E=MC^2

பொருண்மை - ஆற்றல் சமன்பாடு (Mass–Energy Equivalence)

இதனைப் பார்ப்பதற்கு முன்பு சுருக்கப் பார்வை ஒன்று.

ஐன்ஸ்டைனின் சிறப்புச் சார்பியல் கோட்பாடு (Special Relativity) மற்றும் பொதுச் சார்புக் கோட்பாடு (General Relativity) இரண்டையும் சேர்த்து நாம் சார்புக்கோட்பாடு அல்லது சார்பியல் கோட்பாடு (Theory of Relativity) என்று பொதுவாக அழைக்கிறோம்.

சார்பியல் கோட்பாடு கூறுவது என்னவென்றால்,

• எல்லாம் பார்வையாளரைப் பொறுத்தது. வெளி (Space), காலம் (Time) இரண்டும் பார்வையாளரின் திசைவேகத்தைப் பொறுத்து மாறுபடும். அதாவது அவை இரண்டும் சார்புடையது. நிலையானது அல்ல. பார்வையாளர் இருக்கும் குறியீட்டுச் சட்டத்தைப் (Frame of Reference) பொறுத்து சுருங்கியோ அல்லது விரிந்தோ காணப்படலாம்.
• வெளியும் காலமும் தனித்தனியானது அல்ல. இரண்டும் வெளிகாலம் (Space-Time) என்ற ஒன்றின் தனித்தனியான இரண்டு பார்வைகளே.
• ஒளியின் வேகம் எந்த ஒரு பார்வையாளருக்கும் மாறாத ஒன்று.
• எந்தவொரு குறியீட்டுச் சட்டத்திலும் இயற்பியல் விதிகள் மாறாதது.

1687ல் நியூட்டன் இயக்கவிதிகளை வகுத்திருந்தார். அது நம் அன்றாட வாழ்க்கை முறையில் தொடர்புடையவைகளுக்குப் பொருந்தி வந்தன. ஆனால், நம்மால் எட்ட முடியாத வேகத்தை நெருங்குகையில் இந்த விதிகள் பொய்த்துப் போவதை ஐன்ஸ்டைன் கண்டுகொண்டார். துகள்களின் (Particles) இயக்கம் குறித்து ஆய்வு செய்யும்பொழுது அதன் வேகம் அளப்பறியது. அவ்வமயம் நியூட்டனின் விதிகளைக் கொண்டு எதனையும் கணிக்க இயலவில்லை.

ஏனெனில், நியூட்டனைப் பொறுத்தவரையில் காலம் என்பது தனித்த ஒன்று, நிலையான ஒன்று. ஆனால், அளப்பறிய வேகத்தில், காலம் சுருங்குவதையும், பொருளின் எடை கூடுவதையும் ஐன்ஸ்டைன் உணர்ந்தார். விளைவு, 1905ம் வருடம் செப்டம்பர் மாதம் 27ம் தேதி சிறப்புச் சார்பியல் கோட்பாட்டினை (Special Theory of Relativity) முன் வைத்தார்.

இந்தச் சிறப்புச் சார்பியல் கோட்பாட்டினை முன் வைக்கும்பொழுதுதான் இந்த பொருண்மை-ஆற்றல் சமன்பாட்டினை (Mass-Energy Equivalence) வெளிப்படுத்தினார்.

E=MC²

பொருளொன்றின் நிறை (அ) திணிவு (அ) பொருண்மை அதன் ஆற்றலுடன் கொண்டுள்ள தொடர்பினை இச்சமன்பாடு விளக்குகின்றது.

E = Energy (ஆற்றல்)

M = Mass (நிறை-திணிவு-பொருண்மை)

C = Speed of the Light in Vacuum (வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம்)

ஆற்றலின் அலகு ஜூல்.

நிறையின் அலகு கிலோகிராம்.

வேகத்தின் அலகு மீட்டர்/வினாடி

1 ஜூல் = 1கிகி x மீ²/வி2

E(ஜூல்) = m(கிலோகிராம்) x (299,792,458 மீ/வி)².

(வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் வினாடிக்கு 299,792,458 மீட்டர்கள்)

ஆக, ஒரு பொருளின் ஆற்றல் என்பது அப்பொருளின் நிறையினை ஒளியின் வேகத்தின் இருமடியோடு பெருக்கி வருவது ஆகும்.

நிறை அதி வேகத்தை எட்ட எட்ட ஆற்றல் அதிகரிக்கும். நிறையும் ஆற்றலும் வேறு வேறு அல்ல. இரண்டும் ஒன்றுடன் ஒன்று பின்னிப் பிணைந்ததே. நிறைக்குள் ஆற்றல் நிறைந்தே இருக்கின்றது. அதன் வேகம் அதிகரிக்கும்பொழுது நிறையின் ஒரு பகுதி அளப்பறிய ஆற்றலாக வெளிப்படும். அணுசக்தி, அணுகுண்டு இவையெல்லாம் இதன் பின்தொடர்ச்சியாக ஆய்வு செய்யப்பட்டே செயல்படுத்தப்பட்டன.

மாற்றிச் சொல்வதாக இருந்தால் அதிக ஆற்றலைக் கொண்டு நிறையுடைய பொருள் ஒன்றையும் உருவாக்கலாம்.

1933ல் பாரீஸில், Irène மற்றும் Frédéric Joliot-Curie என்பார்கள் முகிலறை (Cloud Chamber) ஒன்றில் ஆற்றல் நிறையாக மாற்றப்படுவதைப் படம்பிடித்துள்ளார்கள். (http://www.aip.org/history/einstein/ae22.htm)

இங்கிலாந்தில் கேம்ப்ரிட்ஜில் John Cockcroft மற்றும் E.T.S. Walton என்பார்கள் நிறை ஆற்றலாக மாற்றப்படுவதைக் கண்டறிந்துள்ளார்கள். தங்களது அணுச்சிதைத்திக் கருவியில் அணு ஒன்றைச் சிதைக்கையில் சிதறிய சில்லுகளின் எடைகள் ஒற்றை அணுவாக இருக்கும்பொழுது இருந்த எடையை விட குறைவாக இருப்பதைக் கண்டனர். அப்படிக் குறைந்து காணாமல் போன எடை ஆற்றலாக வெளிப்பட்டதையும் கண்டுபிடித்தனர்.

ஐன்ஸ்டைனின் நூற்றாண்டான 2005ல் கதிரியக்க அணு ஒன்றிலிருந்து காமா கதிரியக்கம் (Gamma rays) வெளிப்படும் முன்னும் வெளிப்பட்ட பின்னும் ஏற்படும் மீச்சிறு வேறுபாட்டை ஒரு குழு ஆராய்ந்தது. வெளிப்பட்ட கதிரியக்க ஆற்றலையும் அளந்தது. ஆச்சர்யம். அவ்வணுவால் இழக்கப்பட்ட எடை மற்றும் C^2ன் பெருக்கற்பலன், வெளிப்பட்ட கதிரியக்க ஆற்றலுக்குச் சமமாக இருந்தது.

ஐன்ஸ்டைனின் பொருண்மை - ஆற்றல் சமன்பாட்டின் அதிதுல்லிய கணிப்பை இவ்வாய்வு வெளிப்படுத்துவதாக இருந்தது.

ஐன்ஸ்டைனின் விளக்கம் (அவர் குரலில்)

http://www.aip.org/history/einstein/sound/voice1.mp3

"It followed from the special theory of relativity that mass and energy are both but different manifestations of the same thing -- a somewhat unfamiliar conception for the average mind. Furthermore, the equation E is equal to m c-squared, in which energy is put equal to mass, multiplied by the square of the velocity of light, showed that very small amounts of mass may be converted into a very large amount of energy and vice versa. The mass and energy were in fact equivalent, according to the formula mentioned above. This was demonstrated by Cockcroft and Walton in 1932, experimentally.