Albert Einstein’ın özel görelilik ilkesinin postülalarından bulduğu en ünlü bağıntı kütle ve enerji ile ilgilidir. Einstein’ın ünlü formülü E=mc² kütle ve enerjinin birbirinin eşdeğeri olduğunu ortaya koyan ve kütle ve enerji arasında bir denklik sağlayan fizik devriminin ta kendisidir.
Albert Einstein’ın E=mc² bağıntısı veya enerjinin kütle ile ışık hızının karesinin çarpımı olduğunu söyleyen ünlü denklemi belki de fizikteki en çok bilinen bağıntıdır.
E=mc²’nin Kökeni
E=mc² Einstein’ın özel görelilik teorisi ile ilişkilidir. Bu denklem özel görelilikle ilgili Einstein’ın orjinal makalesinde görünmüyor olabilir ama Einstein kütle ve enerji denkliğini geliştirmekte olduğu ikinci bir kısa makalesinde yazmıştı.
İki zıt yönde ışık enerjisi yayan bir cisim problemine özel görelilik ilkelerinin uygulanmasında Einstein’ın bu cisim enerji yaydıkça kütlesini kaybettiği sonucuna varmıştı. Bu mantık ile devam ederek, Einstein bir cismin kütlesinin ölçümünün içerdiği enerji miktarıyla aynı olduğu sonuca varmıştır. Bu nedenle kütle ve enerji arasında bir denkliğin olduğu ortaya çıkmıştır.
Kütle-Enerji Denkliği
Albert Einstein’ın denklemi E=mc² kütle ve enerji arasındaki denkliği ifade etmektedir. Kütle ve enerji aynı şeyin iki farklı tezahürüdür. Kütle enerjinin sadece bir diğer formudur veya enerji kütlenin bir diğer formudur. Bu nedenle kütle enerjiye dönüştürülebilir ve enerji de kütleye.
Bu E=mc² denklemi aslında enerjinin kütleye kütlenin de enerjiye ne kadar dönüştüğünü söyleyen bir dönüşüm faktörü olarak davranır. E enerjinin miktarını ve m kütlenin miktarını temsil etmektedir. c ise ışık hızını. Eğer enerji kütleye dönüşebiliyorsa, kütle miktarı ile ışık hızının karesinin çarpılması üretilen enerjinin miktarını verecektir.
Fizikçilerin genellikle kullandığı birimler, kütle için kilogram, enerji için Joule ve hız için metre/saniye. Işığın hızı 3×108 metre/saniyedir. Einstein’ın bu denkleminde, 1 kilogramlık kütle 9×1016 Joule’luk enerjiye dönüşür. Bir Joule çok küçük bir enerjidir. Bunu şöyle ifade edebiliriz, yerden bir masaya elmanın kaldırılması için gereken enerji miktarı yaklaşık 1 Joule’dur. Ancak bir kilogramlık bir kütlenin enerjiye dönüştürülmesi daha fazla Joule anlamına gelir ve çok büyük miktarda enerjinin üretilmesiyle eşdeğerdir.
Enerji ve Kütle Korunum Yasalarına Etkileri
Korunum yasaları fizikteki temel yasalardandır. Bu yasalar evrendeki korunmuş niceliğin toplam miktarının sabit kalması gerektiğini söylerler. Fizik ifadesiyle, niceliğin miktarı korunur.
Einstein’dan önce, fizikçiler kütle ve enerjinin birbirinden tamamen iki farklı şeyler olarak her ikisinin de korunduğunu düşünüyorlardı. Kütle ve enerji birbirinden ayrı korunum yasalarına sahiptiler.
Einstein kütle ve enerjinin aynı şeyin iki farklı versiyonu olduğunu gösterdiğinde, enerjinin korunum yasası ve kütlenin korunum yasası birleşik kütle-enerji korunum yasasıyla birleştirilmiş oldu. Evrendeki kütle-enerjinin toplam miktarı sabit kalması gerekir, ama kütle ve enerjinin her biri E=mc² dönüşüm denklemine göre birbiriyle değişebilmektedir.
Evrende toplam kütle-enerjinin korunması için, nükleer ve kimyasal reaksiyonlarda serbest kalan enerji E=mc²’ye göre reaktanların toplam kütlesini azaltmalıdır. Kaybolan kütle reaksiyonlarda enerjinin kaynağıdır.
E=mc²’nin korunum yasalarına etkisi ile ilgili olarak Arthur Beiser’in Modern Fiziğin Kavramları isimli kitabından bir alıntı vermek istiyorum.
..Enerji açığa çıkan her kimyasal tepkimede, bir miktar kütle kaybolur, fakat kaybolan kütle, tepkimeye giren maddelerin toplam kütlesinin o kadar küçük bir kesrine eşittir ki, fark edilmez. Kimyada kütlenin korunumu “yasası”ndan söz edilmesinin sebebi budur. Örneğin, 1 kg dinamit patladığında, sadece 6×10-11 kg madde kaybolur. Bu miktar doğrudan ölçülemez, fakat açığa çıkan 5 milyon Joule’lük enerjiyi gözden kaçırmak da mümkün değildir.
Einstein’ın E=mc² Açıklaması
Amerikan Fizik Enstitüsü’nün tarih bölümü Einstein’ın bu ünlü denklemini açıklayan bir ses kaydına sahip. Einstein’ın sesinden E=mc²’nin açıklamasını dinlemek de ilgi çekici olabilir.
Denklemin bu basit görünümüne karşın, Einstein’ın denklemi yirminci yüzyıl fiziğinin gelişmesi için derin etkilere sahiptir.
Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca
Kaynak:
http://suite101.com/a/einsteins-special-relativity-and-mass-energy-equivalency-emc2-a328060
