Кто на самом деле открыл формулу E=mc²?
Ключевые тезисы:
- Формула E=mc² отсутствует в знаменитой статье Эйнштейна 1905 года.
- Первым, кто записал формулу энергии покоя тела как E₀ = Mc² и сделал вывод о колоссальном скрытом запасе энергии в массе, был Макс Планк в 1907 году.
- Эйнштейн пришёл к выводу о том, что масса представляет собой запас энергии, лишь в конце 1907 года, и его аргументация носила иной, более формальный характер.
- Историческая цепочка открытия: Максвелл → Пуанкаре → Эйнштейн → Планк.
Хронология открытия связи массы и энергии
Джеймс Максвелл (1873)
- Показал, что электромагнитное излучение оказывает давление.
- Сделал вывод, что свет может передавать импульс телу, но не сделал прямого вывода об инерции и массе света.
Анри Пуанкаре (1900)
- Строго доказал, что энергия излучения обладает инерцией и, следовательно, массой.
- Получил соотношение: плотность массы = плотность энергии / c².
- Не сделал обратного вывода о том, что любая масса содержит огромный запас энергии.
Альберт Эйнштейн (1905-1907)
- В статье 1905 года "Зависит ли инерция тела от содержащейся в нём энергии?" формулы E=mc² нет.
- В работах 1905-1906 гг. развивал идеи Пуанкаре, но не формулировал вывод об энергии покоящейся массы.
- Только в статье 1907 года "О принципе относительности и его следствиях" приходит к выводу: "гораздо естественнее считать, что всякая инертная масса представляет собой запас энергии".
- Его аргументация была основана на формальной неразличимости массы и энергии в уравнениях, а не на утверждении о существовании скрытого энергетического резервуара.
Прорыв Макса Планка (1907)
Суть открытия Планка:
- Исследовал вопрос: почему внутренняя энергия тела (нагрев) не должна обладать инерцией, как и излучение?
- Построил динамику реальных физических тел с объёмом и внутренней структурой (в отличие от точечных частиц у Эйнштейна).
- В своей статье "К динамике движущихся систем" вывел ключевую формулу 48.
Формула Планка:M = [E₀ + pV₀] / c²
Где:
- M — масса покоящегося тела.
- E₀ — полная энергия покоя (включая тепловую и все внутренние формы).
- p — давление внутри тела.
- V₀ — объём тела.
Главный вывод Планка:
- Если давлением можно пренебречь (p → 0), формула упрощается до E₀ = Mc².
- Планк первым ясно сформулировал, что внутри каждого покоящегося тела, даже охлаждённого до абсолютного нуля, заключён колоссальный запас энергии, многократно превосходящий тепловую энергию.
- Он связал эту скрытую энергию с радиоактивностью и энергией внутри атомов.
Почему в учебниках ссылаются на Эйнштейна 1905 года?
Возможные причины:
- Цепочка цитирования: Эйнштейн в статье 1906 года ссылается на свою работу 1905 года и на Пуанкаре. По научным правилам, ссылка часто переносится на самую раннюю работу автора.
- Закрепление мифа: Последующие поколения физиков, для которых связь массы и энергии стала очевидной, невольно приписывали статье 1905 года выводы, которых в ней не было.
- Сложность статьи Планка: Работа Планка 1907 года объёмная и математически сложная, а формула в ней записана в более общем виде (с учётом давления).
Выводы:
Первооткрывателем формулы E=mc² (в её физическом смысле энергии покоя) является Макс Планк (1907).
Эйнштейн сыграл ключевую роль в развитии и популяризации теории относительности, но его главный вывод о массе как запасе энергии появился позже и был сформулирован иначе.
Исторический нарратив часто упрощается, закрепляя открытие за самой известной фигурой (Эйнштейном) и самой ранней из его релевантных статей (1905), даже если полная формулировка принадлежит другому учёному.