Thuyết tương đối

Tương đương khối lượng và năng lượng

Liên hệ độ biến thiên khối lượng với năng lượng nghỉ ΔE = Δm c² và phân biệt điều kiện bảo toàn trong các quá trình được mô phỏng. Đo độ biến thiên năng lượng và khối lượng tương đương, rồi kiểm chứng $E = mc²$ .

Đại học

⚠ Quy đổi khối lượng–năng lượng và phản ứng hạt trong mô phỏng chỉ có tính khái niệm; không thao tác nguồn bức xạ.

Dụng cụ

Mô hình vật hấp thụ năng lượng và quá trình photon tạo cặp e⁻e⁺
Thanh trượt logarit năng lượng E, khối lượng vật M và nút chọn quá trình

Các bước tiến hành

So sánh hai quá trình quy đổi
Ở chế độ Vật hấp thụ năng lượng, điều chỉnh E và M bằng các thanh trượt logarit; xem khối lượng tương đương Δm = E/c², chú ý dấu để phân biệt hấp thụ với giải phóng năng lượng. Chuyển sang Photon sinh cặp e⁻e⁺, tăng E qua ngưỡng tạo cặp tổng cộng 2mₑc² = 1,022 MeV để quan sát điều kiện năng lượng tối thiểu; các đại lượng quy đổi minh họa bảo toàn năng lượng–động lượng, không phải photon đơn lẻ tự tạo cặp trong chân không. Đối chiếu các số liệu hiển thị với $E = mc²$ .
Đối chiếu khối lượng tương đương
Ở chế độ hấp thụ năng lượng, thay đổi E theo các bậc trên thanh trượt và ghi Δm hiển thị. Tính độc lập theo $\Delta m = E/c^2$ ; kiểm tra năng lượng tăng thì khối lượng tương đương tăng cùng tỉ lệ.
Kiểm tra ngưỡng tạo cặp
Chọn chế độ photon và tăng E từ dưới lên trên ngưỡng $2m_ec^2$ . Ghi thời điểm mô phỏng báo đủ năng lượng; giải thích vì sao cần xét năng lượng nghỉ của cả hai hạt và bảo toàn động lượng.

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Năm 1905, Albert Einstein công bố thuyết tương đối hẹp và trong một bài viết ngắn sau đó lập luận rằng năng lượng phát ra dưới dạng bức xạ làm khối lượng của vật giảm một lượng tương ứng. Mối liên hệ này thường được tóm tắt bằng E = mc², trong đó c là tốc độ ánh sáng; hệ quả là khối lượng nghỉ biểu thị năng lượng nghỉ, chứ không phải quy tắc đổi khối lượng thành năng lượng tùy ý. Các thí nghiệm hạt nhân và vật lý hạt thế kỷ XX xác nhận vai trò trung tâm của quan hệ khối lượng–năng lượng trong phản ứng và phân rã. Khi tạo cặp electron–positron, năng lượng tối thiểu phải cung cấp ít nhất tổng năng lượng nghỉ 2mₑc², cùng điều kiện bảo toàn động lượng; một photon đơn độc không thể tạo cặp trong chân không. Mô phỏng minh họa các nguyên lý, không phải phản ứng thực.

Nhà vật lý liên quan

Albert Einstein

Chủ đề liên quan trong thư viện

Động lượng – năng lượng tương đối tính, E = mc² Nguyên lý tương đương