Enerji Olarak Dinlenme Kütlesi
Uzaydaki durgun kütlenin nasıl ele alınacağına küçük bir düşünce deneyi ile bakalım. Elimizde L uzunluğunda kapalı ve ışık geçirmez bir kutu olsun. Kutunun içinde; bir ucunda el feneri var, diğer ucunda ise ışığı tamamen absorbe edecek bir malzeme olsun. Şimdi fener ile bir atımlık ışığı kutunun öbür ucuna yollayalım.
Işığın Enerjisi (Maxwel'den yola çıkarak) sahip olduğu enerjiyi momentumdan buluruz. P=E/C
E= P/C
Bu momentum kutunun dibine çaptığında emilir ama aynı zamanda etki=tepki ilkesi gereği bir geri tepme ivmesi de oluşur.
Tüm sistemin kütlesine M olarak kabul edersek V hızında geri teper. Tabi ki V hızı c hızından düşüktür.
Kutu başlangıçta hareketsiz olduğu için ve dıştan bir etki altında da olmadığı için, ışığın çarpmasıyla sistem kütlesinde oluşan geri tepme momentumu, ışığın momentumu ile eşitleyebiliriz. (Momentumun korunumu gereği)
M.V=E/C
kutunun geri tepme momentumu, yayılan flaşın momentumuna eşittir (toplamları sıfır olacak şeklide "eksi").
Kutunun boyunu L olarak kabul edersek, ışığın bu mesafeyi kat etme süresi t=L/C 'dir.
Işık kutunun uzak ucuna çarpar, emilir ve her şey yeniden durur. (Kutu boyuna oranla çok az bir mesafe hareket eder.)
Kutu ne kadar hareket etti? "V" hızında "t" süresi kadar hareket etmiş ardından durmuştur.
Bu hareket mesafesini (d) = V.t olarak gösterebiliriz.
t– süre aynı zamanda kutunun boyunun/ ışık hızına oranı olduğu için L/C olarak da yazılabilir. Böylece elimize (d)=Vt=VL/C durumu geçer.
Yukarıdaki momentum denkleminin korunmasından şunu üretebiliyoruz: V=E/M.C
Bunu uygularsak, (d) (kutunun hareket ettiği miktar)= (V).(t )= ((E/M.C).(L/C))
(d)= EL / M C^2 oluyor.
Bütün işlem kutu içinde olduğundan toplamda kutu hareket etmez ve olduğu yerde kalır,
dolayısıyla kütle merkezi hareket etmiş olamaz. Bu durumda bunun tek mantıklı açıklaması ışığın enerjisinin kütle (m) olarak kutuya dahil olduğudur.
M(d)=mL şeklinde bunu dengeye oturtabiliriz.
Yeni kütle (m) değerini ise şu şekilde buluruz.
m= (M/L).(d)
m= (M/L).((EL)/(MC^2)
Sadeleştirmelerle elimizde
E=mC^2 kalır.