Einstein'ın bilinen formülü (e=m x c2)'nde c2 yi anlamaya çalışıyorum. Her yerde ışık hızının karesinin bir sabit olduğunu ve formülün kütle ile enerjinin aynı olduğunu söylediğini görüyorum. Peki ışık hızı da belirli bir sabit değil mi? Neden ışık hızının karesi alınmıştır?
Einstein'ın Görelilik Kuramı'na göre m kütleli bir maddenin kinetik enerjisi E= 1/2 mv² ile değil E=(mc²/(sqrt(1-(v²/c²)))) ifadesiyle verilecektir. Burada v maddenin hızı, c ışık hızıdır.
Maddenin hızı ışık hızına yaklaştığında payda da 0'a yaklaşır dolayısıyla kütlesi olan hiçbir cisim ışık hızına ulaşmaz. Aynı şekilde eğer ki maddenin hızı yoksa, durgun haldeyse kütlesi ile ışık hızının karesinin çarpımı doğrudan enerjiyi verir (E=mc²).
Bütün bunlar dolaylı olarak hız ve zaman dediğimiz kavramların mutlak değil "göreli" olmasının bir sonucudur.
Tüm Reklamları Kapat
Formüllerde Işık hızı yerine karesinin kullanılması temelinde Lorentz Dönüşümleri'nden gelir. Fakat epey matematik içerdiğinden burada aktarmak pek kolay olmayacaktır. Bu yüzden daha fazlası için mutlaka Lorentz Dönüşümleri'ne bakmalısınız.
Kaynaklar
R. P. Feynman. (2005). Six Not-So-Easy Pieces: Einstein's Relativity, Symmetry, And Space-Time. ISBN: 9780465023936. Yayınevi: Basic Books.
Şöyle düşünün: Elimizde diye bir kütle olsun ve üzerine gibi bir kuvvet uygulanıyor olsun. Bu kuvvet uygulanmaya devam ettikçe, kütlenin sahip olduğu enerji () de artacaktır; dolayısıyla cismin hızı () da artacaktır. Ama ışık hızı () mutlak hız sabiti olduğu için, cismin hızı asla ışık hızını aşamaz; ona sadece asimptotik olarak yaklaşabilir.
Bu durumda elimizde şu var:
Tüm Reklamları Kapat
Burada sol tarafta enerjinin zamana göre değişimi var. Bu, tanımsal olarak kuvvet ile hızın çarpımı olarak tanımlanır. Bunu anlamakta zorlanıyorsanız, güç () tanımını düşünün: . Enerji de gücün zamana göre türevi: . Dolayısıyla yukarıdaki denklemin anlamını görebilirsiniz.
Kuvvet, , yani olduğu için, yukarıdaki formülü şuna çevirebiliriz:
Klasik hızlardan relativistik hızlara çıkıldığında kütle de değişmeye başlayacağı için (bkz: göreli kütle), burada kütleyi sabit olarak değerlendiremiyoruz. Dolayısıyla zincirleme türev almamız gerekiyor:
Tüm Reklamları Kapat
Burada bağımsız değişken zaman. Bir diğer deyişle, kütle de zamana göre değişiyor (yani ), hız da zamana göre değişiyor (yani ).
Ancak bizim bulmak istediğimiz şey, kütlenin enerjisi değişirken, kütlenin kendisinin nasıl değiştiğini bulmak. Yani zamanı değil, enerjiyi bağımsız değişken almak istiyoruz. Bunu yaptığımızda, zaman da enerjiye göre değişiyor olacak (yani ), kütle de enerjiye göre değişiyor olacak (yani ), hız da zamana göre değişiyor olacak (yani ).
Bunu yapmak için, son denklemimizi ile çarpmamız gerekiyor. Bunu yaptığımızda, şunu elde ediyoruz:
Bunu sadeleştirirsek:
Kütlenin enerjiye göre değişimini sola alacak olursak:
Son olarak bir de limit işlemi yapmamız gerekiyor. Enerjimiz sonsuza doğru giderken, yani hızımız yukarıdaki gibi ışık hızına yakınsarken neler olduğunu görmek istiyoruz.
Tüm Reklamları Kapat
Burada basit bir numara şu: En sağdaki terimine dikkat edin. Hızın enerjiye göre değişimi... Ama eğer ki hız, ona ne kadar enerji verirsek verelim bir noktadan sonra ışık hızına yakınsayıp da ona hiçbir zaman erişemiyorsa (asimptotik konverjans bu demek zaten), o zaman enerji sonsuza doğru giderken, hızın enerjiye göre değişimi de sıfıra gidiyor demektir. Bir diğer deyişle, enerji vermeye devam etmenize rağmen hızı değiştiremiyorsunuz demektir (değiştirseniz, ışık hızını aşardınız).
Bu nedenle limitimizde o en sağdaki terimi sıfır alabiliyoruz. Hızımız da ışık hızına yakınsıyor:
İşte... Denklemimiz, birim enerji başına kütlenin ile orantılı olarak büyüdüğünü gösteriyor.
Yani sorunuza cevaben: formülündeki kısmı, zincirleme türev alırken iki tane hız değişkeninin yan yana gelmesinden kaynaklanıyor ve sonra hızın ışık hızına yakınsarkenki limitini aldığımızda, de 'ye dönüşüyor ve doğmuş oluyor.
503 görüntülenme
Bu cevabın içeriği ve doğruluğu, Evrim Ağacı editörleri tarafından kontrol edilmiş ve onaylanmıştır.
27
0
Paylaş
Cevap Ver
Evrim Ağacı Soru & Cevap Platformu, Türkiye'deki bilimseverler tarafından kolektif ve öz denetime dayalı bir şekilde sürdürülen, özgür bir ortamdır. Evrim Ağacı tarafından yayınlanan makalelerin aksine, bu platforma girilen soru ve cevapların içeriği veya gerçek/doğru olup olmadıkları Evrim Ağacı yönetimi tarafından denetlenmemektedir. Evrim Ağacı, bu platformda yayınlanan cevapları herhangi bir şekilde desteklememekte veya doğruluğunu garanti etmemektedir. Doğru olmadığını düşündüğünüz cevapları, size sunulan denetim araçlarıyla işaretleyebilir, daha doğru olan cevapları kaynaklarıyla girebilir ve oylama araçlarıyla platformun daha güvenilir bir ortama evrimleşmesine katkı sağlayabilirsiniz.