27 Σεπτεμβρίου 1905: Η ημέρα που η μάζα έγινε ενέργεια

 

#Σανσημερα #ΜαθηΜαγικοΗμερολογιο   1905  Η γέννηση της περίφημης σχέσης μάζας–ενέργειας

Στις 27 Σεπτεμβρίου 1905 έφτασε στα γραφεία του γερμανικού περιοδικού Annalen der Physik μια σύντομη εργασία του 26χρονου τότε Άλμπερτ Αϊνστάιν με τίτλο «Εξαρτάται η αδράνεια ενός σώματος από το ενεργειακό του περιεχόμενο;». Ήταν η τέταρτη από τις περίφημες εργασίες του annus mirabilis του 1905, μετά τις εργασίες για τα κβάντα φωτός και το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, την κίνηση Brown και την ειδική θεωρία της σχετικότητας. 

Η εργασία ήταν εξαιρετικά σύντομη —μόλις τρεις σελίδες και δεν περιείχε βιβλιογραφικές παραπομπές. Σε αυτήν ο Einstein δεν έγραψε ακόμη τη διάσημη εξίσωση ακριβώς με τη μορφή E=mc^2. Κατέληξε όμως στο ισοδύναμο συμπέρασμα ότι αν ένα σώμα χάσει ενέργεια L, η μάζα του ελαττώνεται κατά

                                           Dm=L/c^2

Ήταν η αρχή της γενικής σχέσης μεταξύ μάζας και ενέργειας που αργότερα θα γινόταν ίσως η διασημότερη εξίσωση της φυσικής. 

Ο Einstein, ωστόσο, δεν ήταν ο πρώτος επιστήμονας που είχε συναντήσει κάποια σχέση ανάμεσα στην ενέργεια και την αδράνεια ή τη μάζα. Ήδη από τον 19ο αιώνα οι J. J. Thomson, Max Abraham και άλλοι είχαν διερευνήσει την «ηλεκτρομαγνητική μάζα». Το 1900 ο Henri Poincaré είχε συνδέσει την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια με αντίστοιχη αδράνεια, ενώ το 1904 ο Fritz Hasenöhrl μελέτησε την αδράνεια της ακτινοβολίας μέσα σε μια κοιλότητα, καταλήγοντας σε σχέσεις που περιείχαν όμως λανθασμένους αριθμητικούς συντελεστές. 

Υπάρχει και η ενδιαφέρουσα περίπτωση του Ιταλού Olinto De Pretto. Σε εργασία που παρουσιάστηκε το 1903 και δημοσιεύθηκε το 1904, ο De Pretto χρησιμοποίησε μια έκφραση της μορφής mv^2, θεωρώντας για το v την ταχύτητα του φωτός, και μίλησε για τεράστια ποσά «λανθάνουσας» ενέργειας που περιέχονται στην ύλη. Η αλγεβρική ομοιότητα με το mc^2 είναι εντυπωσιακή. Ωστόσο, η φυσική συλλογιστική του στηριζόταν σε ιδέες περί αιθέρα και vis viva και δεν ισοδυναμούσε με τη σχετικιστική αρχή της ισοδυναμίας μάζας–ενέργειας του Einstein. Δεν υπάρχει επίσης τεκμηριωμένη απόδειξη ότι ο Einstein γνώριζε την εργασία του De Pretto. 

Ακόμη και η περίφημη απόδειξη του Einstein του 1905 αποτέλεσε αργότερα αντικείμενο επιστημονικής συζήτησης. Ο φυσικός Hans Ohanian υποστήριξε ότι η συλλογιστική της δεν αποτελούσε πλήρη γενική απόδειξη και ότι περιείχε ένα λογικό άλμα. Άλλοι φυσικοί, όπως ο David Mermin, απέρριψαν αυτή την κριτική και υπερασπίστηκαν την ουσία του επιχειρήματος του Einstein. Επομένως δεν είναι ιστορικά δίκαιο να γράφουμε απλώς ότι «η απόδειξη του Einstein ήταν λανθασμένη»

  Το αποφασιστικό στοιχείο της συμβολής του Einstein δεν ήταν ότι κανείς πριν από αυτόν δεν είχε συνδέσει ποτέ μάζα και ενέργεια. Ήταν ότι η σχέση εμφανίστηκε ως γενική συνέπεια της νέας σχετικιστικής αντίληψης της φυσικής, ανεξάρτητα από το αν η ενέργεια ήταν ηλεκτρομαγνητική, θερμική, χημική ή άλλης μορφής. Αυτό είναι που διαφοροποιεί την εργασία του 1905 από τις προηγούμενες ειδικές περιπτώσεις. 

Τέλος, ο Einstein δεν πήρε το Νόμπελ ειδικά για τη σχετικότητα ή το E=mc^2. Το Νόμπελ Φυσικής του 1921, το οποίο του απονεμήθηκε το 1922, δόθηκε επισήμως «για τις υπηρεσίες του στη Θεωρητική Φυσική και ιδιαίτερα για την ανακάλυψη του νόμου του φωτοηλεκτρικού φαινομένου».