Astronomi utan teleskop - massan är energi

Pin
Send
Share
Send

Vissa säger att anledningen till att du inte kan resa snabbare än ljus är att din massa kommer att öka när din hastighet närmar sig ljushastigheten - så oavsett hur mycket energi din stjärnahet kan generera når du en punkt där ingen mängd energi kan ytterligare påskynda ditt rymdskepp eftersom dess massa närmar sig oändligt.

Den här tankegången är i bästa fall en ofullständig beskrivning av vad som verkligen händer och är inte ett särskilt effektivt sätt att förklara varför du inte kan röra dig snabbare än ljus (även om du verkligen inte kan). Men historien erbjuder användbar insikt i varför massa är ekvivalent med energi, i enlighet med förhållandet e = mc2.

För det första är det här därför berättelsen inte är komplett. Även om någon tillbaka på jorden kan se ditt rymdskepps massa öka när du rör dig nära ljushastigheten - du piloten kommer inte att märka din massförändring alls. Inom ditt rymdskepp skulle du fortfarande kunna klättra upp trappor, hoppa rep - och om du hade en uppsättning badrumsvägar för resan skulle du fortfarande väga precis som du gjorde tillbaka på jorden (förutsatt att ditt skepp är utrustat med det senaste inom artificiell gravitationsteknik som efterliknar förhållandena tillbaka på jordens yta).

En förändring som uppfattas av en jordobservatör är rättvis relativistisk massa. Om du träffade bromsarna och återvände till en mer konventionell hastighet, skulle all relativistisk massa försvinna och en jordobservatör skulle bara se dig behålla med samma rätt (eller vila) massan som rymdskeppet och du hade innan du lämnade jorden.

Jordobservatören skulle vara mer korrekt att ta hänsyn till din situation med avseende på energi, som är en produkt av din massa och din hastighet. Så när du pumpar in mer energi till ditt stjärndrivningssystem ser någon på jorden verkligen din fart öka - men tolkar det som en massökning, eftersom din hastighet inte verkar öka så mycket när den är uppe 99% av ljusets hastighet. När du sedan saknar ner igen, även om du kanske verkar förlora massan, laddar du verkligen av energi - kanske genom att omvandla din kinetiska rörelseenergi till värme (förutsatt att ditt rymdskepp är utrustat med den senaste inom relativistisk bromsningsteknik).

Från den jordbaserade observatörens perspektiv kan du formulera att den relativistiska massförstärkningen som observeras när man reser nära ljushastigheten är summan av rymdskeppets vilmassa / energi plus den kinetiska energin i dess rörelse - allt dividerat med c2. Från det kan du (gå runt någon måttligt komplex matematik) härleda att e = mc2. Detta är ett användbart fynd, men det har lite att göra med varför rymdskeppets hastighet inte kan överstiga ljushastigheten.

Fenomenet relativistisk massa följer ett liknande, men omvänt, asymptotiskt förhållande till din hastighet. Så när du närmar dig ljushastigheten närmar sig din relativistiska tid noll (klockorna är långsam), dina relativistiska rumsliga dimensioner närmar sig noll (längder drar ihop sig) - men din relativistiska massa växer mot oändligt.

Men som vi redan har täckt, upplever du inte att ditt rymdskepp får massa på rymdskeppet (inte heller verkar det krympa, och inte heller dess klockor sakta ner). Så du måste tolka din ökning av drivkraften som en äkta hastighetsökning - åtminstone med avseende på en ny förståelse du har utvecklat om hastighet.

För dig, piloten, när du närmar dig ljushastighet och fortsätter att pumpa mer energi i ditt drivsystem, vad du tycker är att du fortsätter att nå din destination snabbare - inte så mycket för att du är rör sig snabbare, men eftersom den tid du uppskattade att det skulle ta dig att korsa avståndet från punkt A till punkt B blir uppfattbart mycket mindre blir faktiskt avståndet mellan punkt A till punkt B också mycket mindre. Så du bryter aldrig ljushastigheten eftersom avståndet över tid parametrar för din hastighet fortsätter att ändras på ett sätt som säkerställer att du inte kan.

Hur som helst är övervägande av relativistisk massa förmodligen det bästa sättet att härleda förhållandet e = mc2 eftersom den relativistiska massan är ett direkt resultat av den kinetiska rörelsenergin. Förhållandet faller inte lätt av hänsyn till (säg) en kärnkraftsexplosion - eftersom mycket av energin från sprängningen härrör från frigörandet av den bindande energin som håller en tung atom samman. En kärnsprängning handlar mer om energitransformation än om materieomvandling till energi, även om den på systemnivå fortfarande representerar äkta massa till energiomvandling.

På samma sätt kan du tänka på att din kopp kaffe är mer massiv när det är varmt - och blir mätbart mindre massivt när det svalnar. Matter, vad gäller protoner, neutroner, elektroner ... och kaffe, bevaras till stor del under hela denna process. Men ett tag lägger värmeenergin verkligen till systemets massa - även om det är en massa av m = e / c2, det är en mycket liten mängd massa.

Pin
Send
Share
Send