Szerző: szabiku » 2015.05.17. 19:42
Az a kifejezés, hogy "nyugalmi tömeg", így önmagában még nem egészen egyértelmű, mert ez jelentheti definíció szerint a szokványos invariáns nyugalmi tömeget, ami invariáns a Lorentz-transzformációval szemben (ezt szoktuk m-al jelölni), DE fogalmilag jelentheti azt is, hogy mindig abban a rendszerben nyugvónak számító tömeg, melyben éppen a kijelentéseinket tesszük, és ekkor az természetesen nem invariáns, de így is (valamelyik inerciarendszerben, ami ugye az E = mc kapcsán az, melyben E-t értjük/mérjük) mindig nyugalmi (ezt szokták nem szerencsésen és nagyon félreérthetően "mozgási tömegnek" nevezni, valójában arra utalva, hogy "belső mozgásokat" takar (a másik neve "relativisztikus tömeg", ami már egész jó megnevezés...)).
Az E = mc azt jelenti, hogy az energia nyugalmi tömeggel ekvivalens mennyiség. Az energiának tömegegyenértéke van. A tömeg a tehetetlenség mértéke (a tehetetlenség a gyorsítással/lassítással szembeni ellenállás), így a tehetetlenség az energia tulajdonsága is egyben. Ez tetszőleges energiafajtára és általánosan (tehát nem csak úgy, hogy E = mc) mindig igaz, és a megfelelő értelemben mindig megállja a helyét. Ez nagyon egyszerűen úgy is belátható, hogy c nem valódi fizikai állandó, választhatjuk egyszerűen 1-nek az értékét mértékegység nélkül. Ekkor E = m, és például az energiát mérhetjük kilogrammokban, vagy pl. a tömeget Joule-ban, vagy elektronVoltban, stb.
Legyen egy tetszőleges objektum_1 energia-impulzus vektora pontmechanikai modellben [(1/c)E, p, p, p]. Az E = mc azt mondja, hogy ennek mindig megfeleltethető egy [(1/c)mc, 0, 0, 0] energia-impulzus vektorral rendelkező objektum_2, mely tulajdonképpen magába foglalja objektum_1-et. m ugyan úgy transzformálódik, mint E (mivel c csak egy invariáns skalár), és nem jelenti az objektum_1 m invariáns nyugalmi tömegét, csak ha p = 0. Viszont az egyértelműen látható, hogy m a pillanatnyi objektum_2 tehetetlen pillanatnyi nyugalmi tömegét jelenti, mert ott a hármasimpulzus nulla. Az objektum_1 az objektum_2 belső részrendszereként fogható fel. p tulajdonképpen azt mondja, hogy az objektum_2-ben valamilyen belső mozgás van, energiatranszport zajlik benne, melyet az objektum_1 szállít. Másképpen fogalmazva, az objektum_1 az objektum_2 inerciarendszerében értett nyugalmi tömeget szállít/transzportál. Az objektum_2 tömegközéppontja ennek megfelelően tolódik el.
Nézzük mit jelent ez pl. a fény, vagyis az elektromágneses hullámok, ha tetszik fotonok esetében. Egyszerűen azt (mint bármilyen más esetben), hogy a fotonoknak, vagyis a fénynek, vagy elektromágneses hullámoknak m = 0 mellett az energiájuk folytán van nyugalmi tömegegyenértékük is, amit az E = mc híres képlet alapján számíthatunk ki. (A fény vagy fotonok az objektum_1-ek. A részrendszerek saját invariáns nyugalmi tömegének összege nem egyenlő a teljes rendszer, mint objektum_2 saját nyugalmi tömegével, azaz 0+0+0+... nem egyenlő nem nullával, ami az objektum_2 tömege, és ez rendben is van.) Ez egy egyszerű gondolatkísérlettel is könnyen érezhető: Tegyünk mérlegre egy nagy anyagtömböt, melynek belsejében fémfalú üreg van. Ha ebben az üregben még elektromágneses hullámok is vannak, nyilván nagyobb a mért tehetetlen tömeg, mint ha nincsenek (persze legyen ehhez elég érzékeny mérlegünk). Ha a tömböt gyorsítani szeretnénk, akkor valahogyan közvetve a belsejében lévő EM hullámokat csak plusz erő ráfordítással tudjuk a natúr tömbbel együtt ugyan úgy "gyorsítani". Hagyjuk el a tömböt meg a fémfalat, és egyszerűen lássuk be, hogy a fénynek vagy EM hullámoknak, sőt akár még egyetlen "hullámként repkedő" fotonnak is így van tömege, azaz helyesen mondva nyugalmi tömegegyenértéke, csak egy kicsit elvontabb elképzelni azt, hogy "röptében" egy nyugvó mérlegre tesszük, de az ettől független, mert:
E = mc.
Ez az általános összefüggés a relativisztikus kontinuumelméletből eredeztethető talán a legjobban. Mivel az alapvető megmaradási törvényeket kielégítő energia-impulzus-tenzor szimmetrikus, és a T, T, T komponensei a hármas-energiaáram-sűrűség/c azaz [S/c, S/c, S/c], a T, T, T komponensei pedig a hármasimpulzus-sűrűség*c azaz [gc, gc, gc], tehát ezek egyenlőek:
hármas-energiaáram-sűrűség/c = hármasimpulzus-sűrűség*c :amiből sűrűséggel egyszerűsítve adódik, hogy:
hármas-energiaáram/c = hármasimpulzus*c :vagyis, mivel impulzus = tömegáram:
hármas-energiaáram/c = hármas-tömegáram*c :amit árammal egyszerűsítve elhagyódik a hármas szó is, mert a három egyenletünk immár egybeolvad, és így adódik, hogy:
energia/c = tömeg*c :vagyis:
energia = tömeg*c
A T komponenst, mely tulajdonképpen a rendszer teljes energiasűrűsége, is belevehettem volna a "levezetésbe", akkor négyes-energiaáram-sűrűség valamint négyesimpulzus-sűrűség mennyiségek szerepeltek volna, és így teljesebb, de hátha úgy érthetőbb. Na de így is leírom:
négyes-energiaáram-sűrűség/c = négyesimpulzus-sűrűség*c
négyes-energiaáram-sűrűség/c = négyes-tömegáram-sűrűség*c :a szorzatjelleg miatt megtehetjük, hogy egyszerűsítünk négyes-áramsűrűséggel:
energia/c = tömeg*c :vagyis:
energia = tömeg*c
Ez így teljesen általános, ezért jelöljük az energiát E-vel, a tehetetlen tömeget m-el, és így jutunk az E = mc teljesen általános azonossági kifejezéshez. A baloldal és jobboldal tulajdonságai egyformák, és mivel c tulajdonképpen csak egy matematikai konstans, ha a baloldal valamiért E, akkor a jobboldalon m-nak kell szerepelnie, tehát ekkor: E = mc.
A hozzászólást 1 alkalommal szerkesztették, utoljára
szabiku 2015.05.25. 19:27-kor.