiento del cuerpo. Está claro que con esta disposición el cuerpo se acerca al observador. Supongamos que el observador miró el cuerpo en el momento t. En este momento, la señal luminosa emitida por el cuerpo en un momento anterior llega al observador. t'. Evidentemente, el momento de emisión debe preceder al momento de recepción, es decir debe haber t' < t.
Definamos la conexión entre t' Y t. En el momento de la radiación. t' el cuerpo está en un punto incógnita′ = υ t′ , y dejemos que el observador esté en el punto incógnita = l. Entonces la distancia desde el punto de emisión al punto de recepción es L − υ t′ , y el tiempo que tarda la luz en recorrer esa distancia es L − υ t′ do. Sabiendo esto, podemos escribir fácilmente la ecuación que relaciona t' Y t:
t= t′ + L − υ t′ do. t′ = t- ldo1 − υ do. (5 )Por tanto, un observador que mira un cuerpo en movimiento en un momento dado t, ve este cuerpo donde estaba en un momento anterior t' y la conexión entre t Y t' está determinado por la fórmula (5).
Supongamos ahora que el brillo de la fuente varía periódicamente según la ley del coseno. Denotemos el brillo con la letra. I. Obviamente, I es función del tiempo, y podemos, teniendo en cuenta esta circunstancia, escribir
yo = I0 + I1 porque ω t ( I0 > I1 > 0 ) ,Dónde I 0 y I 1 - algunas constantes que no dependen del tiempo. La desigualdad entre paréntesis es necesaria porque el brillo no puede ser un valor negativo. Pero para nosotros en este caso esta circunstancia no tiene ningún significado, ya que en el futuro sólo nos interesará el componente variable, el segundo término de la fórmula para I(t).
Deje que el observador mire el cuerpo en un momento determinado. t. Como ya se dijo, ve el cuerpo en un estado correspondiente a un momento anterior en el tiempo. t'. Parte variable del brillo en el momento. t' proporcional a cos ωt'. Teniendo en cuenta la relación (5), obtenemos
porque ω t′ = porque ω t- ldo1 − υ do= porque ( ω t1 − υ do− ω ldo1 1 − υ do) .Coeficiente en t bajo el signo del coseno se indica la frecuencia del cambio de brillo visto por el observador. Denotemos esta frecuencia por ω’ , Entonces
ω ′ = ω 1 − υ do. (6 )Si la fuente está en reposo ( υ = 0), entonces ω’ = ω , es decir. el observador percibe la misma frecuencia que emite la fuente. Si la fuente se mueve hacia el observador (en este caso el observador recibe radiación dirigida hacia adelante a lo largo del movimiento de la fuente), entonces la frecuencia recibida ω’ ω , y la frecuencia recibida es mayor que la emitida.
El caso en el que la fuente se aleja del observador se puede obtener cambiando el signo delante de υ en relación (6). Se puede observar que entonces la frecuencia recibida resulta ser menor que la emitida.
Podemos decir que las altas frecuencias se emiten hacia adelante y las bajas hacia atrás (si la fuente se aleja del observador, entonces el observador obviamente recibe la radiación emitida de regreso).
La discrepancia entre la frecuencia de oscilación de la fuente y la frecuencia recibida por el observador es el efecto Doppler. Si el observador se encuentra en el sistema de coordenadas en el que la fuente está en reposo, entonces las frecuencias emitidas y recibidas coinciden. Si el observador está en un sistema de coordenadas en el que la fuente se mueve a una velocidad υ , entonces la relación entre las frecuencias emitidas y recibidas está determinada por la fórmula (6). En este caso suponemos que el observador está siempre en reposo.
Como puede verse, la relación entre las frecuencias emitidas y recibidas está determinada por la velocidad v movimiento relativo fuente y observador. En este sentido, no importa quién se mueva: la fuente se acerca al observador o el observador se acerca a la fuente. Pero en lo que sigue nos resultará más conveniente suponer que el observador está en reposo.
Estrictamente hablando, el tiempo fluye de manera diferente en diferentes sistemas de coordenadas. Cambiar el paso del tiempo también afecta la frecuencia observada. Si, por ejemplo, la frecuencia de oscilaciones de un péndulo en el sistema de coordenadas donde está en reposo es igual a ω , luego en el sistema de coordenadas donde se mueve con velocidad υ , la frecuencia es ω 1 − υ 2 do2 − − − − − √ . La teoría de la relatividad conduce a este resultado. Pero como desde el principio acordamos descuidar la cantidad υ 2 do2 Comparado con la unidad, el cambio en el paso del tiempo para nuestro caso (movimiento a baja velocidad) es insignificante.
Por tanto, observar un cuerpo en movimiento tiene sus propias características. El observador ve el cuerpo no donde está (mientras la señal llega al observador, el cuerpo tiene tiempo de moverse) y recibe una señal cuya frecuencia ω’ diferente de la frecuencia emitida ω .
Escribamos ahora las fórmulas finales que necesitaremos más adelante. Si una fuente en movimiento irradia hacia adelante en la dirección del movimiento, entonces la frecuencia ω’ , aceptado por el observador, está relacionado con la frecuencia de la fuente ω relación
ω ′ = ω 1 − υ do= ω ( 1 + υ do) , υ do≪ 1. (7 )Para la radiación hacia atrás tenemos
ω ′ = ω 1 + υ do= ω ( 1 − υ do) , υ do≪ 1. (8 )Energía y momento de un fotón.
La idea moderna de una partícula de un campo electromagnético: un fotón, así como la fórmula. mi = mc 2, que vamos a demostrar, pertenece a Einstein y fue afirmado por él en el mismo 1905, en el que demostró la equivalencia de masa y energía. Según Einstein, los electromagnéticos y, en particular, ondas de luz Consisten en partículas individuales: fotones. Si se considera luz de cierta frecuencia ω , entonces cada fotón tiene energía mi, proporcional a esta frecuencia:
mi = ℏ ω .Factor de proporcionalidad ℏ llamada constante de Planck. En orden de magnitud, la constante de Planck es 10 -34, su dimensión es J·s. No escribiremos aquí el valor exacto de la constante de Planck;
A veces, en lugar de la palabra "fotón", dicen "cuanto de campo electromagnético".
Un fotón no sólo tiene energía, sino también un impulso igual a
pag = ℏ ω do= mido.Esta información será suficiente para que podamos continuar.
Derivación de la fórmula mi = mc 2
Consideremos un cuerpo en reposo con masa metro. Supongamos que este cuerpo emite simultáneamente dos fotones en direcciones exactamente opuestas. Ambos fotones tienen las mismas frecuencias. ω y, por tanto, las mismas energías mi = ℏ ω, así como impulsos iguales en magnitud y de dirección opuesta. Como resultado de la radiación, el cuerpo pierde energía.
Δ mi = 2 ℏ ω . (9 )La pérdida de impulso es cero y, por tanto, el cuerpo permanece en reposo tras emitir dos cuantos.
Esta experiencia mental está representada en la Figura 1. El cuerpo está representado por un círculo y los fotones están representados por líneas onduladas. Uno de los fotones se emite en la dirección del eje positivo. incógnita, el otro - en negativo. Los valores de energía y momento de los fotones correspondientes se muestran cerca de las líneas onduladas. Se puede observar que la suma de los pulsos emitidos es cero.
Fig.1. Imagen de dos fotones en un sistema de referencia en el que el cuerpo emisor está en reposo: a) el cuerpo antes de la radiación; b) después de la radiación
Consideremos ahora la misma imagen desde el punto de vista de un observador que se mueve a lo largo del eje. incógnita hacia la izquierda (es decir, en la dirección negativa del eje incógnita) a baja velocidad υ . Un observador así ya no verá un cuerpo en reposo, sino un cuerpo que se mueve a baja velocidad hacia la derecha. La magnitud de esta velocidad es igual a υ , y la velocidad se dirige en la dirección positiva del eje incógnita. Entonces la frecuencia emitida hacia la derecha vendrá determinada por la fórmula (7) para el caso de radiación directa:
ω ′ = ω ( 1 + υ do) .Denotamos la frecuencia de un fotón emitido por un cuerpo que avanza en la dirección del movimiento como ω’ , para no confundir esta frecuencia con la frecuencia ω fotón emitido en el sistema de coordenadas donde el cuerpo está en reposo. En consecuencia, la frecuencia de un fotón emitido por un cuerpo en movimiento hacia la izquierda está determinada por la fórmula (8) para el caso de radiación hacia atrás:
ω ′′ = ω ( 1 − υ do) .Para no confundir la radiación hacia adelante y la radiación hacia atrás, denotaremos las cantidades relacionadas con la radiación hacia atrás con dos números primos.
Dado que, debido al efecto Doppler, las frecuencias de radiación hacia adelante y hacia atrás son diferentes, la energía y el impulso de los cuantos emitidos también serán diferentes. Un cuanto emitido hacia adelante tendrá energía.
mi′ = ℏ ω ′ = ℏ ω ( 1 + υ do)y el impulso
pag′ = ℏ ω ′ do= ℏ ω do( 1 + υ do) .El cuanto emitido tendrá energía.
mi′′ = ℏ ω ′′ = ℏ ω ( 1 − υ do)y el impulso
pag′′ = ℏ ω ′′ do= ℏ ω do( 1 − υ do) .En este caso, los pulsos cuánticos se dirigen en direcciones opuestas.
En la Figura 2 se muestra una imagen del proceso de radiación visto por un observador en movimiento.
Fig.2. Imagen de dos fotones en un marco de referencia donde la velocidad del cuerpo emisor es υ : a) cuerpo antes de la radiación; b) después de la radiación
Es importante enfatizar aquí que las Figuras 1 y 2 representan el mismo proceso, pero desde el punto de vista de diferentes observadores. La primera figura se refiere al caso en el que el observador está en reposo con respecto al cuerpo emisor, y la segunda, cuando el observador está en movimiento.
Calculemos el equilibrio de energía y momento para el segundo caso. Pérdida de energía en el sistema de coordenadas donde el emisor tiene velocidad. υ , es igual
Δ mi′ = mi′ + mi′′ = ℏ ω ( 1 + υ do) + ℏ ω ( 1 − υ do) = 2 ℏ ω = Δ mi,aquellos. es lo mismo que en un sistema donde el emisor está en reposo (ver fórmula (9)). Pero la pérdida de momento en un sistema donde el emisor se está moviendo no es cero, a diferencia de un sistema en reposo:
Δ pag′ = pag′ − pag′′ = ℏ ω do( 1 + υ do) − ℏ ω do( 1 1 υ do) = 2ℏωdoυ do= ΔEdo2 v. (10)Un emisor en movimiento pierde impulso ΔEυdo2 y, por tanto, debería, al parecer, frenar, reducir su velocidad. Pero en un sistema en reposo, la radiación es simétrica, el emisor no cambia de velocidad. Esto significa que la velocidad del emisor no puede cambiar en el sistema donde se mueve. Y si la velocidad de un cuerpo no cambia, ¿cómo puede perder impulso?
Para responder a esta pregunta, recordemos cómo se escribe el momento de un cuerpo de masa. metro:
p = m υ— el impulso es igual al producto de la masa del cuerpo por su velocidad. Si la velocidad de un cuerpo no cambia, entonces su momento sólo puede cambiar debido a un cambio de masa:
Δ p = Δ metro υAquí Δ pag— cambio en el impulso del cuerpo a velocidad constante, Δ metro- cambio en su masa.
Esta expresión para la pérdida de impulso debe equipararse a la expresión (10), que conecta la pérdida de impulso con la pérdida de energía. Obtenemos la fórmula
ΔEdo2 υ = Δ metro υ , Δ mi = Δ m do2 ,lo que significa que un cambio en la energía de un cuerpo conlleva un cambio proporcional en su masa. A partir de aquí es fácil obtener la relación entre la masa corporal total y la reserva energética total:
mi = metro do2 .El descubrimiento de esta fórmula supuso un gran paso adelante en la comprensión de los fenómenos naturales. La mera realización de la equivalencia de masa y energía es un gran logro. Pero la fórmula resultante, además, tiene un amplio campo de aplicación. La desintegración y fusión de los núcleos atómicos, el nacimiento y la desintegración de partículas, la transformación de partículas elementales entre sí y muchos otros fenómenos requieren para su explicación tener en cuenta la fórmula de la conexión entre masa y energía.
Al construir un modelo del espacio y el tiempo, Einstein allanó el camino para comprender cómo se iluminan y brillan las estrellas, descubrió las razones subyacentes del funcionamiento de los motores eléctricos y los generadores de corriente eléctrica y, de hecho, sentó las bases de todo el física moderna. En su libro “¿Por qué E=mc2?” Los científicos Brian Cox y Jeff Forshaw no cuestionan la teoría de Einstein, pero enseñan a no confiar en lo que llamamos sentido común. Estamos publicando capítulos sobre el espacio y el tiempo, o mejor dicho, sobre por qué debemos abandonar las ideas existentes sobre ellos.
¿Qué significan para usted las palabras “espacio” y “tiempo”? ¿Quizás piensas en el espacio como la oscuridad entre las estrellas que ves cuando miras al cielo en una fría noche de invierno? O como el vacío entre la Tierra y la Luna, en el que se precipita una nave espacial con barras y estrellas, pilotada por un tipo llamado Buzz (Buzz Aldrin, piloto módulo lunar"Apolo 11")? Se puede considerar el tiempo como el tictac de su reloj, o como las hojas de otoño que cambian de verde a rojo y amarillo a medida que el Sol desciende en el cielo por enésima vez. Todos tenemos un sentido intuitivo del espacio y el tiempo; son una parte integral de nuestra existencia. Nos movemos por el espacio en la superficie de un planeta azul a medida que pasa el tiempo.
Fila descubrimientos científicos, realizado en los últimos años del siglo XIX en campos aparentemente no relacionados, impulsó a los físicos a reconsiderar imágenes simples e intuitivas del espacio y el tiempo. A principios del siglo XX, Hermann Minkowski, colega y maestro de Albert Einstein, escribió su famoso obituario de la antigua esfera con las órbitas en las que viajaban los planetas: “De ahora en adelante, el espacio en sí y el tiempo en sí se han convertido en nada más. que las sombras, y sólo hay una especie de mezcla de estos dos conceptos". ¿Qué quiso decir Minkowski con mezclar espacio y tiempo? Para comprender la esencia de esta afirmación casi mística, es necesario comprender la teoría de la relatividad especial de Einstein, que introdujo al mundo la más famosa de todas las ecuaciones, E = mc2, y la colocó para siempre en el centro de nuestra comprensión de la estructura de el Universo la cantidad simbolizada por el símbolo c - la velocidad de la luz.
La teoría especial de la relatividad de Einstein es en realidad una descripción del espacio y el tiempo. El lugar central en él lo ocupa el concepto de velocidad especial, que no puede ser superada por ninguna aceleración, por fuerte que sea. Esta velocidad es la velocidad de la luz en el vacío, que es de 299.792.458 metros por segundo. Viajando a tal velocidad, un rayo de luz que sale de la Tierra pasará cerca del Sol en ocho minutos, cruzará nuestra Vía Láctea en 100 mil años y en dos millones de años llegará a la galaxia vecina más cercana: la Nebulosa de Andrómeda. Esta noche, los telescopios más grandes de la Tierra observarán la oscuridad del espacio interestelar y captarán antiguos rayos de luz de estrellas distantes y muertas hace mucho tiempo en el borde del Universo observable. Estos rayos comenzaron su viaje hace más de 10 mil millones de años, varios miles de millones de años antes de que la Tierra emergiera de una nube de polvo interestelar en colapso. La velocidad de la luz es alta, pero está lejos de ser infinita. En comparación con las enormes distancias entre estrellas y galaxias, puede parecer deprimentemente baja, hasta el punto de que somos capaces de acelerar objetos muy pequeños a velocidades que son una fracción de un por ciento más rápidas que la velocidad de la luz, utilizando tecnología como el 27. -Kilómetro de Gran Colisionador de Hadrones en Europa Centro de Investigación Nuclear en Ginebra.
Si pudiéramos superar la velocidad de la luz, podríamos construir una máquina del tiempo que nos llevaría a cualquier punto de la historia.
La existencia de una velocidad cósmica última y especial es un concepto bastante extraño. Como aprenderemos más adelante en este libro, la conexión entre esta velocidad y la velocidad de la luz es una especie de sustitución de conceptos. La velocidad de escape última juega un papel mucho más importante en el Universo de Einstein, y hay buena razón, a lo largo del cual se mueve un rayo de luz a una velocidad determinada. Sin embargo, volveremos sobre esto más adelante. Por ahora basta decir que cuando los objetos alcanzan esta velocidad especial, empiezan a suceder cosas extrañas. ¿Cómo se puede evitar que un objeto supere esta velocidad? Es como si existiera una ley universal de la física que impide que tu coche vaya a más de 90 kilómetros por hora, independientemente de la potencia del motor. Pero a diferencia del límite de velocidad de un automóvil, esta ley no la aplica ninguna fuerza policial sobrenatural. Su violación se vuelve absolutamente imposible gracias a la propia construcción del tejido del espacio y del tiempo, y esto es una suerte excepcional, ya que de lo contrario estaríamos ante consecuencias desagradables. Más adelante veremos que si fuera posible superar la velocidad de la luz, entonces podríamos construir una máquina del tiempo que nos llevaría a cualquier punto de la historia. Por ejemplo, podríamos viajar al pasado antes de nacer e interferir accidental o intencionadamente en un encuentro entre nuestros padres.
Ésta es una buena trama para la literatura de ciencia ficción, pero no para la creación del Universo. Y efectivamente, Einstein descubrió que el Universo no está estructurado así en absoluto. El espacio y el tiempo están tan sutilmente entrelazados que tales paradojas son inaceptables. Sin embargo, todo tiene un precio, y en este caso ese precio es nuestro rechazo a ideas profundamente arraigadas sobre el espacio y el tiempo. En el Universo de Einstein, los relojes en movimiento funcionan más lento, los objetos en movimiento se reducen de tamaño y podemos viajar miles de millones de años hacia el futuro. Este es el Universo donde vida humana puede extenderse casi indefinidamente. Podríamos observar el desvanecimiento del Sol, la evaporación de los océanos, la caída del sistema solar en la noche eterna, el nacimiento de estrellas a partir de nubes de polvo interestelar, la formación de planetas y, posiblemente, el surgimiento de vida en nuevos, mundos aún no formados. El universo de Einstein nos permite viajar al futuro lejano, manteniendo al mismo tiempo las puertas del pasado bien cerradas.
Al final de este libro veremos cómo Einstein se vio obligado a llegar a una imagen tan fantástica del Universo y cómo su exactitud fue demostrada repetidamente en una gran cantidad de estudios. experimentos científicos y aplicación tecnológica. Por ejemplo, el sistema de navegación por satélite de un automóvil está diseñado para tener en cuenta el hecho de que el tiempo en la órbita del satélite y en superficie de la tierra se mueve a diferentes velocidades. La imagen de Einstein es radical: el espacio y el tiempo no son en absoluto lo que nos parecen.
Imagínese leyendo un libro mientras vuela en un avión. A las 12:00 miraste tu reloj y decidiste tomar un descanso y caminar por la cabina para hablar con un amigo sentado diez filas más adelante. A las 12:15 regresaste a tu asiento, te sentaste y tomaste nuevamente el libro. El sentido común dicta que regresaste al mismo lugar: es decir, caminaste las mismas diez filas hacia atrás, y cuando regresaste, tu libro estaba en el mismo lugar donde lo dejaste. Ahora pensemos un poco en el concepto de “mismo lugar”. Dado que es intuitivamente claro a qué nos referimos cuando hablamos de un lugar determinado, todo esto puede percibirse como una pedantería excesiva. Podemos invitar a un amigo a tomar un vaso de cerveza en un bar y el bar no se moverá a ninguna parte cuando lleguemos allí. Estará en el mismo lugar donde lo dejamos, muy posiblemente la noche anterior. Hay muchas cosas en este capítulo introductorio que probablemente le parezcan demasiado pedantes, pero siga leyendo de todos modos. Una consideración cuidadosa de estos conceptos aparentemente obvios nos llevará a seguir los pasos de Aristóteles, Galileo Galilei, Isaac Newton y Einstein.
Si te acuestas por la noche y duermes ocho horas, cuando te despiertes habrás recorrido más de 800 mil kilómetros.
Entonces, ¿cómo definimos exactamente lo que queremos decir con “mismo lugar”? Ya sabemos cómo hacer esto en la superficie de la Tierra. Globo cubierto de líneas imaginarias de paralelos y meridianos, de modo que cualquier lugar de su superficie puede describirse mediante dos números que representan coordenadas. Por ejemplo, la ciudad británica de Manchester está ubicada en un punto con coordenadas de 53 grados 30 minutos de latitud norte y 2 grados 15 minutos de longitud oeste. Estos dos números nos dicen exactamente dónde se encuentra Manchester, sujeto a la alineación del ecuador y el primer meridiano. En consecuencia, la posición de cualquier punto tanto en la superficie de la Tierra como más allá se puede fijar utilizando una cuadrícula tridimensional imaginaria que se extiende hacia arriba desde la superficie de la Tierra. De hecho, una rejilla de este tipo puede descender por el centro de la Tierra y salir por el otro lado. Con su ayuda, puede describir la posición de cualquier punto, ya sea en la superficie de la Tierra, bajo tierra o en el aire. En realidad, no es necesario que nos detengamos en nuestro planeta. La cuadrícula se puede extender a la Luna, Júpiter, Neptuno, más allá de la Vía Láctea, hasta el borde mismo del Universo observable. Una cuadrícula tan grande, quizás infinitamente grande, permite calcular la ubicación de cualquier objeto en el universo, lo que, parafraseando a Woody Allen, puede resultar muy útil para alguien que no recuerda dónde puso algo. Por tanto, esta cuadrícula define la zona donde se ubica todo lo que existe, una especie de caja gigante que contiene todos los objetos del Universo. Incluso podríamos sentirnos tentados a llamar espacio a esta gigantesca región.
Pero volvamos a la cuestión de qué significa “mismo lugar”, y por ejemplo con un avión. Podemos suponer que a las 12:00 y a las 12:15 estabas en el mismo punto del espacio. Ahora imaginemos cómo se ve la secuencia de eventos desde la perspectiva de una persona que observa el avión desde la superficie de la Tierra. Si un avión vuela sobre nosotros a una velocidad de, digamos, unos mil kilómetros por hora, en el período comprendido entre las 12:00 y las 12:15 se habrá desplazado, desde su punto de vista, 250 kilómetros. En otras palabras, a las 12:00 y a las 12:15 estabas en diferentes puntos del espacio. Entonces ¿quién tiene razón? ¿Quiénes se mudaron y quiénes se quedaron en el mismo lugar?
Si no puedes responder a esta pregunta aparentemente sencilla, entonces estás en buena compañía. Aristóteles, uno de los más grandes pensadores de la Antigua Grecia, estaría completamente equivocado, ya que afirmaría categóricamente que un pasajero de un avión se está moviendo. Aristóteles creía que la Tierra está inmóvil y ubicada en el centro del Universo, y que el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas giran alrededor de la Tierra, fijados en 55 esferas transparentes concéntricas, anidadas unas dentro de otras como muñecos de anidación. Así, Aristóteles compartió nuestra idea intuitiva del espacio como una determinada región en la que se ubican la Tierra y las esferas celestes. Para hombre moderno imagen del Universo formado por la Tierra y girando esferas celestes, parece completamente ridículo. Pero piensa por ti mismo a qué conclusión podrías haber llegado si nadie te hubiera dicho que la Tierra gira alrededor del Sol y que las estrellas no son más que soles muy distantes, entre los que hay estrellas miles de veces más brillantes que la estrella más cercana. ¿Aunque se encuentran a miles de millones de kilómetros de la Tierra? Por supuesto, no tendríamos la sensación de que la Tierra esté a la deriva en un Universo inimaginablemente vasto. Nuestra visión del mundo moderna se formó a costa de un gran esfuerzo y a menudo contradice el sentido común. Si la imagen del mundo que hemos creado a lo largo de miles de años de experimentación y reflexión fuera obvia, entonces las grandes mentes del pasado (como Aristóteles) habrían resuelto este enigma por sí mismas. Vale la pena recordar esto cuando alguno de los conceptos descritos en el libro le parezca demasiado difícil. Las mentes más brillantes del pasado estarían de acuerdo contigo.
El escritorio de Einstein a pocas horas de su muerte
Para encontrar el defecto en la respuesta de Aristóteles, aceptemos por un momento su imagen del mundo y veamos adónde nos lleva. Según Aristóteles, debemos llenar el espacio con las líneas de una cuadrícula imaginaria conectada a la Tierra, y utilizarla para determinar quién está dónde, quién se mueve y quién no. Si imaginas el espacio como una caja llena de objetos, con la Tierra fija en el centro, entonces será obvio que eres tú, el pasajero del avión, quien cambia tu ubicación en la caja, mientras la persona que observa tu vuelo permanece inmóvil. la superficie de la Tierra, suspendida inmóvil en el espacio. En otras palabras, hay movimiento absoluto y, por tanto, espacio absoluto. Un objeto está en movimiento absoluto si cambia su ubicación en el espacio a lo largo del tiempo, que se calcula utilizando una cuadrícula imaginaria referida al centro de la Tierra.
Por supuesto, el problema con esta imagen es que la Tierra no descansa inmóvil en el centro del Universo, sino que es una bola giratoria que se mueve en órbita alrededor del Sol. De hecho, la Tierra se mueve con respecto al Sol a una velocidad de unos 107 mil kilómetros por hora. Si te acuestas por la noche y duermes ocho horas, cuando te despiertes habrás recorrido más de 800 mil kilómetros. Incluso puedes afirmar que dentro de unos 365 días, tu dormitorio volverá a estar en el mismo punto del espacio, cuando la Tierra complete una revolución completa alrededor del Sol. En consecuencia, sólo se puede decidir cambiar ligeramente la imagen de Aristóteles, dejando intacto el espíritu mismo de sus enseñanzas. ¿Por qué no simplemente mover el centro de la red hacia el Sol? Desafortunadamente, esta idea bastante simple también es incorrecta, ya que el Sol también se mueve en órbita alrededor del centro de la Vía Láctea. La Vía Láctea es nuestra isla local en el Universo y consta de más de 200 mil millones de estrellas. Imagínense lo grande que es nuestra galaxia y cuánto tiempo tarda en rodearla. El Sol, seguido de la Tierra, se mueve a través de la Vía Láctea a una velocidad de unos 782 mil kilómetros por hora a una distancia de unos 250 mil billones de kilómetros del centro de la Galaxia. A esta velocidad, se necesitarán unos 226 millones de años para completar una revolución completa. En este caso, ¿tal vez un paso más será suficiente para preservar la imagen del mundo de Aristóteles? Coloquemos el comienzo de la cuadrícula en el centro de la Vía Láctea y veamos qué había en su dormitorio cuando el lugar en el que se encuentra estaba en este punto del espacio la última vez. Y la última vez que estuvo en este lugar, un dinosaurio a primera hora de la mañana devoró las hojas de árboles prehistóricos. Pero esta imagen también es errónea. En realidad, las galaxias se “dispersan”, alejándose unas de otras, y cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, más rápido se aleja. Nuestro movimiento entre la infinidad de galaxias que forman el Universo es extremadamente difícil de imaginar.
La ciencia acoge con satisfacción la incertidumbre y reconoce que es la clave para nuevos descubrimientos
Así pues, existe un claro problema con la visión del mundo de Aristóteles porque no define con precisión lo que significa "quedarse quieto". En otras palabras, es imposible calcular dónde colocar el centro de una cuadrícula de coordenadas imaginaria y, por tanto, decidir qué está en movimiento y qué está quieto. El propio Aristóteles no tuvo que afrontar este problema porque su imagen de una Tierra estacionaria rodeada de esferas en rotación no fue cuestionada durante casi dos mil años. Probablemente debería haberse hecho, pero, como dijimos, estas cosas no siempre son obvias ni siquiera para las mentes más brillantes. Claudio Ptolomeo, a quien conocemos simplemente como Ptolomeo, trabajó en el siglo II en la gran Biblioteca de Alejandría y estudió cuidadosamente el cielo nocturno. El científico estaba preocupado a primera vista. movimiento inusual cinco planetas conocidos en ese momento, o "estrellas errantes" (nombre del que se deriva la palabra "planeta"). Muchos meses de observaciones desde la Tierra han demostrado que los planetas no se mueven siguiendo una trayectoria suave contra el fondo de las estrellas, sino que siguen extraños bucles. Este movimiento inusual, denominado "retrógrado", se conocía muchos milenios antes que Ptolomeo. Los antiguos egipcios describieron a Marte como un planeta que "se movía hacia atrás". Ptolomeo estuvo de acuerdo con Aristóteles en que los planetas giraban alrededor de una Tierra estacionaria, pero para explicar el movimiento retrógrado tuvo que unir los planetas a ruedas giratorias excéntricas, que a su vez estaban unidas a esferas giratorias. Un modelo tan complejo, pero nada elegante, permitió explicar el movimiento de los planetas a través del cielo. La verdadera explicación del movimiento retrógrado tuvo que esperar hasta mediados del siglo XVI, cuando Nicolás Copérnico propuso una versión más elegante (y más precisa), que era que la Tierra no descansa en el centro del Universo, sino que gira alrededor del mismo. Sol junto con el resto de planetas. La obra de Copérnico tuvo serios oponentes, por lo que fue prohibida. Iglesia católica, y la prohibición no se levantó hasta 1835. Las mediciones precisas de Tycho Brahe y los trabajos de Johannes Kepler, Galileo Galilei e Isaac Newton no sólo confirmaron completamente la exactitud de Copérnico, sino que también llevaron a la creación de una teoría del movimiento planetario en forma de las leyes de movimiento y gravedad de Newton. Estas leyes fueron mejor descripción los movimientos de las “estrellas errantes” y de todos los objetos en general (desde galaxias en rotación hasta proyectiles de artillería) bajo la influencia de la gravedad. Esta imagen del mundo no fue cuestionada hasta 1915, cuando se formuló la teoría general de la relatividad de Einstein.
El concepto en constante cambio sobre la posición de la Tierra, los planetas y su movimiento a través del cielo debería servir de lección para aquellos que están absolutamente convencidos de algún conocimiento. Hay muchas teorías sobre el mundo que nos rodea que a primera vista parecen una verdad evidente, y una de ellas trata sobre nuestra inmovilidad. Las observaciones futuras pueden sorprendernos y desconcertarnos, y en muchos casos lo hacen. Aunque no deberíamos reaccionar dolorosamente ante el hecho de que la naturaleza a menudo entra en conflicto con las intuiciones de una tribu de observadores descendientes de primates, que representan una forma de vida basada en el carbono en un pequeño planeta rocoso que orbita alrededor de una estrella corriente y de mediana edad en las afueras. de la Vía Láctea. Las teorías del espacio y el tiempo que analizamos en este libro pueden ser, de hecho, (y muy probablemente no serán) más que casos especiales de una teoría más profunda aún no formulada. La ciencia da la bienvenida a la incertidumbre y reconoce que es la clave para nuevos descubrimientos.
"...no hay equivalencia de energía y masa
como principio no puede haber"
Académico RAS A.A. Logunov. 31 de agosto 2011
Una persona del foro afirma que “E=mc2 es simplemente una fórmula estúpida. También se puede aplicar a los explosivos más potentes: el uranio. Pero es obvio que una piedra, un trozo de madera o el agua nunca producirán tal energía”. De hecho, desde el punto de vista de esta conocida fórmula, 1 kg de excelente antracita, por ejemplo, contiene tanta energía como 1 kg de ceniza, ¡absurdo!
La fórmula E= kMc2 fue obtenida por N.A. Umovov 32 años antes que Einstein. El coeficiente k varió de 0,5 a 1. J. J. Thomson en 1881 encontró el valor k = 4/3. O. Heaviside, basándose en la teoría de Maxwell, encontró k = 1. Einstein en la TER, postulando la ecuación E = pv – L, generalizó esta fórmula "para todas las ocasiones", a todas las formas de energía y fenómenos naturales. El uso de la fórmula considerada para procesos de radiación está justificado, pero se cuestiona su uso para calcular la energía de un sistema arbitrario.
Consideremos este problema con más detalle y basándonos en la física oficial más moderna. Ella realmente ha... valido la pena durante mucho tiempo.
1. Términos y definiciones
La inercia del proceso es la propiedad de un proceso de resistir un cambio de estado.
TER – teoría especial de la relatividad de A. Einstein.
TNP – termodinámica de procesos irreversibles.
La dinámica de la energía es la ciencia de las leyes generales de los procesos de transferencia y transformación de la energía, independientemente de si estos procesos pertenecen a un campo particular del conocimiento (http://www.physicalsystems.org/index02.13.html).
La energía es una función específica del sistema que describe todos los elementos externos y procesos internos, que ocurre en él, y no cambia con el tiempo para un sistema aislado que ha alcanzado un estado de equilibrio.
masa (en electrodinámica, así como mecanica clasica y termodinámica) es un parámetro independiente en función de la energía total del sistema, que cambia sólo durante la transferencia de masa a través de los límites del sistema y/o durante la difusión. De acuerdo con esta definición, la masa no es una medida de las propiedades inerciales de un sistema y coincide con la definición de masa de Newton como medida de la cantidad de materia.
la masa según TER es una medida de las propiedades inerciales de un sistema, proporcional a su energía total y que cambia con los cambios de energía bajo la influencia de cualquier factor; en su propio sistema de referencia es igual a la masa en reposo, que es numéricamente igual a la masa electrodinámica del sistema.
2. Energía total del sistema
La dinámica de la energía da la siguiente fórmula para la energía total del sistema [ibid.], Fig. 1, (1).
La masa mk (parámetro del sistema) es una de las variables de energía independientes y en los sistemas en equilibrio cambia solo con la transferencia de masa o la difusión de una sustancia a través de los límites del sistema. . En el caso de una composición constante, la masa del sistema m = Suma mk.
3. La ecuación E = ms**2 no se puede utilizar para calcular la energía total del sistema y la energía en reposo.
En SRT, la energía total se puede representar como, Fig. 1, (2):
Dividamos (1) por m0 y expresemos el último término en términos de la velocidad del centro de masa, Fig. 1, (3). Dividamos también (2) por m0 (m = m0) e igualemos los lados derechos de (2) y (3), suponiendo que el principio de equivalencia de masa y energía de Einstein es válido, Fig. 1, (4). El lado izquierdo de (4) cambia con la transferencia de calor, la deformación volumétrica, la difusión y el movimiento en los campos de fuerza, mientras que el lado derecho es constante.
Cálculo termodinámico de la energía total del sistema y cálculo mediante la fórmula.
E = ms2 da resultados completamente incompatibles.
4. STR contradice la termodinámica: ¿qué creer?
Primero observemos algunos hechos obvios y luego emitamos un veredicto.
1. La energía del sistema puede ser arbitrariamente grande, porque Los parámetros intensivos del sistema no están limitados desde arriba: la fórmula E = ms2 los limita al cuadrado de la velocidad.
2. La termodinámica y la dinámica energética definen la masa como una de las variables independientes de su estado, mientras que en la TER depende del intercambio de energía del sistema con el medio externo. En termodinámica y dinámica de la energía, la energía no se identifica con la capacidad de un sistema para realizar trabajo, en la TER, la “reserva” de energía se estima precisamente por su masa, y el trabajo, por la pérdida (“defecto”) de esta masa; .
3. En TNP y dinámica energética, las propiedades inerciales de los procesos se derivan del principio de Chatelier-Brown; en SRT se caracterizan únicamente por la resistencia al proceso de aceleración.
Conclusión
Si tenemos en cuenta la propia opinión de Einstein sobre la termodinámica (esta es la única teoría física de contenido general que "nunca será refutada"), el veredicto es obvio: la termodinámica dice la verdad.
Desde el punto de vista del análisis anterior, la fórmula E = ms**2 no es adecuada para calcular tanto la energía total del sistema como la energía que posee en reposo. Los einsteinianos incorregibles, para refutar esta conclusión, primero pueden demostrar de manera convincente a los "ignorantes" que 1 kg de ceniza contiene la misma cantidad de energía que 1 kg de antracita.
Fuentes de información
1. Refutación de E=mc2 y la estructura del átomo.
http://www.kprf.org/showthread-t_8885-page_3.html 01/03/2012, 09:08.
2. Umov N.A. Teoría de los medios simples, San Petersburgo, 1873. (Véase también Archivos de la Academia de Ciencias de la URSS, f. 320, op. 1, núm. 83-84).
3. Thomson J.J. Sobre el efecto eléctrico y magnético provocado por el movimiento de cuerpos electrificados. (ver Kudryavtsev P.S. Curso de historia de la física, M.: Prosveshchenie, 1974).
4. Heaviside O. // Papeles eléctricos. - Londres: Macmillan and Co., 1892.- Vol. 2. pág. 492.
5. Etkin V., Doctor en Ciencias Técnicas, Prof. ¿SON EQUIVALENTES MASA Y ENERGÍA?
6. Einstein A. Autobiografía creativa. // Física y realidad. - M.: “Ciencia”. 195.- P.131-166.
20.10.14
Reseñas
"1. La energía del sistema puede ser arbitrariamente grande, ya que los parámetros intensivos del sistema no están limitados desde arriba; la fórmula E = ms2 la limita al cuadrado de la velocidad". La fórmula E = ms2 no limita nada, al menos debido a la variabilidad de la masa y la posibilidad de su aumento ilimitado al aumentar la energía. La termodinámica clásica supone con razón que la masa en un sistema cerrado no cambia, simplemente debido a la pequeñez de los efectos relativistas a bajas velocidades. Pero ella es sólo una aproximación.
Querido Alexey! La masa, dicen los relativistas modernos, no depende de la velocidad de un cuerpo. Dicen que antes esto se decía erróneamente, pero ahora no es así: la masa de un cuerpo es constante. Por ahora me limitaré a esta observación y no le responderé en cuanto al fondo.