Kütle ve Enerji

Kütle ve Enerji
MsXLabs.org & Temel Birtannica

Einstein, 1905'te yayımladığı özel görelilik kuramında, enerji (E) ile kütle (m) arasında, E=mc² denklemiyle ifade edilebilecek bir bağlantı bulunduğunu ileri sürdü; buradaki c ışık hızıdır. Buna göre, kütle ve enerji birbirine dönüştürülebilir; üstelik c'nin değeri çok büyük olduğundan, çok küçük miktardaki bir kütleden, çok büyük miktarda enerji elde edilebilir. Nitekim, çekirdek bölünmesi ve çekirdek kaynaşması tepkimelerinde olan budur (bak. Nükleer Enerji). Kütlenin korunumu yasası (bak. Lavoisier Kanunu) ile enerjinin korunumu yasası (bak. Enerji), Einstein'ın bu kuramı göz önünde tutularak uyarlanmış ve birleştirilmiştir.
Bugün kabul edilen kütlenin ve enerjinin korunumu yasasına göre, herhangi bir yalıtılmış sistemde, yani çevresiyle herhangi bir alışverişi olmayan kapalı bir sistemde, toplam madde (kütle) ve enerji miktarı, sistemin içinde ne tür bir değişim olursa olsun sabit kalır.

E=mc² (Kütle-Enerji Denklikleri)!

Einstein'ın meşhur E=mc² denklemi kütle ve enerjiyi kıyaslaması ve bu ikisinin bir eşitliğini vermesi sebebiyle fizikte bir devrimdir. E=mc² denklemi (ya da E eşittir m çarpı c kare) fizikte belki de en çok bilinen denklemdir. Bu denklem böylesine çok bilinmesine rağmen çoğunlukla ifade ettiği anlam bilinmemektedir.

E=mc² 'nin Kökleri!

E=mc² denklemi Einstein'ın özel izafiyet teorisiyle ilişkilidir. Bu denklem aslında Einstein'ın orijinal özel izafiyet makalesinde bulunmaz. Einstein, kütle ve enerji eşitliği üzerine sonradan kısa bir makale yazmıştır. Özel izafiyet teorisinin ilkelerini birbirlerine zıt, iki yönde ışık enerjisi saçan bir cisim üzerine uygulayarak cismin enerji yaydıkça kütlesinin azaldığını ortaya koyan Einstein, kurduğu mantığa devam ederek, cismin kütlesinin, içerdiği enerji miktarının bir ölçüsü olduğu sonucuna vardı. Böylelikle enerji ve kütle arasında bir denklem oluşturdu.

Kütle-Enerji Eşitliği!

Einstein'a göre kütle ve enerji aynı şeyin iki farklı görünümüdür. E=mc² denklemindeki E sembolü enerji miktarını, m sembolü kütle miktarını ve c sembolü de ışık hızını temsil eder. Eğer kütle enerjiye dönüşürse, ışık hızının karesiyle kütle büyüklüğünün çarpımı miktarında enerji ortaya çıkar. Fizikçilerin sıklıkla kullandığı ölçü birimleri, kütle için kilogram, enerji için joule ve hız için metre/saniye'dir. Işık hızı 3x10 üzeri 8 metre/saniyedir. Einstein'ın denklemine göre 1 kg kütle 9x10 üzeri 16 joule'lük enerjiye dönüşür. Bir joule, bir elmayı yerden kaldırıp masaya koymak için gereken enerji kadar küçük bir enerji olarak düşünülebilir. Fakat kilogramlık bir kütlenin enerjiye dönüşmesi çok büyük miktarlarda joule yani büyük bir enerji ortaya çıkarır.

Kütle ve Enerji Korunumu Yasaları!

Korunum kanunları fizikteki temel kanunlardır. Bu kanunlar evrende dönüşüme uğrayan niceliklerin toplam miktarının her zaman sabit kaldığını söyler. Fizikte bu niceliklere korunumlu büyüklükler denir. Einstein'dan önce fizikçiler, kütle ve enerjinin birbirinden tamamen farklı, korunumlu iki büyüklük olduğunu düşünmekteydi ve kütle ile enerji birbirinden ayrı korunum yasalarına sahipti.

Einstein kütle ve enerjinin aynı niceliğin iki farklı versiyonu olduğunu gösterdiğinde enerjinin ve kütlenin korunumu yasaları birleştirilerek kütle-enerji korunumu yasası oluşturuldu. Buna göre evrendeki toplam kütle-enerji miktarı sabit kalmak zorundadır fakat kütle ve enerji E=mc² dönüşüm denklemine göre birbirlerine dönüşebilirler. Örneğin evrendeki toplam kütle-enerjiyi korumak için nükleer ve kimyasal reaksiyonlar enerji yayınladığında reaksiyona giren maddelerin kütle kaybetmesi gerekmektedir.

Bu durum, basit kimyasal tepkimelerde, reaksiyon sonucu kaybolan kütlenin çok çok küçük olması sebebiyle ihmal edilebilir. Bu yüzden kimyada kullanılan kütlenin korunumu kanununun, makro dünyadaki bu tip tepkimelerde geçerliliğini koruduğu söylenebilir. Ancak oluşan enerji sebebiyle ortaya çıkan kütle kaybı ya da tersi, özellikle nükleer tepkimelerde ölçülebilir biçimde kendini gösterir.

Kaynak: Fizikmakaleleri