Waarom is er een verband tussen de lichtsnelheid, de massa van een object en de energie die hieruit kan ontstaan?

Question

Je kent het wel: 'E = m*c^2'
Waarbij:
E = energie in J
m = massa in kg
c = lichtsnelheid in m/s

Hoe kan het dat een massa in kilogram maal de lichtsnelheid in meter per seconde in het kwadraat de energie kan geven die uit deze massa kan ontstaan?

Ik heb deze formule wel eens gebruikt bij het berekenen van de energie die vrijkomt bij kernfusie in een ster, maar ik heb nooit begrepen waarom er zo'n simpel verband is tussen de lichtsnelheid en de energie die uit een massa kan ontstaan.

Cryofiel · Accepted Answer

Dit verband, dat zo eenvoudig wordt weergegeven door de beroemde formule E=mc², is een onverwachte uitkomst van de waarneming (!) dat de lichtsnelheid altijd hetzelfde is, ongeacht jouw eigen snelheid.

Ter illustratie: als jouw hond ervandoor gaat met 10 km/u, is na een uur de afstand tussen jou en jouw hond 10 km. Als jij je hond achterna loopt met 6 km/u, is na datzelfde uur de afstand tussen jou en jouw hond slechts 4 km. Ren jij je hond achterna met dezelfde 10 km/u (en je begint te rennen wanneer de hond 50 m van je vandaan is), dan is na een uur de afstand tussen jou en jouw hond nog steeds 50 m.

Voor licht geldt dat niet.

Als jij met je zaklamp fotonen wegstuurt met 300000 km/s, zijn die eerste fotonen na een uur ruim een miljard kilometer van jou vandaan. Als jij in je raket stapt en met 100000 km/s achter jouw fotonen aangaat, zijn diezelfde fotonen na een uur precies diezelfde miljard kilometer van jou vandaan. Als je een snellere raket neemt die maar liefst 299999 km/s kan bereiken, dan zijn na dat uur die fotonen nog steeds op een afstand van een miljard kilometer van jou vandaan.

Je krijgt dus het gekke effect dat jij een paar fotonen omhoog stuurt, in je supersnelle raket stapt, en er achteraan gaat. Ik blijf op aarde achter. Na een uur kijken we allebei hoe ver de verste fotonen van ons vandaan zijn. Jij zult zien dat de verste fotonen een miljard kilometer van JOU vandaan zijn. Ik zal zien dat de verste fotonen een miljard kilometer van MIJ vandaan zijn. En dat op een moment dat wij bijna een miljard kilometer van ELKAAR vandaan zijn...

Dit rare effect wordt beschreven met behulp van de Lorentztransformatie.

Ga je verder rekenen wat die Lorentztransformatie nu betekent voor de equivalentie tussen massa en energie, dan volgt daaruit onvermijdelijk de formule van Einstein.

De afleiding voert veel te ver voor een antwoord op GV. Daarom verwijs ik je naar onderstaande links. Als je van daaruit verder zoekt, garandeer ik je dat je deze Paasdagen wel door zult komen!

jc54 · Answer

Hierover zijn al eerdere vragen gesteld, maar kijk nog maar eens op onderstaande link. Dan krijg je nog wat uitleg van Einstein himself.

 · Answer

Het doel van Einstein en andere natuurkundigen was om de eenheidstheorie te ontwikkelen, waar verklaard wordt dat alles in een verschillende verschijningsvorm van hetzelfde ding is.

Maxwell had dat gedaan voor Elektriciteit en Magnetisme, twee kanten van hetzelfde ding.

Einstein heeft aangetoond, dat momentum en energie twee aspecten van hetzelfde ding zijn.

Alles wat er verder over wordt gezegd is, evenals jouw vraag, te ingewikkeld om te worden begrepen. De formule die je noemt is een populaire formule voor leken, want de echte algemene formule is anders: E^4 = m².c² + p².c² ,  
Om de formule en de consequenties van de theorie  echt te begrijpen zal de mensheid eerst een aantal reuzen stappen moeten maken, en zich moeten  bevrijden uit de ketens van ons denken in termen van de wereld zoals we die om ons heen zien.

De formule is een onderdeel van de speciale relativiteits- theorie 1905, daarna kwam de algemene relativiteits- theorie 1916.

Einstein was meer een ziener dan een natuurkundige. Ik heb zijn oorspronkelijke werk hier thuis liggen, maar dat is een relatief eenvoudig betoog zonder ingewikkelde formules, maar waar ik, arme ziel, eigenlijk geen touw aan vast kan knopen. Ik snap alles wat er staat, maar ik begrijp er niets van.

Waarom is er een verband tussen de lichtsnelheid, de massa van een object en de energie die hieruit kan ontstaan?

Het beste antwoord

Andere antwoorden (2)

Weet jij het beter..?