دانشنامهمفهوم
هم‌ارزی جرم و انرژی Mass–energy equivalence
هم‌ارزی جرم و انرژی اصلی در نسبیت خاص است که با فرمول E=mc² بیان میشود و می‌گوید جرم و انرژی دو شکل از یک چیزند و می‌توانند به هم تبدیل شوند.
نام‌های دیگر: E=mc2، فرمول اینشتین
آلبرت اینشتین در سال ۱۹۰۵ نشان داد جسمی که در حالت سکون است، صرفاً به‌خاطر جرمش انرژی دارد. این رابطه معروف‌ترین فرمول فیزیک شد:
$E$ انرژی، $m$ جرم و $c$ سرعت نور است. چون $c^2$ عددی بسیار بزرگ است (حدود ۹ در ده به توان ۱۶ در یکای SI)، مقدار کمی جرم معادل انرژی عظیمی است. تبدیل یک گرم ماده به‌طور کامل به انرژی، حدود ۹۰ هزار میلیارد ژول می‌دهد، مقداری در حد انفجار حدود ۲۱ هزار تن تی‌ان‌تی.
این فرمول چه معنایی دارد؟
جرم صرفاً مقدار ماده نیست، شکلی از انرژی است. هنگامی که انرژی از سامانه‌ای خارج شود، جرم آن اندکی کم میشود. این تغییر در واکنشهای شیمیایی بسیار ناچیز است، اما در واکنشهای هستهای قابل‌توجه است. این ایده در نسبیت خاص جای دارد.
هم‌ارزی جرم و انرژی در خورشید
خورشید هر ثانیه چندین میلیون تن از جرم خود را به انرژی تبدیل می‌کند. در زنجیرهٔ پروتون-پروتون چهار پروتون به یک هستهٔ هلیوم تبدیل می‌شوند و هلیوم حاصل کمی سبک‌تر از مجموع چهار پروتون است؛ جرم ازدست‌رفته به‌صورت نور و گرما آزاد میشود (همجوشی هستهای).
کاربردها و پیامدها
- نیروگاه‌های هستهای و سلاح‌های هستهای بر پایهٔ آزاد شدن بخشی از جرم هسته به انرژی‌اند.
- در شتاب‌دهنده‌ها، انرژی جنبشی به ذره‌های جدید تبدیل میشود.
- در پادماده، برخورد ماده و پادماده جرم را به‌طور کامل به انرژی تبدیل می‌کند.
پرسش‌های رایج
### E=mc² یعنی چه؟
یعنی انرژی هر جسم برابر جرمش ضربدر مجذور سرعت نور است؛ جرم و انرژی دو جلوهٔ همارز از یک چیزند.
### آیا واقعاً میشود جرم را به انرژی تبدیل کرد؟
بله، در واکنشهای هستهای و در نابودی ماده و پادماده. خورشید با همین سازوکار میدرخشد.
### آیا جسم با سرعت زیاد جرمش زیاد میشود؟
در نسبیت، انرژی جنبشی به انرژی کل جسم میافزاید و رسیدن به سرعت نور برای جسم دارای جرم نیازمند انرژی بینهایت است؛ پس هیچ جسم جرمداری به سرعت نور نمیرسد.
### چه کسی فرمول E=mc² را نوشت؟
آلبرت اینشتین در مقالهای در سال ۱۹۰۵، بهعنوان یکی از پیامدهای نسبیت خاص.