Что означает скорость света ccc в E=mc2E=mc2E=mc^2?

Причина$c$важно не потому, что это скорость света. Это важно, потому что это универсальный коэффициент преобразования между временем и расстоянием. Если у вас есть определенное количество времени$t$, вы можете рассчитать соответствующее расстояние, умножив его на$c$.

Примечание. Я не говорю о расстоянии, которое проходит какой-либо конкретный объект за время.$t$. Если у вас есть автомобиль, движущийся со скоростью$v$, вы можете узнать, как далеко машина движется во времени$t$путем умножения на$v$, но это не преобразование времени в расстояние. Преобразование является чем-то более фундаментальным.

Тот факт, что время и расстояние могут быть преобразованы друг в друга таким образом, является одним из способов, которыми теория относительности изменила наш взгляд на мир. Одним из следствий этого является то, что скорости теперь можно измерять как чистые, безразмерные числа. Как же так? Обычно мы измеряем расстояние в метрах, а время в секундах. Поэтому, когда вы вычисляете скорость как расстояние, деленное на время, вы получаете ответ в метрах в секунду. Но поскольку время можно преобразовать в расстояние, теперь вы также можете измерять время в метрах. Итак, если вы разделите расстояние (в метрах) на время (в метрах), метры сократятся, и вы получите чистое число.

Как чистое число,$c = 1$. Есть несколько вещей, которые движутся со скоростью 1, включая свет и гравитацию. Свет был просто первым, что мы открыли, и это единственная причина$c$называется «скоростью света».

Как только вы это увидите$c$важно по причинам, не имеющим ничего общего с тем фактом, что свет распространяется с такой скоростью, надеюсь, кажется менее странным, что он входит в формулу$E = mc^2$. Точно так же, как вы можете преобразовать время в расстояние, вы также можете преобразовать массу в энергию. Вам просто нужно умножить на$c$дважды, а не только один раз, чтобы единицы работали.

с априори не скорость света. Это скорость безмассовых частиц. Это происходит следующим образом: вы строите преобразования Лоренца как преобразования симметрии пространства Минковского. Группа имеет один параметр, это c. Вы должны исправить это физическими средствами. Вы можете посмотреть на динамику массивных и безмассовых частиц и обнаружить, что массивные частицы асимптотически приближаются к c только при бесконечной энергии, а безмассовые частицы всегда движутся с c.

Поскольку, насколько нам известно, фотоны не имеют массы, c также является скоростью света. Кроме того, исторически это было мотивацией Эйнштейна, поэтому в учебниках она обычно мотивируется таким образом. Однако, если однажды выяснится, что фотоны действительно имеют очень маленькую массу, то c все равно будет существовать, просто ее больше не будут называть скоростью света.

Постоянная$c$есть скорость света, а именно постоянная

$$c= 299,792,458\,\,{\rm m/s}$$ точно (используя текущее определение метра и секунды). Как упоминает Дэвид, она называется скоростью света только потому, что свет был первым известным объектом, который двигался с такой скоростью. Но это также скорость гравитонов или всего, что движется с максимальной скоростью. Это самая важная величина скорости во Вселенной.

Оно проявляется в соотношении между массой и энергией — что справедливо для ядерных бомб, термоядерных бомб, ускорителей частиц, звезд и всего остального в этой Вселенной — потому что$c$фундаментальная универсальная константа, которая важна везде в основных законах этой Вселенной. Это вывод (а отчасти и предположение) специальной теории относительности Альберта Эйнштейна. Например, скорость света в вакууме считается всегда одинаковой, независимо от скорости источника и наблюдателя, и это максимальная скорость, которая может быть достигнута с помощью информации (или «почти» достигнута с помощью движущейся материи). ).

Зрелые физики понимают, что сохраняющаяся масса и сохраняющаяся энергия на самом деле одно и то же, и сохраняется только одна независимая величина такого рода; масса может быть преобразована через$E=mc^2$и наоборот. В конце концов, взрослые физики (в физике элементарных частиц и других областях, зависящих от теории относительности) часто используют единицы, в которых$c=1$. Одна световая секунда и одна секунда — это принципиально одно и то же. Дело в том, что$c$имеет неудобное числовое значение в единицах СИ только потому, что единицы СИ (и другие единицы) несут неудобный культурный багаж. В корне,$c$очень чистый и четкий, и это должно быть$c=1$. В этих единицах$E=m$просто держит. Масса и энергия — это одно и то же, если перевести их с помощью естественного коэффициента преобразования.

Для начинающих или исторически существуют различные способы вывода$E=mc^2$. Эйнштейн рассматривал объект с ускоряющейся массой. он работал${\rm d}E$на этом объекте массы покоя$M_0$что увеличило его скорость$v$. Можно доказать, что инерционная масса объекта$M$также пришлось увеличить на${\rm d}M={\rm d}E/c^2$для определенных вещей, чтобы работать, т. е. не допустить, чтобы массовый объект превзошел скорость света за счет дополнительного ускорения.

Ключевое слово, которое вы должны искать, если хотите понять$E=mc^2$это «специальная теория относительности», более широкая теория, подразумевающая$E=mc^2$и другие вещи, обнаруженные в статье Эйнштейна 1905 года.

Позвольте мне добавить карикатурное объяснение, которое содержит все соответствующие вещи. Специальная теория относительности показывает, что различные вещи — время, расстояние — увеличиваются или сжимаются под действием фактора Лоренца.

$$\gamma = \frac{1}{\sqrt{1-v^2/c^2}} >1$$ Это верно и для массы. Если принять, что полная масса $$M = M_0\gamma$$ где $M_0$это масса покоя, то вы можете Тейлор разложить общую $Mc^2$для маленьких $v$ $$Mc^2 = M_0 c^2 + \frac{1}{2} M_0 v^2 + \dots$$ Таким образом, первый подчиненный член — это в точности обычная кинетическая энергия из мира Ньютона, $M_0v^2/2$, но есть и еще больший термин, скрытая энергия, запасенная в массе покоя, $M_0 c^2$. Эта скрытая энергия постоянна для «неядерных» процессов, не меняющих внутреннего характера материи. Поскольку этот член энергии постоянен, он физически несущественен. Тогда наиболее важным членом является кинетическая энергия $mv^2/2$, и он имеет правильный коэффициент при условии, что у нас есть $E=mc^2$начать с. Однако, $M_0c^2$существует, и она может превратиться в другие формы энергии, если мы действительно изменим фундаментальный характер материи, например, если мы разделим ядра урана на другие ядра. Относительность гарантирует, что мы выпускаем $E=\delta m\cdot c^2$энергии, где $\delta m$- изменение массы покоя радиоактивного вещества.

c: «Скорость света» (c: celeritas, лат. «стремительный»)
— скорость фотонов в прямолинейном плоском вакууме:
299 792 458 метров в секунду (3e^8 м/с).
Эта ссылка является константой, которая никогда не меняется.
(НЕ означает, что масса движется со скоростью света!)

c^2 = 89, 875, 517, 873, 681, 764 ( 9e^16 ), где
«9e^16» становится «отношением массы к энергии»
(нуклонов к фотонам), но НЕ скоростью.

Каждый кг вещества состоит из
6e^26 нуклонов (Н), и каждый нуклон содержит
1,5e^-10 джоулей (Дж) энергии.
Полная энергия (E) массы (m) в 1 кг
равна числу нуклонов (N) в кг
, умноженному на энергию (J) на нуклон (J/N):
E: 9e^16 J = 6e ^26 Н/кг x 1,5e^−10 Дж/Н.
Сравните это с:
E=mc^2: E: 9e16 J = m: 1 кг xc^2: 9e^16
m=E/ c^2: m: 1 кг = E: 9e^16 Дж / c^2: 9e^16

Эта энергия высвобождается при атомной аннигиляции
(с использованием антиматерии). Высвобожденная энергия
будет гамма-лучами.

Если эта энергия высвободится сразу:
9e^16 Дж будет равняться приблизительно
21,5 Мт (мегатоннам тротила).
Это в 1000 раз больше, чем у
устройств Trinity или Nagasaki.

Предыдущий ответ дал прекрасное объяснение того, что$c$представляет, и это не обязательно связано со светом. Этот ответ просто добавляет немного с точки зрения ядерной реакции.

Вы начинаете с большого ядра, скажем, урана. Как только он разделяется, он образует два меньших ядра. Массы этих меньших ядер вместе взятые меньше, чем масса исходного ядра. «Недостающая масса» — это то, что мы используем в качестве источника энергии, потому что, как упоминалось ранее, несохранение массы означает несохранение энергии.

Уравнение Эйнштейна — это просто инструмент, с помощью которого мы можем рассчитать, сколько энергии мы получаем в результате этого процесса. В этом смысле,$c$можно рассматривать как коэффициент преобразования, не имеющий физического значения.

E=MC² означает, что 1 единица массы равна C² единиц энергии. Таким образом, основная причина C² заключается в том, как исторически определялась единица энергии.

В настоящее время мы знаем, что энергия имеет массу, поэтому нет никакой логической причины не измерять энергию в тех же единицах, что и массу. Однако исторически никто не думал, что энергия имеет массу, и все экспериментальные данные свидетельствовали, что это не так. Когда Лейбниц придумал понятие энергии, он пришел к выводу, что кинетическая энергия объекта пропорциональна его массе, умноженной на квадрат его скорости, и выразил это уравнением кинетической энергии E=MV². Если бы физики использовали уравнение Лейбница в качестве определения единицы энергии, то сейчас мы бы говорили о E=2MC². Вместо этого физики решили определить единицу энергии как E=FD, где F=MA; интегрирование (при условии, что M остается постоянным) приводит к теперь стандартному уравнению кинетической энергии E = ½ MV², что приводит к E = MC².

В конце 1800-х эксперименты начали показывать, что быстро движущиеся электроны ведут себя так, как будто их масса увеличилась. Теоретики подсчитали, что для соблюдения принципа относительности движущийся объект должен увеличить свою массу в 1/√[1−(V/C)²] раз. На низкой скорости это приближается к увеличению массы на ½MV²/C², что дает нам кинетическую энергию, измеренную в единицах массы. Кинетическая энергия, измеренная в единицах энергии, равна ½ МВ², поэтому ½ МВ²/C² единиц массы = ½ МВ² единиц энергии, таким образом, 1/C² единиц массы = 1 единица энергии, следовательно, 1 единица массы = C² единиц энергии,

Математически это то же самое, что вывод Эйнштейна 1905 года, за исключением того, что Эйнштейн явно не занимался математикой, вместо этого он сразу пришел к выводу, что 1 единица энергии равна 1/C² единиц массы. Разница в том, что Эйнштейн сравнил уравнение кинетической энергии с низкоскоростным приближением своего релятивистского эффекта Доплера, а не с низкоскоростным приближением формулы расширения массы. Это никоим образом не отменяет вывода Эйнштейна, поскольку релятивистское уравнение Доплера должно иметь ту же форму, что и уравнение расширения массы, иначе Вселенная не подчинялась бы принципу относительности. Однако это затмило истинное значение E=MC² и тот факт, что вывод Эйнштейна был такой отвратительной путаницей, означало, что никто на самом деле не понял, что его вывод был основан на несколько произвольном историческом определении единицы энергии. Это привело к мифу о том, что E=MC² является каким-то важным уравнением для описания того, как работает природа, тогда как на самом деле это просто удобная формула для преобразования одной единицы массы/энергии в другую.

Полная история: https://squishtheory.wordpress.com/emc%c2%b2-and-the-frogton-universal-force-law/