E=mc2E=mc2E=mc^2. Was bedeutet das? Wie funktioniert diese Formel? [geschlossen]

In der Highschool-Physik lernen wir, dass eine Masse$m$mit Geschwindigkeit$v$, hat eine kinetische Energie gleich$\frac12 m v^2$.

Das$m$kommt aus dem Widerstand gegen Kraft, die als definiert ist$F=ma$, Newtons zweites Gesetz. Es ist ein "Axiom", das postuliert wird, aber die drei Gesetze von Newton beschreiben die Mechanik makroskopisch mit großer Genauigkeit.

$m$ist die träge Masse. Je größer die$m$desto mehr Kraft ist nötig, um ihn zu bewegen.$m$ist in der Newtonschen Mechanik unveränderlich, und es gibt ein Massenerhaltungsgesetz, also ist es additiv.

Wenn Geschwindigkeiten sehr hoch werden, nahe der Lichtgeschwindigkeit, ist eine spezielle Relativitätstheorie erforderlich, um die Mechanik zu beschreiben. Die relativistische Masse folgt der Regel$E=mc^2$, und die Masse$m$hängt von der Geschwindigkeit ab , wie hier zu sehen:

Die wirksame träge Masse, also der Beschleunigungswiderstand, wird noch komplizierter, je nach Richtung der Beschleunigung:

Er definierte Masse als das Verhältnis von Kraft zu Beschleunigung, nicht als Verhältnis von Impuls zu Geschwindigkeit, also musste er zwischen der Masse m_rel = γ^3xm parallel zur Bewegungsrichtung und der Quermasse Masse m_T = γX m senkrecht dazu unterscheiden zur Bewegungsrichtung.

Dies impliziert, dass je höher die Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeitsgrenze ist, desto "schwerer" ist das Teilchen im Widerstand gegen Veränderungen, obwohl es im Ruhezustand eine feste Masse hat, die in der Teilchenphysik die invariante Masse genannt wird . .

Die Komplexität des Konzepts ist der Grund, warum es in der Teilchenphysik nicht mehr verwendet wird, sondern durch das Konzept der festen unveränderlichen Masse ersetzt wird, das die "Länge" des Lorenz-Energie-Impuls-Vier-Vektors ist.

Zeitdilatation ist die Verlangsamung der Zeit aufgrund der Regeln der speziellen Relativitätstheorie.

Der offensichtlichste Fall , in dem sich die Zeit in der Relativitätstheorie seltsam verhält, und einer, der experimentell verifiziert wurde, ist das Konzept der Zeitdilatation unter der speziellen Relativitätstheorie. Zeitdilatation ist die Idee, dass, wenn Sie sich durch den Raum bewegen, die Zeit selbst für das sich bewegende Objekt anders gemessen wird als für das sich nicht bewegende Objekt. Bei Bewegungen nahe der Lichtgeschwindigkeit macht sich dieser Effekt bemerkbar und ermöglicht eine schnellere Reise in die Zukunft als wir es normalerweise tun.

Ein Experiment, das dieses seltsame Verhalten bestätigt, basiert auf instabilen Teilchen, Pionen und Myonen. Physiker wissen, wie schnell die Teilchen zerfallen würden, wenn sie still sitzen würden, aber wenn sie die Erde in Form von kosmischer Strahlung bombardieren, bewegen sie sich sehr schnell. Ihre Zerfallsraten stimmen nicht mit den Vorhersagen überein, aber wenn Sie die spezielle Relativitätstheorie anwenden und die Zeit aus der Sicht des Teilchens betrachten, kommt die Zeit wie erwartet heraus.

Tatsächlich wird die Zeitdilatation durch eine Reihe von Experimenten bestätigt. Bei den Hafele-Keating-Experimenten von 1971 wurden Atomuhren (die sehr genau sind) in Flugzeugen geflogen, die in entgegengesetzte Richtungen flogen. Die auf den Uhren angezeigten Zeitunterschiede aufgrund ihrer relativen Bewegung stimmten genau mit den Vorhersagen der Relativitätstheorie überein. Außerdem müssen GPS-Satelliten (Global Positioning System) diese Zeitdilatation kompensieren, um richtig zu funktionieren. Die Zeitdilatation steht also auf sehr solider wissenschaftlicher Grundlage.

Um wirklich zu verstehen, was vor sich geht, muss man sich ein wenig mit dem aktuellen Stand der physikalischen Theorien befassen.