لا يؤثر السفر
بسرعة عاليا على كتلتنا
فيزياء
هل يمكنك السير بسرعة كافية للحصول على كتلة
كافية لتصبح ثقبًا أسود؟
لا يؤثر السفر بسرعة عالية على كتلتك، حتى في نظرية النسبية
الخاصة لأينشتاين. لسبب ما، يدعي مدرسو ما قبل الكلية وكتب العلوم الشائعة والكتب المدرسية
القديمة في الفيزياء أن الأشياء تكتسب كتلة عندما تسافر بسرعات أعلى. هذا الادعاء خاطئ.
إذا حددت شيئًا يسمى "الكتلة النسبية" يختلف تمامًا عن الكتلة العادية، فيمكن
جعل هذا الادعاء يبدو صحيحًا. لكن القيام بذلك أمر محير ومضلل للغاية. لم يعد الفيزيائيون
اليوم يتعاملون مع الطاقة الحركية لجسم ما على أنها "كتلة نسبية" لأن القيام
بذلك أمر مضلل. عندما يكتسب الجسم سرعات، فإن الكيان الذي يكتسبه يسمى "الطاقة
الحركية"، حتى في النسبية الخاصة. وبالتالي، فإن الطاقة الإجمالية لجسم متحرك
هي طاقة الراحة بالإضافة إلى طاقته الحركية. يتم احتواء الطاقة المتبقية للجسم في كتلته.
الطاقة الكلية النسبية لجسم متحرك هي:
E = mc2 / (1-v2 / c2) 1/2
في هذه المعادلة، م هي كتلة الجسم (التي لا تتغير بغض النظر
عن مدى سرعة تحرك الجسم)، وc
هي سرعة الضوء، وv هي سرعة الجسم. إذا كان الجسم لا يتحرك، v = 0،
فلا توجد طاقة حركية والطاقة الكلية تساوي الطاقة الباقية. بالتعويض عن v = 0 في المعادلة أعلاه، ينتهي بنا الأمر بالمعادلة الشهيرة E =
mc2. وبالتالي، فإن الطاقة المتبقية لجسم ما هي mc2،
مما يخبرنا أن الطاقة المتبقية محتواه بالكامل في شكل كتلة. وبالتالي فإن الطاقة الحركية
EK هي إجمالي الطاقة مطروحًا منها
طاقة الراحة:
EK = E - mc2
EK = mc2 (1 / (1-v2 / c2) 1/2 - 1)
توضح لنا هذه المعادلة أنه مع زيادة السرعة، تزداد الطاقة
الحركية، لكن الكتلة لا تتغير أبدًا. في الحد الذي تقترب فيه سرعة الجسم v من سرعة الضوء في الفراغ c،
تصبح الطاقة الحركية غير محدودة. يخبرنا قانون الحفاظ على الطاقة أنه للحصول على جسم
يسافر بطاقة حركية لا نهائية، علينا أن نمنحه طاقة غير محدودة. من الواضح أن هذا الفعل
مستحيل حيث لا يوجد سوى كمية محدودة من الطاقة في الكون المرئي. تعني هذه الحقائق أن
الأجسام ذات الكتلة لا يمكنها أبدًا السفر بسرعة الضوء في الفراغ تمامًا، لأن هذه الحالة
تتطلب طاقة غير محدودة. لكن الأشياء يمكن أن تقترب جدًا من سرعة الضوء.
الكتلة هي خاصية الشيء الذي يصف شيئين:
1. مقاومة الجسم للتسارع. تتسارع الكتل الأكبر حجمًا أقل عند
تطبيق قوة معينة.
2. قدرة الجسم على اختبار الجاذبية. تشعر الكتل الأكبر بقوى
أكبر في مجال جاذبية معين.
عندما يتحرك جسم ما بسرعة عالية، لا تتغير مقاومته للتسارع
ولا تتغير قدرته على اختبار الجاذبية. لذلك لا تتغير كتلة الجسم عندما ينتقل بسرعة
عالية. هذه الحقيقة تنبأت بها نظريات أينشتاين وتم التحقق منها بالتجربة. لا يمكن أبدًا
تحويل أي جسم إلى ثقب أسود، أو حتى زيادة الوزن قليلاً عن طريق تسريع ذلك.
تعليقات
إرسال تعليق