فرمول E=mc2 یعنی چه و توسط چه کسی کشف شد؟

سال اکتشاف: 1905

این کشف چه می‌گوید؟

نخستین رابطهٔ معین میان ماده و انرژی.

چه کسی آن را کشف کرد؟

آلبرت اینشتین Albert Einstein

در طول تاریخ علم، ماده همیشه ماده بوده و انرژی، انرژی. این دو مفاهیمی بدون ارتباط بودند. اینشتین، با کشف معادله‌ای تاریخی رابطه‌ای میان ماده و انرژی بر قرار کرد E=mc2. انرژی برابر است با جرم × سرعت به توان 2. اولین معادله مشهور، معادله فیثاغورث برای مثلث قائم‌الزاویه بود. (A2= B2 + C2)

معادله اینشتین برای نخستین بار رابطه کمی میان ماده و انرژی برقرار کرد. معنایش این بود که این دو مفهوم که همیشه جدا از هم انگاشته می‌شدند قابل تبدیل به یکدیگرند. یعنی ماده به انرژی تبدیل می‌شود و بالعکس.

ین معادله جهت تحقیقات فیزیک را تغییر داد و باعث محاسبات معروف میکلسون در مورد تعین سرعت نور در ۱۹۲۸ گردید و کشف انرژی و (متأسفانه) بمب اتمی!

در ۱۹۰۳ آلبرت انیشتین ۲۳ ساله در اداره ثبت اختراعات سوئیس مشغول به کار شد. کار او بررسی فنی نمونه‌هایی بود که تحویل اداره می‌گردید. گرچه او سخت به تحقیقات علمی و کار در این زمینه علاقه‌مند بود اما بدبختانه رویایش به ناامیدی گراییده بود. او حتی تحصیلات دبیرستانی‌اش را هم نتوانسته بود به پایان برساند و برای تدریس شایستگی لازم را نداشت.

او با دوستی از دوران دبیرستان ازدواج کرده بود. اینشتین از خانواده کارمندی متوسط بود که در برن سوئیس زندگی می‌کرد و به نظر می‌رسید زندگی‌اش از آن پس همیشه، همان خواهد بود.

گرچه او از ادامه تحصیلات بازمانده بود اما شدیداً به مطالعهٔ ریاضیات و فیزیک علاقه‌مند بود و تمام اوقات فراغتش را صرف حل معادلات ریاضی و معماهای فیزیک می‌کرد. او سخت به آزمایش‌های ذهنی علاقه‌مند بود و سعی داشت تصاویر ذهنی روشنی از معماهای فیزیکی ترسیم کند. بعد با به کار بستن ریاضیات این تصاویر را توضیح دهد و کاربرد آن‌ها را در فیزیک روشن کند.

در ۱۹0۴ تلاش کرد تا با تمرکز به مسئله نور، فضا و زمان رابطه‌ای میان آن‌ها برقرار کند و مفاهیم جدیدی به دست آورد. او توانست نشان دهد که نور هم به صورت موج و هم به صورت ذره وجود دارد. (یک ذره، یا کمیت نوری که آن را فوتون می‌نامیم.)

این کار اینشتین را به مفهوم انقلابی نسبیت راهنمایی کرد. او با ریاضیات این مفهوم را تبیین کرد و به نتایج تکان‌دهنده‌ای رسید. زمان مانند فضا خاصیت ارتجاعی دارد. با سریع‌تر شدن سرعت اجسام، زمان کندتر می‌شود. حجم اجسام با رسیدن به نزدیکی سرعت نور بیشتر می‌شود. نظریه نسبیت اینشتین رابطه مستقیمی میان فضا و زمان برقرار کرد و نشان داد که هر دو گرد اجسام سنگین (مانند ستارگان) می‌پیچند. اندازه‌گیری آن‌ها فقط به طور نسبی و نه مطلق امکان‌پذیر است.

اینشتاین از این مبنای نظری، محاسبات ریاضی خود را گسترش داد و ثابت کرد، هنگامی که جسم به سرعت نور نزدیک شود طول آن افزایش پیدا می‌کند، حجم آن زیاد و زمان کند می‌شود (این مفهوم بعدها وقتی که ساعتی دقیق را در هواپیمای جتی قرار دادند تأیید شد)

اگر ماده در سرعت زیاد تغییر می‌کرد پس انرژی و ماده می باید به نحوی با هم مرتبط باشند. اینشتین متوجه شد که فرضیه نسبیت به او نشان می‌دهد ماده شکل متمرکز انرژی است. او تلاش کرد که رابطه‌ای ریاضی میان آن‌ها برقرار کند.

اما از طرفی او متوجه بود که این مفهوم انقلابی با مفهوم مشهور و پذیرفته شدهٔ بقای ماده (لاوازیه 1789) و بقای انرژی (هلمهولتز 1847) در تناقض است. اینشتین اعلام کرد که این دو غول دنیای علم، هر دو در اشتباه بودند و نه انرژی و نه ماده به طور مستقل باقی نمی‌مانند گرچه ترکیب آن‌ها، مجموع انرژی در سامانه انرژی – ماده ثابت و باقی است.

اینشتین به معادله ماده – انرژی خود (E=mc2) مانند لایه‌ای از نظریه نسبیت نگاه می‌کرد. او مقاله‌ای در این باره نوشت که نتیجه‌گیری نهایی او بود. در نگاه اینشتین این معادله اهمیت چندانی نداشت و فقط جنبه‌های فیزیکی و علمی آن مورد نظر بود.

دیگران به سرعت از این معادله نتیجه‌گیری‌های خود را کردند و آن‌ها را برای تولید انرژی هسته‌ای و سلاح‌های مرگبار به کار بردند. به گفته آلدوس هاکسلی: «جهان بعد از مرور نظریه‌های اینشتین در فیزیک نه فقط عجیب‌تر از آنی شد که ما تصور می‌کردیم، بلکه از آن‌چه می‌توانیم تصور کنیم هم عجیب‌تر است.»

معادله معروف اینشتین دقیقاً به ما می‌گوید چقدر انرژی در هر شیئ (یا جرم) وجود دارد. فقط یک واکنش، تمام این انرژی را آزاد می‌کند: برخورد ماده و ضد ماده، تنها نوع کامل تبدیل ماده، به انرژی در جهان ما.