هم ارزی جرم – انرژی

E=mc^2 رابطه ای معروف که حتی می توان آن را بر دیواره شهرها هم دید اما اینکه تا چه حد با مفهوم آن آشنا هستیم٬ خود بحثی عمیق دارد . این مقاله کوتاه نیز سعی دارد تا این مفهوم را به سادگی بیان کند.

آلبرت اینشتن طی یک مقاله ارزشمند علمی در سه صفحه با استدلالی زیبا و عاری از پیچیدگی های ریاضی آن را استنتاج کرده است. او واپاشی پرتوزایی را در نظر می گیرد که در آن هسته پرتو گاما٬ یعنی٬ تابش الکترومغناطیسی با فرکانس بالا گسیل می کند. در مورد چنین سیستمی منزوی که هیچ نیروی خارجی بر آن اثر نمی کند٬ باید انرژی و اندازه حرکت در واپاشی پایسته بمانند. اینشتن با بهره گیری از این دو شرط پایستگی٬ و بیان نسبیتی اندازه حرکت٬ که جرم دختر – هسته باید به میزان

Δm=E/c^2 از جرم مادر کمتر باشد٬ در اینجا E انرژی است که تابش منتقل می کند. به زبان خود وی : ” اگر جسمی انرژی E را به صورت تابش از دست بدهد٬ جرمش به اندازه E/c^2 کم کی شود.”

این نتیجه گیری٬ گذشته از چگونگی آزاد شدن انرژی٬ به طور کلی صادق است. مثلا در بعضی واکنشهای هسته ای٬ انرژی به صورت انرژی جنبشی دخیل در واکنش آزاد می شود٬ در این صورت٬ بین این انرژی و تغییرات سیستم نیز باید موازنه برقرار شود. اگر سیستمی به جرم m خود به خود از بین برود٬ انرژی آزاد شده عبارت خواهد بود از :

E=mc^2

به همین ترتیب٬ می توان تصور کرد که با صرف انرژی کافی باید بتوان جسم پر جرمی به وجود آورد و در واقع چنین رویدادی هم رخ می دهد. یعنی معادله فوق حاکی از هم ارزی بین انرژی و جرم است و انجام واکنش ها را در دو جهت جایز می داند.