Wie sind Energie und Materie gleich?

Wie Einstein uns zeigte, Licht und Materie und nur Aspekte derselben Sache. Wie wird eins zum anderen?

Albert Einsteins berühmteste Gleichung besagt, dass Energie und Materie zwei Seiten derselben Medaille sind.
Aber was bedeutet das wirklich? Und wie sind Gleichungen berühmt? Ich mag es zu glauben, dass Gleichungen so berühmt sein können wie ein Kunstwerk oder eine Philosophie. Menschen können sich der Sache bewusst sein und haben dennoch nie mit ihr interagiert. Sie können verstehen, dass es wichtig ist, und verstehen dennoch nicht, warum es so wichtig ist. Was ein bisschen zu schade ist, da dies wirklich eine schöne Idee ist, die den Verstand biegt.

Der Ursprung von E = mc2 liegt in der speziellen Relativitätstheorie. Licht hat die gleiche Geschwindigkeit, egal in welchem ​​Referenzrahmen Sie sich befinden. Egal wo Sie sind oder wie schnell Sie fahren. Wenn Sie still am Straßenrand stehen und ein Auto beobachten würden, das mit ¾ Lichtgeschwindigkeit fährt, würden Sie das Licht ihrer Scheinwerfer mit ¼ Lichtgeschwindigkeit von ihnen wegfahren sehen.

Aber der Fahrer des Autos würde immer noch sehen, dass sich das Licht mit Lichtgeschwindigkeit vor ihnen bewegte. Dies ist nur möglich, wenn sich ihre Zeit im Verhältnis zu Ihnen zu verlangsamen scheint und Sie und die Personen im Auto sich nicht mehr darauf einigen können, wie lange eine Sekunde dauern würde.

Das Licht scheint sich also langsamer von ihnen zu entfernen, aber wenn sie die Dinge langsamer erleben, gleicht sich alles aus. Dies wirkt sich auch auf ihre scheinbare Masse aus. Wenn sie Gas geben, beschleunigen sie langsamer als erwartet. Es ist, als ob das Auto mehr Masse hat als Sie erwarten. Die Relativitätstheorie erfordert also, dass je schneller sich ein Objekt bewegt, desto mehr Masse scheint es zu haben. Dies bedeutet, dass sich ein Teil der Energie der Bewegung des Autos in Masse zu verwandeln scheint. Daher der Ursprung von Einsteins Gleichung. Wie passiert das? Wir wissen es nicht wirklich. Wir wissen nur, dass es so ist.

Der gleiche Effekt tritt bei Quantenteilchen auf und nicht nur bei Licht. Ein Neutron kann beispielsweise in ein Proton, ein Elektron und ein Anti-Neutrino zerfallen. Die Masse dieser drei Teilchen ist geringer als die Masse eines Neutrons, daher erhalten sie auch jeweils etwas Energie. Energie und Materie sind also wirklich dasselbe. Komplett austauschbar. Und schließlich, obwohl Energie und Masse durch spezielle Relativitätstheorie in Beziehung stehen, sind Masse und Raum durch allgemeine Relativitätstheorie verbunden. Sie können jede Masse durch einen Abstand definieren, der als Schwarzschild-Radius bezeichnet wird. Dies ist der Radius eines Schwarzen Lochs dieser Masse. In gewisser Weise sind Energie, Materie, Raum und Zeit alle Aspekte derselben Sache.

Was denken Sie? Wie E = mc2, was ist die berühmteste Idee, an die Sie in der Physik denken können?

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