Масса-энергия эквиваленті

Масса-энергия эквиваленті (ағылш. Mass–energy equivalence) — физика заңы болып, ол бойынша, масса мен энергия бір-бііне тікелей қатысты болады, массаға ие кез-келген зат тең шамадағы энергияға ие болады және керісі керісінше, Альберт Эйнштейннің әйгілі формуласы бойынша:^[1] $${\displaystyle E=m\,c^{2}}$$ Бұл формула заттың энергиясын (E) массасына (m) жарық жылдамдығының (с) квадратын көбейту арқылы есептеуге болатынын айтады. Сол секілді, энергиясы бар кез-келген заттың массасын (m) оның энергиясын (е) жарық жылдамдығының (с) квадратына бөлу арқылы табуға болатынын көрсетеді. Күнделікті бірліктерде жарық жылдамдығы үлкен сан болғандықтан (шамамен 3 × 10⁸ м/с), бұл формула тыныш күйдегі массасы орташа күнделікті қарапайым заттың ішкі энергиясы аса зор болатынын білдіреді. Химиялық реакциялар, ядролық реакциялар және басқа да энергия ауысымдары физикалық жүйенің бірбөлім энергиясын және қатысты массасын қоршаған ортаға жоғалтуына себеп болады, мысалы, энергиясын жылу энергиясы ретінде, немесе радиациялық энергия (жарық секілділер) ретінде шығарады.

Масса-энергия эквиваленті Анри Пуанкаре сипаттаған парадокс ретінде арнайы салыстырмалылықтан пайда болды.^[2] Эйнштейн 1905 жылы 21 қарашада Жыл ғажайыбы (Annus Mirabilis) болған төрт жазбасының бірі "Дененің инерциясы оның бойындағы энергияға тәуелді ме?" деген мақаласында сипаттады.^[3] Эйнштейн тұңғыш рет масса мен энергия эквивалентін уақыт-кеңістік симметриясының жалпы принципі және туындысы деп тұжырымдады.

Масса-энергия эквивалентінің бір салдары: егер дене қозғалмайтын болса, онда оның тұрақты массасына сай келетін тұрақты энергия деп аталатын ішкі немесе өзіндік энергиясы болады. Дене қозғалыста болған кезде оның толық энергиясы тұрақты энергиясынан үлкен болады, ал оның толық массасы (контекстерде салыстырмалы масса деп те аталады) тұрақты массасынан үлкен болады. Бұл тұрақты масса кейде меншікті масса, немесе өзгермес масса деп те аталады, өйткені ол қозғалысқа қарамастан бірдей болады, тіпті жалпы және арнайы салыстырмалылық теорияларында қарастырылған шапшаң жылдамдықтар мен гравитацияларда да өзгеріссіз болады.

Қандай бірліктер жүйесі қолданылғанына қарамастан, бұл масса-энергия формуласы сондай-ақ масса бірлігінің энергия бірлігіне өзгеруінде (керісі керісінше) қолданылады.

Формула бастапқыда әр түрлі таңбалармен жазылып, оны түсіндіру және негіздеу әртүрлі сатыда дамыды.^[4] "Дененің инерциясы оның бойындағы энергияға тәуелді ме?" (1905) мақаласында Эйнштейн V арқылы вакуумдағы жарық жылдамдығын, ал L арқылы материяның радиация арқылы жоғалтқан энергиясын бейнеледі.^[3] Сондықтан, E = mc² теңдеуі бастапқыда формула түрінде емес, неміс тілінде: "егер дене L энергиясын радиация формасында шығарса, онда оның массасы L/V² арқылы азаяды" деген сөйлем түрінде жазылған. Жоғарыдағы ескертуде, бұл теңдеу қатарлар кеңеюінің "төртінші және одан жоғары реттік шамаларын" ескермеу арқылы жуықтатылғаны айтылады.^[5]

Эйнштейннің 1907 жылы мамырдағы түсіндіруі бойынша, қозғалыстағы масса нүктесінің ε энергиясын сипаттау ең қарапайым формада өрнектеледі, оның тыныш күйін өрнектесек ε₀ = μV² (мұндағы μ - масса) болады, ол "масса мен энергия эквиваленті қағидасын" бейнелейді. Сондай-ақ, Эйнштейн μ = E₀/V² формуласын қолданды, мұнда E₀ массалық нүктелер жүйесінің энергиясы болып, түрлі қозғалыстағы масса нүктелерінің жылдамдығы артқан кезде сол жүйедегі энергия мен массаның өсуін сипаттайды.^[6]