Энергия покоя

Наверное, самое важное для дальнейшей истории открытие Эйнштейна — это энергия покоя.

В классической физике понятие энергии связывалось с разными формами движения и взаимодействия частиц. Из формул же релятивистской механики следует, что даже у свободной покоящейся частицы имеется «энергия покоя» E₀ = mc². Как любая энергия, энергия покоя может частично или полностью быть преобразована в другие виды энергии.

Энергия покоя mc² очень велика. Так, тело массой 1 кг обладает энергией покоя 9-10¹⁶ Дж. Такую энергию самая большая в России Саяно-Шушенская ГЭС вырабатывает за полгода. Однако эта огромная энергия чрезвычайно «труднодоступна». Если бы мы могли легко и просто «отщипывать» от энергии покоя тел, у нас не было бы проблем с обеспечением энергией.

Имя Эйнштейна, словно новая звезда, засияло на физическом небосклоне в 1905 году, когда этот никому не известный 26-летний работник бернского патентного бюро опубликовал сразу четыре революционные работы по теоретической физике. За первую из них он позднее был удостоен Нобелевской премии — это было объяснение законов фотоэффекта на основе квантовой гипотезы о свете. Вторая работа, посвященная теории броуновского движения, привела в итоге к окончательному признанию существования молекул. В третьей работе излагались основы специальной теории относительности, а в четвертой была открыта энергия покоя.

Способ высвобождения части энергии покоя для практического применения был найден в ядерной физике. Энергия, высвобождаемая в атомных реакторах — это и есть небольшая доля энергии покоя ядер. В ядерном реакторе используется всего лишь около 0,1% энергии покоя ядер — но и это в миллионы и миллиарды раз больше энергии любых химических реакций (при той же массе топлива).

Почти 100% превращение энергии покоя в электромагнитную энергию происходит лишь при аннигиляции вещества и антивещества (см. другие статьи), но для практического применения этот способ не годится, так как у нас нет готового антивещества, а на его синтез мы бы затратили энергии больше, чем получили при аннигиляции.

В релятивистской механике масса m приобрела новый физический смысл. В классической механике масса (m) — мера инертности тела. В релятивистской физике масса (m) — мера внутренней энергии тела (энергии покоя). Когда говорят об эквивалентности массы и энергии, имеют в виду, что изменение энергии покоя приводит к изменению массы, и наоборот. Так, Солнце излучает свет за счет своей энергии покоя, ежесекундно теряя при этом более четырех миллионов тонн своей массы.