مکانیسم افزایش جرم جسم در سرعتهای زیاد
مکانیسم افزایش جرم جسم در سرعتهای زیاد
بر اساس نظریه نسبیت معادله جرم در سرعت های نزدیک به سرعت نور می شود:
m = m₀ ÷ √ ( 1- V²/C²
C = 299,792,458 m/s
یعنی وقتی V²/C²=3/4 می شود ، مخرج کسر برابر 1/2 می شود و جرم جسم دوبرابر محاسبه می گردد.
در این حالت :
V= √3/√4 × C
V = 259,627,884 m/s = 259,628 km/s
وقتی جسمی با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه یا 259,628 کیلومتر در ثانیه حرکت کند جرم آن دوبرابر می شود.
*********************************
بر اساس نظریه نسبیت ، معادله طول جسم در سرعت های نزدیک به سرعت نور چنین است:
L = L₀ × √ ( 1- V²/C²
یعنی وقتی V²/C²=3/4 می شود ،
L = L₀ × √ ( 1- 3/4
L = L₀ × √ 1/4
L = 1/2 L₀
یعنی در همان سرعت 259,627,884 متر در ثانیه طول جسم نصف می شود.
اگر می خواهید فرمولهای افزایش وزن نسبت به سرعت و انقباض طول نسبت به سرعت را ببینید به آدرس زیر نگاهی بیاندازید:
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
************************************************** *****
فرض کنیم که سفینه ای که در حالت عادی1000کیلو گرم وزن دارد، به سرعت 259,627,884 متر در ثانیه رسیده و جرم آن 2000 کیلو گرم شده.
می خواهیم ببینیم این 1000 کیلوگرم جرم اضافه ، چگونه به آن اضافه شده.
اولین نظریه این است که وقتی سفینه به این سرعت رسیده همه الکترون ها و پروتونهای آن دوبرابر شده و به همین خاطر جرمش دوبرابر شده و وقتی که دوباره از حرکت باز ایستد دوباره تعداد الکترونها و پروتونهایش به حالت اول بر می گردد و جرمش دوباره می شود 1000 کیلو گرم.
اشتباه بودن این نظریه کاملاً معلوم است، چون اگر همه الکترون ها و پروتونهای آن دوبرابر شده بود ،حجم سفینه هم دوبرابر می شد و طول آن افزایش می یافت.
تا کنون هیچ محاسبه یا تجربه ای نشان نداده که وقتی جسمی با سرعت حرکت کند حجم و طول آن افزایش می یابد.
پس قدر مسلم این است که افزایش جرم از 1000 کیلوگرم به 2000 کیلوگرم در اثر دوبرابر شدن تعداد الکترونها و پروتونها نبوده.
نظریه دوم این است که تعداد الکترون ها و پروتونها دوبرابر نشده ولی جرم هر الکترون دوبرابر شده و جرم هر پروتون هم دوبرابر شده و در نتیجه جرم سفینه از 1000 کیلوگرم به 2000 کیلو گرم افزایش یافته.
می دانیم که ماده همان انرژی است که متراکم شده ، یا بهتر بگوییم ماده حالت ذخیره شده انرژی است:
² E= mC
جرم یک پروتون دوبرابر شده یعنی انرژی ذخیره شده در آن دوبرابر شده.این انرژی از کجا آمده و چگونه پروتون آن را جذب کرده و چطور به ماده تبدیل کرده و چگونه در خود ذخیره کرده؟
ساده تر بگوییم. وقتی سفینه از سرعت صفر به سرعت 259,627,884 متر در ثانیه رسیده ، به اندازه مقدارحاصل از تبدیل 1000 کیلو گرم ماده به انرژی ، انرژی کسب کرده و در خود ذخیره کرده که جرم آن از 1000 کیلو گرم به 2000 کیلو گرم رسیده.
این انرژی از کجا آمده؟ آیا ممکن است ناشی از انرژی لازم برای رساندن سفینه به این سرعت باشد.
با مطرح کردن یک مسئله این موضوع را آزمایش می کنیم:
****************************************
سفینه A و سفینه B هردو 1000 کیلوگرم وزن دارند. سفینه A با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه در حرکت است و به سفینه B که ساکن است می خورد و تمام انرژی جنبشی سفینه A به سفینه B منتقل می شود و سفینه B در جای خود ساکن می ماند و سفینه A با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه حرکت حرکت می کند.
اولاً مقدار انرژی جنبشی منتقل شده از سفینه A به سفینه B چقدر بوده؟
دوماً چه مقدار ماده باید به انرژی تبدیل شود تا این مقدار انرژی جنبشی ایجاد شود؟
بر اساس کتابهای فیزیک ،انرژی جنبشی از فرمول زیر محاسبه می شود:
² E=1/2 mv
E= 1/2 × 1000 ×259,627,884²
مقدار ماده لازم برای ایجاد این مقدار انرژی از رابطه زیر محاسبه می شود:
² E= mC
E=1/2 × 1000 ×259,627,884² = ( 299792458 )² ×m
E=1/2 × 1000 ×67,406,638,150,317,460 = 89,875,517,873,681,760 ×m
m= 375 Kg
*************************************************
کل انرژی جنبشی که به این سفینه وارد شده تا سرعت آن را به سرعت مذکور رسانده به اندازه تبدیل 375 کیلو گرم ماده به انرژی بوده .ولی وزن سفینه به اندازه 1000 کیلو گرم افزایش یافته.
یا بهتر بگوییم به اندازه 1000 کیلو گرم انرژی به ماده تبدیل شده و در سفینه ذخیره شده که وزن آن را 1000 کیلو گرم به 2000 کیلو گرم افزایش داده.625 کیلو گرم اضافه وزن از کجا آمده.
مسئله سفینه A و سفینه B را دوباره مطرح می کنیم.سفینه A با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه در حرکت است بنابر این 2000 کیلوگرم وزن دارد و به محض اینکه به سفینه A برخورد می کند وانرژی جنبشی به اندازه 375 کیلوگرم تبدیل ماده به انرژی را به سفینه A منتقل می کند و سپس خودش ساکن می شود و در این حال جرم خودش از 2000 کیلو گرم به 1000 کیلوگرم کاهش می یابد.
واقعاً این 1000 کیلو گرم جرم اضافه ، از کجا می آید و بعداً به کجا می رود.
یادم هست که قبلاً یک قانونی مطرح می کردند به نام ( قانون بقای ماده ) که می گفت :
ماده بوجود نمی آید و از بین نمی رود بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل می شود.
و یک قانون بقای انرژی بود که می گفت :
انرژی بوجود نمی آید و از بین نمی رود بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل می شود.
و وقتی فهمیدند که ماده و انرژی قابل تبدیل به هم هستند ( قانون بقای ماده و انرژی ) را مطرح کردند:
ماده و انرژی بوجود نمی آیند و از بین نمی روند بلکه از حالتی به حالت دیگر تبدیل می شوند.
یادم هست که حتی می گفتند مقدار کل ماده و انرژی در جهان ثابت است و کم و زیاد نمی شود.
حالا بی خیال این حرفها به بحث خودمان ادامه دهیم.
بگذارید به جریان به شکل دیگری نگاه کنیم.
در نجوم گفته می شود که همین الان درجهان کهکشان هایی هستند که تقریباً با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه دارند از ما دور می شوند.این کهکشانها اختر نما ( کوازار ) نام دارند و با سرعتی معادل 90 درصد سرعت نور از ما دور می شوند.
فرض کنید که در تمام کیهان فقط سیاره زمین وجود دارد و یک عدد اختر نما به نام کوازار آلفا که اگرثابت سرجایش ایستاده بود یک میلیون کیلوگرم وزن داشت ولی حالا که دارد با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه از ما دور می شود دو میلیون کیلوگرم وزن دارد.
حالا یک اتفاقی می افتد و زمین از کیهان محو می شود ، در این حالت دوباره جرم کوازار آلفا به مقدار یک میلیون کیلو گرم باز می گردد.بعد دست بر قضا یک دفعه دوباره کره زمین که محو شده بود و به انرژی تبدیل شده بود دوباره به ماده تبدیل می شود و سر جایش ظاهر می شود.دوباره چون کوازار آلفا دارد با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه از زمین دور می شود وزنش از یک میلیون کیلو گرم به دومیلیون کیلو گرم تغییر می کند.
یعنی کوازار آلفا فقط به خاطر اینکه با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه دارد از ما دور می شود این زحمت را به خودش می دهد و وزن خودش را دوبرابر می کند و اگر ما نباشیم چنین کاری را نمی کند.
از طرف دیگر کهکشان راه شیری هم دارد با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه دارد از کوازار آلفا دور می شود و بنابر این جرمش دوبرابر شده و اگر یک دفعه کوازار آلفا از صفحه گیتی محو شود دوباره جرم کهکشان راه شیری نصف می شود چون دیگر نسبت به کوازار آلفا در حال حرکت نیست و ساکن است.
خیلی نتیجه خنده داری است.مجبوریم یک جوری نظریه افزایش وزن در سرعتهای بالا را سوهان کاری کنیم و ماله بکشیم شاید درست بشود.
نظریه را به شکل زیر تغییر می دهیم:
( وقتی جسمی با سرعتهای بالا حرکت می کند جرمش برای ناظر ساکن تغیییر می کند ولی جرمش برای خودش تغییر نمی کند.)
یعنی سفینه 1000 کیلوگرمی ما وقتی به سرعت 259,627,884 متر در ثانیه رسید وزنش برای ما که ساکن هستیم می شود 2000 کیلو گرم ولی برای خودش هنوز 1000 کیلو گرم است.
از این نظریه هم نتایج مضحک و خنده داری ایجاد می شود که خواندن آنها برای رفع خستگی بد نیست.
نظریه بالا می گوید هر یک گرم ماده موجود در سفینه برای خلبان سفینه و کمک خلبان یک گرم است ولی برای ما که روی زمین هستیم دو گرم است.
یعنی اگر خلبان سفینه یک گرم از ماده موجود در سفینه را به انرژی تبدیل کند،
به مقدار زیرانرژی دست می یابد:
² E= mC
E= 89875517873681.76=یک واحد انرژی
ولی اگر همین انرژی را به صورت یگ گلوله انرژی در فضا رها کند و ما برویم آن را برداریم می بینیم دو واحد انرژی است چون برای ما این گلوله انرژی حاصل تبدیل دو گرم ماده به انرژی است. حالا اگر سفینه بیاید و این گلوله انرژی را از ما قاپ بزند ، نگاه می کند می بیند یک واحد انرژی است چون این گلوله انرژی برای آن از تبدیل یک گرم ماده به انرژی بوجود آمده.
حالا فرض کنید که این سفینه به یک کوه بزرگ برخورد کند و کوه را از جایش جابجا کند.اگر بر اساس نظر خلبان سفینه وزنش 1000 کیلو گرم باشد کوه به اندازه 50 متر از جایش جابجا می شود ولی اگر بر اساس نظر ما ساکنان زمین 2000 کیلو گرم باشد ، کوه باید 100 متر از جایش جابجا شود.
این سفینه باید تصمیم خودش را بگیرد .یا 1000 کیلو گرم باشد و کوه را 50 متر جابجا کند یا باید 2000 کیلو گرم باشد و کوه را 100 متر جابجا کند.
یا روی ساکنان زمین را زمین بگذارد و خودش را 1000 کیلو گرم قرار دهد و کوه را 50 متر جابجا کند ، یا روی خلبان سفینه را زمین بگذارد و خودش را 2000 کیلو گرم قرار دهد و کوه را 100 متر جابجا کند.
به نظر شما سفینه طرف ما را می گیرد یا طرف خلبان سفینه را؟
خوب اگر آلبرت اینشتین می گفت که وقتی جسمی با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه حرکت می کند وزنش دوبرابر می شود ولی طولش هم افزایش می یابد ، شاید یک جوری می شد با آن کنار آمد.
ولی وقتی می گوید وقتی جسمی با سرعت 259,627,884 متر در ثانیه حرکت می کند وزنش دوبرابر می شود ولی طولش هم نصف می شود، یک جورهایی باور کردنش سخت است.
این یعنی ماده متراکم شده آن هم در یک جهت خاص واین یعنی الکترونهایش به پروتونهایش نزدیک شده .چه دلیلی وجود دارد که الکترونها به پروتونها نزدیک شوند، آن هم فقط در جهت طولی سفینه و این اتفاق برای الکترونها و پروتونها در جهت محور عمود بر سفینه اتفاق نیافتد؟
بیشتر از این سرتان را درد نمی آورم.
لطف کنید نظر بدهید.
همیشه سلامت و سعادتمند باشید.
