تظهر معادلة أينشتاين الشهيرةE = mc^2 في جميع الأماكن من قبعات البيسبول إلى ملصقات السيارة. حتى إنها كانت عنوانًا لألبوم المغنية ماريا كاري Mariah carey عام 2008. لكن ماذا تعني معادلة أينشتاين الشهيرة حقًا؟ بداية، ترمز E للطاقة وm للكتلة وهي مقياس لكمية المادة وc هي سرعة الضوء في الفراغ ، والطاقة والمادة هما كميتان قابلتان للتبادل. علاوة على ذلك، من المهم تذكر أن هناك كميات معينة من الطاقة والمادة في الكون.
إذا كنت قد قرأت كتاب دكتور سوس للأطفال بعنوان (مخلوقات السنيتش – The Sneetches)؛ على الأغلب ستتذكر الشخصيات الصفراء الشبيهة بالطيور في القصة التي تدخل عبر آلة النجوم لتنتقل ذهابًا وإيابًا بين مخلوقات السنيتش التي تحتوي بطونها على نجمة -Star-bellied sneetche والسنيتش ذوي البطون العادية – Plain -bellied sneetches.
يبقى عدد هذه المخلوقات ثابتًا طوال القصة؛ لكن النسبة بين ذوي البطون النجمية والبطون العادية تتغير. الأمر ذاته ينطبق على العلاقة بين الطاقة والمادة، إذ يبقى المجموع الكلي ثابتًا؛ لكن الطاقة تتحول بانتظام إلى مادة والمادة إلى طاقة.
وصلنا الآن للجزء الثابت من المعادلة c^2، والذي يؤدي نفس الغرض الذي تؤديه آلات إضافة النجمة أو إزالتها في قصة مخلوقات السنيتش. ترمز الـ c إلى سرعة الضوء وهو ثابت كوني؛ لذلك توصف المعادلة ككل بهذا الوصف: «تتساوى الطاقة مع حاصل ضرب المادة (الكتلة) في مربع سرعة الضوء».
لماذا يجب عليك أن تضرب المادة (الكتلة) في سرعة الضوء للحصول على الطاقة؟
– السبب هو أن الطاقة سواء كانت موجات ضوئية أو إشعاعات فإنها تسير بسرعة الضوء التي تصل لـ 300000 كم / الثانية. فعند تجزئة الذرة في محطة توليد الطاقة النووية أو في القنبلة الذرية؛ تنبعث الطاقة المتحررة بسرعة الضوء.
لكن لماذا يؤخذ مربع سرعة الضوء c^2؟
السبب هو أن الطاقة الحركية تتناسب مع الكتلة، فعندما تُعجِّل جسمًا (تزيد من سرعته) تزداد الطاقة الحركية لتتناغم مع مربع السرعة. ستجد مثالًا ممتازًا على ذلك في كتيب إرشادات السائق: «إذا ضاعفت سرعتك ستصبح مسافة الكابح أربعة أضعاف مسافة الكبح المطلوبة». إذن، مسافة الكبح في هذا المثال تماثل مربع السرعة في قانون أينشتاين.
يبلغ مربع سرعة الضوء رقمًا هائلًا، موضحًا كمية الطاقة الموجودة حتى في كميات صغيرة جدًا من المادة، يعد غرام واحد من الماء مثالًا شائعًا عن هذا الأمر (إذا تحولت المادة كلها إلى طاقة نقية عبر المعادلة E = mc^2 ). إذ يحتوي هذا الغرام على طاقة تعادل 20000 طن (18.143 طن متري) من الـ تي إن تي TNT المتفجرة. لهذا السبب يمكن أن تُنتج كمية صغيرة من اليورانيوم أو البلوتونيوم انفجارًا ذريًا هائلًا.
فتحت معادلة أينشتاين الباب للعديد من التطورات التكنولوجية من الطاقة النووية والطب النووي إلى التفاعلات الداخلية للشمس، وقد أظهرت هذه المعادلة لنا أن المادة والطاقة هما شيء واحد.
اقرأ أيضًا:
غالبية كوننا قد لا يكون موجودًا من الأساس! محاكاة جديدة تقترح عدم وجود الطاقة المظلمة
هل سنتمكن من التقاط موجات الانفجار العظيم؟
ترجمة: رياض شهاب
تدقيق: محمد الصفتي
