[مفاهیم بنیادی فیزیک] [فیزیک مدرن]
قانون بقای ماده و انرژی یا پایستگی جرم و انرژی (به انگلیسی: Conservation of mass and energy)، طبق نظریهٔ نسبیت می‌گوید: «مجموع «جرم و انرژی» پایدار و تغییر ناپذیر است». این بدین معناست که انرژی از شکلی به شکل دیگر و یا به جرم تبدیل می‌شود؛ اما هرگز تولید یا نابود نمی‌شود. بر طبق تئوری نور بقای جرم و انرژی پیامدی از این اصل است که قوانین فیزیکی در طول زمان بدون تغییر باقی می‌مانند.
انرژی هر جسم (طبق نسبیت خاص) جنبش ذرات بنیادی آن جسم است و مقدار آن از معادلهٔ معروف آلبرت اینشتین به‌دست می‌آید: E=mc2 (باید توجه کرد که این معادله تنها انرژی موجود ذرات را به‌دست می‌دهد و نه دیگر گونه‌های انرژی (مانند جنبشی یا پتانسیل).
[↑] پیشینه‌ی تاریخی
فیلسوفان باستان مانند تالس میلتوسی اندیشه‌هایی دربارهٔ پایستگی آنچه که همه‌چیز از آن ساخته شده است داشتند. البته معلوم نیست که منظور از آن چیز انرژی یا جرم-انرژی بوده باشد (مثلاً تالس فکر می‌کرد که همه‌چیز از آب ساخته شده است).
در نیمه دوم قرن هجدهم میلادی، لاوازیه شیمیدان مشهور فرانسوی پس از یک سلسله تجربیات دریافت که مقدار جرم مادی که در فعل و انفعالات شیمیایی دخالت دارند، همواره ثابت می‌ماند و این مشخصه مواد را در قانون زیر به‌نام قانون پایستگی (بقای) جرم خلاصه نمود.
«هیچ جرمی معدوم نمی‌شود و هیچ جرمی نیز از عدم به‌وجود نمی‌آید و یا به سخن دیگر، مقدار جرم مادی که در عالم وجود دارد همواره ثابت است.»
اصل بقای انرژی در حدود ۱۸۵۰ میلادی پایه‌گذاری شد. منشأ این اصل همان‌گونه که در مکانیک به‌کار می‌رود، توسط کار گالیله و اسحاق نیوتن فهمانیده شد.
در سال ۱٦۳۸، گالیله نتایج بررسی‌هایش را دربارهٔ چندین پدیده - از جمله حرکت آونگ - منتشر کرد که (به زبان امروزی) تبدیل انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل و برعکس را نشان می‌داد. «گاتفرید ویلهم لایبنیتز»، نخستین کسی بود که در سال‌های ۱٦۷۸ تا ۱٦۸۹ (میلادی) کوشید رابطه‌ای ریاضی را برای نوعی از انرژی که به‌حرکت وابسته است (انرژی جنبشی) به‌دست آورد...
در واقع هنگامی‌که کار به‌عنوان حاصل‌ضرب نیرو و تغییر مکان تعریف می‌شود، این تعریف تقریباً به‌طور خودکار از قانون دوم حرکت نیوتن تبعیت می‌کند. چنین مفهومی تا سال ۱۸۲٦ یعنی زمانی‌که توسط ریاضی‌دان معروف فرانسوی معرفی شد، وجود نداشت. لغت نیرو (از نظر لاتین) نه تنها از نقطه نظر مفهوم آن توسط نیوتن در قوانین حرکتش توصیف شد، بلکه در کمیت‌هایی که اکنون به‌عنوان کار و انرژی سینتیک (جنبشی)و پتانسیل (نهفته) تعریف می‌شوند به‌کار می‌روند. این ابهام برای مدت زمانی توسعه هر اصل کلی را در مکانیک در ورای قوانین حرکت نیوتنی مسدود نموده بود.
اصل بقای انرژی می‌گوید: انرژی هر دستگاه معین مقدار ثابتی دارد، نمی‌توان انرژی را خلق کرد و نه آن‌را از بین برد، فقط اقسام آن می‌توانند به یکدیگر تغییر شکل دهند.
بدین ترتیب، تا سال ۱۹٠۵ میلادی، دو اصل کلی و مستقل از یکدیگر پایه دانش جدید را تشکیل می‌داد: یکی اصل بقای جرم بود و دیگری اصل بقای انرژی.
در سال ۱۹٠۵ «نظریۀ نسبیت» (Theory of Relativity) آلبرت انیشتین خدشه‌ای به دو اصل بالا وارد ساخت؛ زیرا یکی از نظریات نسبیت این است که جرم و انرژی مانند بخار آب و آب که دو شکل مختلف از یک ماده هستند، یک چیز واحد بوده و قابل تبدیل به یکدیگر می‌باشند. بنابراین مقدار جرم مادی را که در عالم وجود دارد نمی‌توان ثابت دانست، بلکه از تطبیق نظریه نسبیت با اصل بقای جرم و اصل بقای انرژی می‌توان قانون کلی‌تری نتیجه گرفت که مطابق آن: «مجموع جرم مادی و مقدار انرژی که در عالم وجود دارد، همواره ثابت است.»
به‌عقیده آلبرت انیشتین مقدار E که معرف انرژی است و از کلمه لاتین Energy اقتباس شده است، یعنی انرژی هم‌ارز با جرم m به‌وسیله رابطه زیر بیان می‌گردد E=mc2 که در آن E انرژی و m جرم و C سرعت نور در خلا می‌باشند.
بدین ترتیب، قانون بقای جرم و انرژی نشان داد که جرم نیز نوعی انرژی است. این قانون موجب شد که دو قانون مجزای بقای جرم که لاوازیه کشف کرده بود با قانون بقای انرژی درهم ادغام شوند و در فیزیک مدرن به‌عنوان قانون بقای جرم و انرژی مطرح شود. بعدها در مکانیک کوانتوم قانون بقای انرژی مورد تجدیدنظر قرار گرفت و در مدت کوتاهی که با اصل عدم قطعیت تطبیق کند، قانون بقای انرژی نقض می‌شود. اما نظریع سی. پی. اچ. گامی فراتر رفت و نشان داد نیرو دارای جرم است و قابل تبدیل به انرژی و ماده می‌باشد. پذیرش افزایش جرم نسبیتی بدون توجه به قانون بقای جرم، انرژی و نیرو، جهانی غیرقابل شناخت را در مقابل بشر خواهد داد. هم‌چنان که یکی از معضلات فیزیک ماده تاریک و انرژی تاریک است.[حسین جوادی و افسانه جوادی، فیزیک از آغاز تا امروز، ص ٣۴٧]
[↑] ...
[۱]
[٢]
[٣]
[۴]
[۵]
[٦]
[٧]
[٨]
[۹]
[۱٠]
[۱۱]
[۱٢]
[۱٣]
[۱۴]
[۱۵]
[۱٦]
[۱٧]
[۱٨]
[۱۹]
[٢٠]
[↑] يادداشت‌ها
يادداشت ۱: اين مقاله برای دانشنامهی آريانا توسط مهدیزاده کابلی برشتۀ تحرير درآمده است.
[↑] پيوست‌ها
پيوست ۱:
پيوست ٢:
پيوست ۳:
پيوست ۴:
پيوست ۵:
پيوست ۶:
[↑] پی‌نوشت‌ها
[۱]-
[٢]-
[٣]-
[۴]-
[۵]-
[٦]-
[٧]-
[٨]-
[۹]-
[۱٠]-
[۱۱]-
[۱٢]-
[۱٣]-
[۱۴]-
[۱۵]-
[۱٦]-
[۱٧]-
[۱٨]-
[۱۹]-
[٢٠]-
[↑] جُستارهای وابسته
□
□
□
[↑] سرچشمه‌ها
□
□
□
□
[↑] پيوند به بیرون
□ [۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]
