Тарелки, фанфары… настало время взяться за одну из самых известных формул в мире: E = m c^2. Её знают все, а понимают и того меньше. А ведь за этими буквами скрывается революционная идея, которая перевернула наше понимание Вселенной.
Часто формулу объясняют примерно так: масса пропорциональна энергии. Масса и есть энергия. Даже в самой маленькой массе заключена колоссальная энергия. Верь в себя и всё получится!
Подписываюсь под каждым словом, но предлагаю взглянуть на менее оракульское и более осязаемое пояснение. Для этого формулу малость допишем:
E = gamma * m * c^2
где gamma = 1 / sqrt(1 - v^2 / c^2).
Теперь идея становится гораздо яснее: у любого тела есть энергия покоя m * c^2, а при движении добавляется ещё и релятивистская составляющая, растущая вместе со скоростью. Чем ближе скорость к световой, тем быстрее растёт gamma — и тем дороже становится разгон.
И вот тут главное: чтобы разогнать тело до самой световой скорости, потребуется бесконечная энергия. Даже один килограмм разогнать хотя бы до 0.999999 c — это уже порядка 10^22 Дж. Для сравнения: это больше, чем человечество потребляет за целый год.
Где взять такие количества энергии, не прибегая к аннигиляции, решительно непонятно. И это, по сути, и создаёт практическое (пусть и не теоретическое) ограничение: реальные объекты с массой могут лишь приближаться к скорости света, но не достигать её.
Поэтому со скоростью света движутся только безмассовые частицы вроде фотонов. Они «рождаются» на скорости c, и у них нет варианта быть «медленнее или быстрее».
Лёгкие частицы, такие как электроны и нейтрино, могут подбираться очень близко к этой скорости, но никогда её не пересекают.
Ну и пару слов о классическом пояснении тождественности массы и энергии. Когда изотоп урана распадается на более лёгкие фрагменты, суммарная масса продуктов оказывается чуть меньше, чем у исходного ядра. Эта разница и высвобождается в виде энергии: в гамма-квантах и в кинетической энергии осколков ядра и нейтронов. Именно она и есть та самая «E» из знаменитой формулы.