Еквівалентність маси та енергії — Що насправді означає E=mc²

Що насправді означає E=mc²

Швидкість світла дуже велика, тому c² робить енергетичний еквівалент навіть крихітного дефекту маси значним. У ядерній фізиці зручно користуватися атомною одиницею маси та МеВ, щоб напряму порівнювати масові різниці з енергіями реакцій.

Чому множник c² такий важливий

Під час синтезу легкі ядра можуть утворити більш міцно зв’язану систему з меншою сумарною масою спокою. Під час поділу дуже важке ядро може перейти до фрагментів із більшою енергією зв’язку на нуклон. В обох випадках різниця енергій проявляється як кінетична енергія частинок і випромінювання.

Синтез і поділ

E=mc² — це формула для енергії спокою. Для рухомих частинок потрібно використовувати повну релятивістську енергію разом з імпульсом. У кожній реакції сумарна енергія та сумарний імпульс зберігаються, навіть коли енергія переходить між масою спокою, рухом і фотонами.

Енергія та імпульс

Якщо ізольованому тілу передати тепло, його внутрішня енергія зростає і, принципово, зростає його маса на ΔE/c². У побутових умовах зміна неймовірно мала, але цей приклад показує, що еквівалентність маси й енергії не обмежується ядерними реакціями.

Що насправді означає E=mc²

Часто використовують Q=(m_до−m_після)c². Додатне Q означає, що реакція може виділити енергію; від’ємне Q означає, що енергію треба підвести і може існувати поріг. Для точного балансу враховують також збуджені стани та кінетичні енергії.