kesetaraan massa-energi

                         Kesetaraan massa-energi

 

    Dalam fisika, massa-energi kesetaraan adalah konsep bahwa massa suatu benda adalah ukuran nya energi konten.
    Ketika energi akan dihapus dari sistem (misalnya dalam energi ikat , atau energi yang dilepaskan oleh bom atom) maka massa selalu dihapus bersama dengan energi. Energi ini mempertahankan massa hilang, yang pada gilirannya akan ditambahkan ke sistem lainnya yang menyerap. Ia juga memberitahu berapa banyak massa akan ditambahkan untuk setiap sistem yang kemudian menyerap energi ini.
    Sebaliknya, hubungan ini hanya menunjukkan bahwa sejumlah besar energi yang dilepaskan dalam reaksi tersebut mungkin menunjukkan massa yang cukup bahwa massa-rugi dapat diukur, ketika energi yang dilepaskan (dan massa) telah dihapus dari sistem. Misalnya, hilangnya massa atom dan neutron sebagai akibat dari penangkapan neutron, dan hilangnya sinar gamma, telah digunakan untuk menguji kesetaraan massa-energi untuk presisi tinggi, sebagai energi dari sinar gamma mungkin dibandingkan dengan cacat massa setelah ditangkap.
    Einstein tidak pertama mengusulkan hubungan massa-energi (lihat Sejarah bagian). Namun, Einstein adalah ilmuwan pertama yang mengusulk dan yang pertama untuk menafsirkan massa-energi kesetaraan sebagai prinsip mendasar yang mengikuti dari simetri relativistik dari ruang dan waktu .
     Konservasi massa dan energi
    Konsep kesetaraan massa-energi menghubungkan konsep kekekalan massa dan kekekalan energi , yang terus memegang secara terpisah dalam sistem yang terisolasi (yang ditutup untuk hilangnya semua jenis energi, termasuk energi yang berkaitan dengan hilangnya materi). Teori relativitas memungkinkan partikel yang memiliki massa diam harus dikonversi ke bentuk lain dari massa yang membutuhkan gerakan, seperti energi kinetik , panas, atau cahaya. Namun, massa sistem tetap. Energi kinetik atau cahaya juga dapat diubah menjadi jenis baru dari partikel yang memiliki sisa massa , tapi sekali lagi energi tetap. Baik massa total dan total energi dalam sebuah sistem yang terisolasi tetap konstan dari waktu ke waktu, seperti yang terlihat oleh pengamat tunggal dalam bingkai inersia diberikan.
Dengan kata lain, energi tidak dapat diciptakan maupun dihancurkan, dan energi, dalam semua bentuknya, memiliki massa. Massa juga tidak dapat diciptakan maupun dihancurkan, dan dalam semua bentuknya, memiliki energi. Menurut teori relativitas, massa dan energi sebagai umum dipahami, adalah dua nama untuk hal yang sama, dan satu tidak berubah atau berubah menjadi yang lain. Sebaliknya, tak satu pun ada tanpa yang lain ada juga, sebagai sifat dari suatu sistem. Daripada massa yang berubah menjadi energi, pandangan relativitas khusus adalah bahwa massa diam telah diubah menjadi bentuk yang lebih mobile dari massa, tetapi tetap massal. Dalam proses transformasi, baik jumlah massa maupun jumlah perubahan energi, karena keduanya adalah sifat yang saling terhubung satu sama lain melalui sebuah konstantasederhana.                                                                                                                                                                                .     Jadi, jika energi meninggalkan sistem dengan mengubah bentuknya, itu hanya mengambil nya sistem massa dengan itu. Pandangan ini mensyaratkan bahwa jika salah satu massa atau energi menghilang dari sistem, ia akan selalu menemukan bahwa kedua telah cukup pindah ke tempat lain, dimana mereka berdua akan diukur sebagai peningkatan dari kedua massa dan energi yang sesuai dengan kerugian dalam pertama sistem.
   Jika pengamat berjalan jauh dari sebuah foton ke arah perjalanan dari sebuah sumber, setelah itu mengejar ketinggalan dengan pengamat, maka ketika foton menangkap maka akan terlihat seperti memiliki energi lebih sedikit dari itu pada sumbernya. Semakin cepat pengamat tersebut berpergian berkaitan dengan sumber foton ketika menangkap, sedikit energi foton akan memiliki. Sebagai pengamat mendekati kecepatan cahaya berkaitan dengan sumber, foton terlihat lebih merah dan lebih merah, dengan efek Doppler relativistik (pergeseran Doppler adalah rumus relativistik), dan energi foton yang sangat panjang-panjang gelombang mendekati nol. Inilah mengapa foton tak bermassa adalah, ini berarti bahwa massa diam foton adalah nol.
   Dua foton bergerak dalam arah yang berbeda tidak dapat dibuat baik untuk memiliki energi total sewenang-wenang kecil dengan mengubah frame, atau dengan bergerak menuju atau menjauh dari mereka. Alasannya adalah bahwa dalam sistem dua-foton, energi dari satu foton turun mengejar, tapi energi yang lain akan meningkat dengan pergeseran yang sama dalam gerakan pengamat. Dua foton tidak bergerak ke arah yang sama akan menunjukkan sebuah kerangka inersia mana energi gabungan adalah terkecil, tetapi tidak nol. Ini disebut pusat massa bingkai atau pusat momentum bingkai; istilah ini hampir sinonim (tengah frame massa adalah kasus khusus dari tengah frame momentum dimana pusat massa diletakkan pada titik asal). Yang paling yang mengejar sepasang foton dapat melakukannya untuk mengurangi energi mereka adalah untuk menempatkan pengamat dalam bingkai di mana foton memiliki energi yang sama dan bergerak langsung dari satu sama lain. Pada frame ini, pengamat sekarang bergerak ke arah yang sama dan kecepatan pusat massa dari dua foton. Momentum total foton sekarang nol, karena momentum mereka adalah sama dan berlawanan. Dalam frame ini dua foton, sebagai sebuah sistem, memiliki massa sama dengan energi total dibagi dengan c 2. Massa ini disebut massa invarian dari pasangan foton bersama-sama. Ini adalah massa terkecil dan energi sistem dapat dilihat untuk memiliki, oleh pengamat manapun. Hanya massa invarian dari sistem dua-foton yang dapat digunakan untuk membuat satu partikel dengan massa diam yang sama.
   Jika foton terbentuk oleh tabrakan partikel dan anti-partikel yang, massa invarian adalah sama dengan energi total partikel dan antipartikel (sisa energi mereka ditambah energi kinetik), di tengah frame massa, di mana mereka akan secara otomatis akan bergerak ke arah yang sama dan berlawanan (karena mereka memiliki momentum yang sama dalam frame ini). Jika foton dibentuk oleh disintegrasi satu partikel dengan massa diam yang jelas, seperti netral Pion , massa invarian dari foton sama dengan beristirahat massa pion itu. Dalam hal ini, tengah frame massa untuk Pion hanyalah frame mana pion adalah saat istirahat, dan pusat massa tidak berubah setelah hancur menjadi dua foton. Setelah dua foton terbentuk, pusat massa mereka masih bergerak dengan cara yang sama pion yang melakukannya, dan total energi mereka dalam frame ini menambahkan sampai dengan energi massa pion itu. Jadi, dengan menghitung massa invarian dari pasang foton dalam detektor partikel, pasangan dapat diidentifikasi yang mungkin dihasilkan oleh disintegrasi Pion.