Η σημασία της εξίσωσης του Αϊνστάιν E=mc2

Ξέρουμε ότι η εξίσωση E=mc2 του Αϊνστάιν είναι τρομακτικά σημαντική, και ότι έχει κάποια σχέση με την ατομική βόμβα. Αλλά τι σημαίνει πραγματικά για εμάς, τους απλούς ανθρώπους, στην καθημερινή μας ζωή;

Ειλικρινά, όχι πολλά πράγματα. Αλλά με αυτό δε θέλω να πω ότι, δεν είναι μια από τις πιο σημαντικές ιδέες που έχει συλλάβει ο ανθρώπινος νους. Αν και έχει να κάνει με καθημερινά πράγματα που συμβαίνουν κάτω από τη μύτη μας, είναι πάρα πολύ μικρά για να τα προσέξουμε, εκτός κι αν τραβήξουν την προσοχή μας όπως εκείνη η βόμβα που αναφέρεις, η οποία είναι επιβεβαιωμένα το πιο αποτελεσματικό τέχνασμα όλων των εποχών για να τραβά την προσοχή.

Αυτή η πιο διάσημη από όλες τις εξισώσεις, πρωτογράφτηκε στο χαρτί από τον Αλμπερτ Αϊνστάιν το 1905 ως ένα μικρό μέρος των θεωριών του περί σχετικότητας. Μεταξύ πολλών άλλων, ο Αϊνστάιν ανακάλυψε ότι υπάρχει μια στενή σχέση μεταξύ μάζας και ενέργειας. (Ενέργεια είναι η ικανότητα να κάνεις κάτι να συμβεί, ενώ μάζα είναι ουσιαστικά η ποσότητα της ύλης ενός υλικού αντικειμένου.)

Ενστικτωδώς, θα θέλαμε πολύ να πιστέψουμε ότι η ενέργεια είναι ενέργεια και η ύλη είναι ύλη, τελεία και παύλα. Όμως ο Αϊνστάιν ανακάλυψε ότι ενέργεια και μάζα είναι πράγματι δύο διαφορετικές αλλά εναλλασσόμενες όψεις της ίδιας παγκόσμιας ύλης, την οποία μπορούμε να ονομάσουμε μάζα-ενέργεια επειδή δεν υπάρχει πιο κατάλληλος όρος. Η εκπληκτικά απλή εξίσωση του Αϊνστάιν είναι ο μαθηματικός τύπος υπολογισμού τού πόση ενέργεια είναι ισοδύναμη με πόση μάζα, και αντίστροφα.

(Για όσους δεν τα πηγαίνουν καλά με τα μαθηματικά: Αν m είναι μια ποσότητα μάζας και Ε είναι η ισότιμη ποσότητα ενέργειας, η εξίσωση λέει ότι μπορείς να υπολογίσεις αυτή την ποσότητα ενέργειας πολλαπλασιάζοντας απλώς το m επί έναν αριθμό που συμβολίζεται ως c , Ο αριθμός c είναι αδιανόητα τεράστιος — αντιπροσωπεύει την ταχύτητα του φωτός στο τετράγωνο — άρα μπορείς να πάρεις μια τεράστια ποσότητα ενέργειας από μια μικροσκοπική ποσότητα μάζας.)

Ο λόγος που η εξίσωση του Αϊνστάιν δεν έχει μεγάλη σχέση με την καθημερινότητα (με μια μεγάλη εξαίρεση την οποία θα αναφέρουμε) είναι ότι όλες οι συνηθισμένες καθημερινές δραστηριότητές μας που έχουν σχέση με την παραγωγή ενέργειας, όπως ο μεταβολισμός του φαγητού που τρώμε και η καύση κάρβουνου και βενζίνης, είναι καθαρά χημικές διαδικασίες, και, σε όλες τις χημικές διαδικασίες, οι ποσότητες μάζας από τις οποίες προήλθε η ενέργεια είναι εντελώς μικροσκοπικές.

Πόσο μικροσκοπικές; Λοιπόν, ακόμη κι αν ανατινάξουμε μια λίβρα ΤΝΤ, η οποία όπως θα συμφωνείς κι εσύ είναι μια χημική διαδικασία που απελευθερώνει μια αρκετά σημαντική ποσότητα ενέργειας, όλη αυτή η ενέργεια προέρχεται από τη μετατροπή μόνο ενός δισεκατομμυριοστού του γραμμαρίου (είκοσι τρισεκατομμυριοστά της ουγκιάς) μάζας. Αν είχαμε τη δυνατότητα να ζυγίσουμε το ΤΝΤ πριν από την έκρηξη κι έπειτα μαζεύαμε όλο τον καπνό και τα αέρια μετά την έκρηξη, θα ανακαλύπταμε ότι το συνολικό βάρος τους είναι ένα δισεκατομμυριοστό του γραμμαρίου λιγότερο.

Αυτή η μικρή διαφορά είναι υπερβολικά μακριά από την αντίληψή μας. Είναι σχεδόν αδύνατο να μετρήσουμε μια τόσο μικροσκοπική διαφορά ακόμη και με την πιο ευαίσθητη ζυγαριά του κόσμου. Άρα, ενώ η εξίσωση του Αϊνστάιν εφαρμόζεται χωρίς εξαίρεση σε όλες τις διαδικασίες που περιλαμβάνουν ενέργεια — και μην ακούσεις κανέναν που σου λέει ότι αυτό δεν ισχύει — δεν έχει καμία επίπτωση στην καθημερινή μας ζωή.

Αυτό ισχύει για όλες τις χημικές διαδικασίες. Οι πυρηνικές διαδικασίες, από την άλλη, όπως οι αντιδράσεις πυρηνικής σύντηξης που συμβαίνουν στον ήλιο και η αντίδραση της πυρηνικής σχάσης του ατόμου που συμβαίνει στην ατομική βόμβα, έχουν διαφορετικές υποθέσεις. Επειδή όλη πρακτικά η μάζα του κόσμου κατοικεί στους απίστευτα τεράστιους πυρήνες των ατόμων, σε μια πυρηνική διαδικασία απελευθερώνονται πολύ μεγαλύτερες ποσότητες ενέργειας, άτομο προς άτομο, απ’ ότι σε μια χημική διαδικασία. Δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερες.

Αυτό που πραγματικά κάνει, όμως, την ατομική βόμβα παγκόσμιο πρωταθλητή στην απελευθέρωση ενέργειας είναι κάτι που ονομάζεται αλυσιδωτή αντίδραση. Αυτή είναι μια διαδικασία κατά την οποία η διάσπαση του κάθε ατόμου δημιουργεί δύο ακόμη διασπάσεις, και καθεμία από εκείνες δημιουργεί άλλες δύο, και καθεμία από εκείνες τις τέσσερις δημιουργεί άλλες δύο, και καθεμία από εκείνες τις οκτώ δημιουργεί άλλες δύο και ούτω καθεξής, ως ότου φτάσουμε να έχουμε έναν απίστευτα τεράστιο αριθμό ατόμων που διασπώνται, και όλες αυτές οι διασπάσεις έχουν πυροδοτηθεί από μια εναρκτήρια διάσπαση ενός ατόμου. Όταν έχεις έναν απίστευτα τεράστιο αριθμό ατόμων να διασπώνται μέσα σε ένα απίστευτα μικρό χρονικό διάστημα, με το καθένα από αυτά να παράγει ενέργεια δισεκατομμυρίων απλών χημικών αντιδράσεων, η έκρηξη που έχεις στα χέρια σου ισοδυναμεί με κόλαση.

Δεν είναι όλες οι αλυσιδωτές αντιδράσεις βλαβερές. Αν ελέγξουμε την ταχύτητα με την οποία μια αλυσιδωτή αντίδραση πυρηνικής διάσπασης του ατόμου πολλαπλασιάζεται από μόνη της, έχουμε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Σε έναν πυρηνικό αντιδραστήρα, η ενέργεια απελευθερώνεται αρκετά σταδιακά ώστε να παράγει ενέργεια που βράζει νερό, το οποίο δημιουργεί ατμό που οδηγεί τουρμπίνες, οι οποίες οδηγούν γεννήτριες που παράγουν ηλεκτρισμό για να ανάβεις τη λάμπα κάτω από την οποία πιθανώς διαβάζεις αυτό βιβλίο.

Αυτή είναι η σημασία της εξίσωσης του Αϊνστάιν για εμάς τους απλούς ανθρώπους.