Astronomi uden et teleskop - masse er energi

Pin
Send
Share
Send

Nogle siger, at grunden til at du ikke kan køre hurtigere end lys er, at din masse stiger, når din hastighed nærmer sig lyshastighed - så uanset hvor meget energi dit stjernedrev kan generere, når du et punkt, hvor ingen mængde energi kan videre accelerer dit rumfartøj, fordi dens masse nærmer sig uendelig.

Denne tankegang er i bedste fald en ufuldstændig beskrivelse af hvad der virkelig foregår og er ikke en særlig effektiv måde at forklare, hvorfor du ikke kan bevæge dig hurtigere end lys (selvom du virkelig ikke kan). Historien tilbyder dog nyttig indsigt i, hvorfor masse er ækvivalent med energi i overensstemmelse med forholdet e = mc2.

For det første, her er grunden til, at historien ikke er komplet. Selvom nogen tilbage på Jorden muligvis kan se dit rumfartøjs masse øges, når du bevæger dig i nærheden af ​​lyshastighed - vil du piloten ikke overhovedet se din masseændring. Inden i dit rumfartøj ville du stadig være i stand til at klatre trapper, hoppe reb - og hvis du havde et sæt badeværelseskalaer med til turen, ville du stadig veje det samme som du gjorde tilbage på Jorden (forudsat at dit skib er udstyret med det nyeste inden for kunstig tyngdekraft, der efterligner forholdene tilbage på jordoverfladen).

Den ændring, som en jordobservatør opfatter, er retfærdig relativistisk masse. Hvis du rammer bremserne og vendte tilbage til en mere konventionel hastighed, ville al den relativistiske masse forsvinde, og en jordobservatør ville bare se dig beholde med samme passende (eller hvile) masse, som rumfartøjet og du havde, før du forlod Jorden.

Jordobservatøren ville være mere korrekt at overveje din situation med hensyn til energi, der er et produkt af din masse og din hastighed. Så når du pumper mere energi ind i dit stjernedrivsystem, ser nogen på Jorden virkelig dit momentum stige - men fortolker det som en masseøkning, da din hastighed ikke ser ud til at stige meget når den er op omkring 99% af lysets hastighed. Når du derefter bremser ned igen, selvom du måske ser ud til at miste masse, mister du virkelig energi - måske ved at konvertere din kinetiske bevægelsesenergi til varme (forudsat at din rumfartøj er udstyret med den nyeste inden for relativistisk bremseteknologi).

Fra den jordbaserede observatørs perspektiv kan du formulere, at den relativistiske massegevinst, der observeres, når man rejser nær lyshastighed, er summen af ​​rumfartøjets hvilemasse / energi plus den kinetiske energi i dens bevægelse - alt divideret med c2. Fra det kan du (trampe rundt i nogen moderat kompleks matematik) udlede, at e = mc2. Dette er et nyttigt fund, men det har lidt at gøre med, hvorfor rumfartøjets hastighed ikke kan overstige lyshastigheden.

Fænomenet med relativistisk masse følger et lignende, men omvendt, asymptotisk forhold til din hastighed. Så når du nærmer dig lyshastighed, nærmer din relativistiske tid nul (urene er langsom), dine relativistiske rumlige dimensioner nærmer sig nul (længder trækker sammen) - men din relativistiske masse vokser mod uendelig.

Men som vi allerede har dækket, oplever du ikke, at dit rumfartøj vinder masse på rumfartøjet (det ser heller ikke ud til at skrumpe ned, og heller ikke dets ure går langsommere). Så du skal fortolke din stigning i momentumenergi som en ægte hastighedsforøgelse - i det mindste med hensyn til en ny forståelse, du har udviklet om hastighed.

For dig, piloten, når du nærmer dig lyshastighed og fortsætter med at pumpe mere energi ind i dit drevsystem, er det, du finder, at du fortsat når din destination hurtigere - ikke så meget fordi du er bevæger sig hurtigere, men fordi den tid, du estimerede, at det ville tage dig at krydse afstanden fra punkt A til punkt B bliver synlig meget mindre, bliver afstanden mellem punkt A til punkt B også mærkbar meget mindre. Så du bryder aldrig lyshastighed, fordi afstanden over tid parametre for din hastighed ændrer sig på en måde, der sikrer, at du ikke kan.

Under alle omstændigheder er overvejelse af relativistisk masse sandsynligvis den bedste måde at udlede forholdet e = mc2 da den relativistiske masse er et direkte resultat af den kinetiske bevægelsesenergi. Forholdet falder ikke let ud af betragtning af (siger) en nuklear eksplosion - da meget af sprængningens energi stammer fra frigivelsen af ​​den bindende energi, der holder et tungt atom sammen. En nukleare eksplosion handler mere om energitransformation end om materieomdannelse til energi, selvom det på systemniveau stadig repræsenterer ægte masse til energikonvertering.

På lignende måde kan du overveje, at din kop kaffe er mere massiv, når den er varm - og bliver målbart mindre massiv, når den køler ned. Materiale, hvad angår protoner, neutroner, elektroner ... og kaffe, er i vid udstrækning bevaret under hele denne proces. Men et stykke tid tilføjer varmeenergien virkelig systemets masse - skønt det er en masse på m = e / c2, det er en meget lille mængde masse.

Pin
Send
Share
Send