Զանգվածի և էներգիայի համարժեքություն

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Բանաձևը Տայբեյի երկնաքերներից մեկի վրա, ֆիզիկայի համաշխարհային տարի (2005 թվական)

Զանգվածի և էներգիայի համարժեքություն, հասկացություն ֆիզիկայում՝ հարաբերականության տեսության մեջ, ըստ որի՝ ֆիզիկական համակարգի կամ մարմնի լրիվ էներգիան հավասար է նրա զանգվածի և վակուումում լույսի արագության քառակուսու արտադրյալին․

\ E = mc^2,

որտեղ E-ն մարմնի կամ համակարգի էներգիան է, m֊ը՝ զանգվածը, c֊ն՝ լույսի արագությունը, արժեքը՝ 299 792 458 մետր֊վայրկյան։

Ելնելով «զանգված» և «էներգիա» տերմինների ընկալումից՝ բանաձևը կարելի է երկու կերպ մեկնաբանել․

  • Մի կողմից այս հասկացությունը նշանակում է, որ մարմնի զանգվածը (ինվարիանտ զանգվածը, որը նաև կոչվում է հանգստի զանգված) հավասար է (c2 հաստատուն բազմապապատկիչի ճշտությամբ)[Ն 1] «նրանում պարփակված» էներգիային, այսինքն՝ համապատասխան հաշվարկման համակարգում (հանգստի հաշվարկման համակարգում) չափված կամ հաշվարկված էներգիային՝ այսպես կոչված հանգստի էներգիային կամ, լայն իմաստով, այդ մարմնի ներքին էներգիային[1],
 E_0 = mc^2, որտեղ E_0֊ն մարմնի հանգստի էներգիան է, m֊ը՝ հանգստի զանգվածը։
  • Մյուս կողմից կարելի է պնդել, որ ֆիզիկական օբյեկտի (անպայման չէ մարմնի) էներգիայի ցանկացած տեսակին համապատասխանում է որոշակի զանգված․ օրինակ, ցանկացած շարժվող օբյեկտի համար ներմուծվում է ռելյատիվիստական զանգվածի հասկացություն։ Ռելյատիվիստական զանգվածը ( c2 բազմապատկիչի ճշտությամբ) հավասար է օբյեկտի լրիվ էներգիային (ներառյալ կինետիկական էներգիան)[2]՝
\ m_{rel}c^2 = E, որտեղ E֊ն օբյեկտի լրիվ էներգիան է, m_{rel}֊ը՝ ռելյատիվիստական զանգվածը։

Առաջին մեկնաբանությունը երկրորդի մասնավոր դեպքը չէ։ Չնայած դադարի էներգիան էներգիայի մասնավոր դեպքն է, իսկ m֊ը գործնականում հավասար է m_{rel}֊ին մարմնի շարժման զրոյական կամ փոքր արագության դեպքում, բայց m֊ի ֆիզիկական բովանդակությունը երկրորդ մեկնաբանության շրջանակներից ավելին է․ այն սկալյար (այսինքն՝ արտահայտվում է մեկ թվով) ինվարիանտ (անփոփոխ՝ հաշվարկման համակարգի փոփոխության դեպքում) բազմապատկիչ է էներգիայի և իմպուլսի քառաչափ սահմանման մեջ, անալոգ է նյուտոնյան զանգվածին և նրա ուղղակի ընդհանրացումն է[Ն 2], և բացի այդ, m֊ը 4֊իմպուլսի վեկտորի մոդուլն է։ Ավելին, հենց m մեծությունն (և ոչ m_{rel}֊ն) է միակ սկալյարը, որը ոչ միայն բնութագրում է մարմնի իներտ հատկությունները փոքր արագությունների դեպքում, այլև որով այդ հատկությունները կարող են բավական պարզ գրվել մարմնի ցանկացած շարժման արագության համար[3]։

Այսպիսով, m֊ը՝ ինվարիանտ զանգվածը, ֆիզիկական մեծություն է, որն ունի ինքնուրույն և հիմնարար իմաստ[4]։

Ժամանակակից տեսական ֆիզիկայում զանգվածի և էներգիայի համարժեքության հասկացությունը սովորաբար կիրառվում է առաջին իմաստով[5]։

Բանաձևն ամենաընդհանրական ձևով առաջին անգամ ձևակերպել է Ալբերտ Այնշտայնը 1905 թվականին, սակայն մարմնի էներգիայի և իներտ հատկությունների կապի մասին պատկերացումները մշակվել են նաև այլ հետազոտողների ավելի վաղ աշխատանքներում։

Ժամանակակից մշակույթում E=mc^2 բանաձևը թերևս բոլոր ֆիզիկական բանաձևերից ամենահայտնին է, ինչը պայմանավորված է ատոմային զենքի հետ նրա կապով։ Բացի այդ, հենց այս բանաձևն է խորհրդանշում հարաբերականության տեսությունը և լայնորեն օգտագործվում է գիտության հասարակայնացման համար[6]։

Նշումներ[խմբագրել]

  1. Այսինքն՝ ունիվերսալ հաստատունի ճշտությամբ, որը միավորների չափման համակարգի ընտրությամբ կարելի է մեկ դարձնել։
  2. Այնպես, ինչպես ոչ ռելյատիվիստական տեսության մաջ, զանգվածը մտնում է որպես սկալյար բազմապատկիչ էներգիայի և իմպուլսի սահմանման մեջ։

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Einstein A., Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen(գերմաներեն)
  2. Паули В., Теория относительности, §41. Инерция энергии, М., Наука, 1991, 166—169, 5-02-014346-4
  3. m_{rel}֊ի (և արագության) միջոցով այդ հատկություններն, իհարկե, նույնպես կարելի է գրել, սակայն պակաս սեղմ, սիմետրիկ և գեղեցիկ տեսքով։ Մեկ այլ մոտեցման մեջ անհրաժեշտ է լինում մի քանի բաղադրիչներով մեծություններ ներառել, օրինակ՝ «երկայնական» և «լայնական» զանգվածները։
  4. Угаров В. А., Специальная теория относительности, Москва, Наука, 1977
  5. Окунь Л. Б., Понятие массы (Масса, энергия, относительность) (Методические заметки), УФН, 1989, том 158, страницы=511—530
  6. Окунь Л. Б., Формула Эйнштейна: E0 = mc2. «Не смеётся ли Господь Бог»?, УФН, 2008, том 178, ст.541–555