E=mc2 denklemi nedir?

Benim de 8 yaşında bir oğlum var ve o da bazen böyle sorular soruyor. Senin gibi meraklı birisini görünce çok mutlu oldum. Kütle, enerji, ışık gibi konular hakkında ne kadar şey biliyorsun bilmiyorum. Ali Alcan aslında iyi bir cevap yazmış ama ben sana Einstein neden böyle bir formül bulma ihtiyacı hissetti onu anlatmak istiyorum. Çok sıkmadan :)

Einstein ışığı çok merak ediyordu. Işığın ne olduğu konusunda tartışmalar vardı. Artık günümüzde bu konu çözülmüş durumda ama o dönem çok hararetli tartışmalar devam ediyordu. (silip silip yazıyorum) Işığın bir hızı olduğu da bulunmuştu ve çok ilginçti ki ışığın hızı sabitti. Yani ışık hızı ile giden bir arabada olduğunu hayal et eğer o arabada giderken elinde tuttuğun topu yine ışık hızında atarsan ne olmasını beklersin. Eğer ışık hızı değil de normal insan hızıyla bahsedersek iki hızı toplaman gerek. (Umarım karışmıyordur, hızın toplanması ne demek bilmem açık mı) Yani yerdeki bir gözlemci topun hızı ile arabanın hızını toplamını görür. Einstein'a kadar görelilik yoktu onun sayesinde görelilik bilgi haline geldi.

Bu formül ışığın hızının değişmemesi bilgisini kullanırsak şunu görmemizi sağlar. Hız nedir? Bir süre içinde bir yerden bir gitmemizin göstergesi. Yani aynı mesafeyi daha kısa sürede katedersek daha hızlı gittik deriz. Demek ki hız mesafeye ve zamana bağlı. İşte hızın mesafe ve zamana bağlı olması durumu söz konusu ışıksa işe yaramıyor. Nasıl oluyor da ışık hızıyla giden bir arabadan ışık hızıyla attığımız topun hızı 2 ışık hızı olmuyor. Akılları yakan bir bilgi ortaya çıktı. Uzay küçülüyor zaman yavaşlıyor olabilir miydi? Evet Einstein uzayın ve zamanın bizim algıladığımız gibi olmadığını buldu. Işık hızına yaklaştıkça uzay büzülüyor ve zaman da yavaşlıyordu. Kütlesi büyük olan cisimlerin uzayı büktüğünü bu sayede yerçekimini hissetiğimizi söyledi. Newton yerçekimini formüle etmiş ama sebebini bulamamıştı. Eisntein sebebini keşfetti.

Einstein'dan önce biz uzayı 3 boyutlu algılıyorduk. En, boy, genişlik. Onun buluşları sayesinde artık zaman da bir boyut olarak hayatımıza girdi. Artık bilim insanları konuşurken 4 boyutlu bir evrendeyiz diyorlar. Bu bilgi Einstein'ın ışıkla ilgili çalışmaları sayesinde ortaya çıktı.

Son olarak kütlesi olan her cisim aynı zamanda enerjidir de. Yani enerji kütleye, kütle de enerjiye dönüşür. Bir kaç yüzyıl önce Lavosier adlı bir kimyager maddenin korunumunu bulmuştu. Yani hiçbirşey yoktan var olmaz, vardan da yok olmaz. Einstein'ın bu formülü sayesinde de artık yok olan bir kütlenin enerjiye dönüştüğünü söyleyebiliyoruz. Ve enerji muazzam bir enerji. Atom bombası bilinen en iyi örnek. Çok az miktarda bir madde uygun şartlarda 100binlerce el bombasının yarattığı enerjiyi yaratabilir. Nükleer santraller de yine maddenin enerjiye dönüşmesi prensibi ile çalışırlar.

Umarım çok karışık olmamıştır. Özel olarak bu formül yerine ben biraz Einstein hakkında bilgi vermek istedim. Einstein'ın ışıkla, zamanla, enerji ile, kütle çekimi ile nasıl ilgilendiği ile ilgili ipuçları vermeye çalıştım. Neden bilim dünyasında bir devrim yarattı görmeni istedim. Newton'un, Faraday'ın bilime olan katkılarını kullanarak nasıl yeni bir çığır açtığını ve onun la birlikte kuantum fiziğinin de ne kadar önemli hale geldiğini de belirtmek isterim.

NOT: Umarım kafanı daha çok karıştırmamışımdır.

8 yaşında bir çocuk için sanırım şöyle bir açıklama mantıklı olabilir:

Eğer hareket eden bir şey varsa, dünya bu şeyi kendisine doğru çekecektir.

Elbette E=mc² bundan ibaret değil fakat bu cümlenin doğruluğu ancak bu denklem ile mümkün. Hareket eden her şeyin (ister ışık olsun ister bir araba) bir enerjisi (E) vardır, ve dünya sadece kütleli (m) cisimleri kendisine doğru çeker. Kütleyle enerjiyi eşitleyerek diyoruz ki dünya hareket eden her şeyi kendisine doğru çeker.

Bir çok teknik detay var elbette, örneğin yukarıda kütleden kastım gravitational mass, inertial mass değil; fakat bu ikisinin aynı olduğunu kabul ederiz bütün teorilerde (Einstein'ın eşitlik ilkesi). Ve kastettiğim rest mass değil, o yüzden ışık da bu tanımda kütleli.

Eğer çocuk bu cümleye itiraz edip "e zaten bu çok basit değil mi, günlük hayatta da görüyoruz" derse "güneşten dünyamıza gelen ışınları da dünya kendine çekiyor, çünkü onlar da hareket ediyor" diyebilirsiniz: günlük hayatta lambayı açtığımızdaki aydınlığın dünyaya çekiliyor gibi olduğunu gözlemlemediğimiz için (masadan yere düşen bir meyvanın aksine), çocuk da muhtemelen bunu yeni bir katkı olarak görecektir.

Sevgili Ali, öncelikle akıl sonsuzluğu idrak edemez. Einstein'ı farklı kılan sonsuzluğu hayal edebiliyor olmasıydı.

Einstein kendinden öncekilerden farklı olarak "Enerji" olgusuna cebirsel(matematiksel) açıdan yaklaşmış, "Kitle" denilen kavramın aslında özel bir enerji türü olduğu sonucuna varmıştı. Farkı ise Kitle'nin öteki enerjilere kıyasla çok daha yoğun, çok daha konsantre yapıda olmasıydı. Bu da, çok küçük bir kitlenin oluşan hacmiyle kıyaslanamayacak kadar çok enerjiye dönüşebilmesi anlamına gelirdi.

e=mc²

"e" erg'le ölçülen enerjiyi, "m" gramla ölçülen kitleyi, "c" de santimetre/saatle ölçülen ışık hızını simgelemektedir.

Basit bir örnek verecek olursak;

1 gramlık bir kitledeki enerjinin, 1000 vatlık bir elektrik ampulünü tam olarak 2.850 yıl işletebilir.

Daha somut bir örnek verecek olursak;

1 gramlık kitlenin bütünüyle enerjiye dönüştürülmesi, 2000 ton petrolün yakılmasından elde edilecek enerjiye eşit enerji üretmesi anlamına gelir.

Sevgili Ali, Einstein kitlenin enerjiye dönüştürülmesi formülünü insanlığın yararına sunmak istemişti ama insanlık onu Atom bombası gibi Vahşete çevirmişti.

Sevgili Ali, 8 yaşında isen hayat gerçekten sana güzel, bu yaşta bu sorulara cevap araman muhteşem bir detay, yüreğinden öpüyorum güzel çocuk.

Bu formül, enerji ile kütle arasında ilişki kurar. Bu formülde boşluktaki (vakumlanmış ortam) ışık hızının karesi, kilogram başına ne kadar nükleer enerji düştüğünü belirtir. Formülü bir cümlede anlatmak gerekirse: Bir maddede kilogram başına, boşluktaki ışığın metre saniye−1 cinsinden hızının karesinin sayısal değeri kadar enerji (joule) düşer.