يقول البعض أن سبب عدم قدرتك على السفر أسرع من الضوء هو أن كتلتك ستزداد مع اقتراب سرعتك من سرعة الضوء - لذا ، بغض النظر عن مقدار الطاقة التي يمكن أن يولدها محركك النجمي ، فإنك تصل إلى نقطة لا يمكن فيها زيادة كمية الطاقة تسريع المركبة الفضائية لأن كتلتها تقترب بلا حدود.
خط التفكير هذا في أفضل الأحوال هو وصف غير مكتمل لما يحدث حقًا وليس طريقة فعالة بشكل خاص لتوضيح سبب عدم قدرتك على التحرك بشكل أسرع من الضوء (حتى لو كنت لا تستطيع فعلًا). ومع ذلك ، تقدم القصة فكرة مفيدة عن سبب تكافؤ الكتلة مع الطاقة ، وفقًا للعلاقة e = mc2.
أولاً ، إليك سبب عدم اكتمال القصة. على الرغم من أن شخصًا ما على الأرض قد يرى زيادة في كتلة المركبة الفضائية أثناء تحركك بالقرب من سرعة الضوء - لن يلاحظ الطيار تغير كتلتك على الإطلاق. داخل مركبتك الفضائية ، ستظل قادرًا على تسلق السلالم ، القفز على الحبل - وإذا كان لديك مجموعة من موازين الحمام على طول الرحلة ، فستظل تزن نفس الوزن تمامًا كما فعلت على الأرض (بافتراض أن سفينتك مجهزة بـ أحدث تقنيات الجاذبية الاصطناعية التي تحاكي الظروف على سطح الأرض).
التغيير الذي يراه مراقب الأرض هو عادل النسبية كتلة. إذا ضربت الفرامل وعادت إلى سرعة أكثر تقليدية ، ستختفي كل الكتلة النسبية وسيشاهد مراقب الأرض أنك تحتفظ بنفس الشيء لائق (أو الراحة) الكتلة التي كانت لديك من قبل المركبة الفضائية قبل مغادرة الأرض.
سيكون مراقب الأرض أكثر صحة للنظر في وضعك من حيث طاقة الزخم ، وهو نتاج كتلتك وسرعتك. لذا عندما تضخ المزيد من الطاقة إلى نظام محرك النجوم الخاص بك ، يرى شخص ما على الأرض حقًا زيادة الزخم - ولكنه يفسر ذلك على أنه زيادة كتلة ، حيث لا يبدو أن سرعتك تزداد كثيرًا على الإطلاق بمجرد ارتفاعها بنسبة 99٪ تقريبًا سرعة الضوء. ثم عندما تتباطأ مرة أخرى ، على الرغم من أنك قد يبدو أنك تفقد الكتلة ، فأنت بالفعل تفرغ الطاقة - ربما عن طريق تحويل طاقتك الحركية إلى حرارة (بافتراض أن المركبة الفضائية الخاصة بك مجهزة بأحدث تكنولوجيا الكبح النسبية).
من منظور الراصد الأرضي ، يمكنك القول بأن مكاسب الكتلة النسبية التي لوحظت عند السفر بالقرب من سرعة الضوء هي مجموع كتلة / طاقة بقية المركبة الفضائية بالإضافة إلى الطاقة الحركية لحركتها - وكلها مقسومة على c2. من ذلك يمكنك (التجول في بعض الرياضيات المعقدة بشكل معتدل) أن تستمد ذلك e = mc2. هذه نتيجة مفيدة ، ولكن لا علاقة لها بالسبب وراء عدم تجاوز سرعة المركبة الفضائية سرعة الضوء.
تتبع ظاهرة الكتلة النسبية علاقة تقارب مماثلة ، على الرغم من عكسها ، بسرعتك. لذلك عندما تقترب من سرعة الضوء ، يقترب وقتك النسبي من الصفر (الساعات بطيئة) ، والأبعاد المكانية النسبية تقترب من الصفر (أطوال الانكماش) - لكن كتلتك النسبية تنمو إلى ما لا نهاية.
ولكن كما سبق أن غطينا ، على متن المركبة الفضائية ، فإنك لا تكتسب كتلة اكتساب المركبة الفضائية (ولا يبدو أنها تتقلص ، ولا تتباطأ ساعاتها). لذا يجب عليك تفسير الزيادة في طاقة الزخم على أنها زيادة حقيقية في السرعة - على الأقل فيما يتعلق بفهم جديد قمت بتطويره حول السرعة.
بالنسبة لك ، الطيار ، عندما تقترب من سرعة الضوء وتستمر في ضخ المزيد من الطاقة في نظام القيادة ، ما تجده هو أنك تواصل الوصول إلى وجهتك بشكل أسرع - ليس كثيرًا لأنك يتحرك أسرع، ولكن نظرًا لأن الوقت الذي قدرته ستحتاج إلى عبور المسافة من النقطة A إلى النقطة B تصبح أقل بكثير ، في الواقع تصبح المسافة بين النقطة A إلى النقطة B أقل بكثير. لذلك لا تكسر سرعة الضوء أبدًا لأن معلمات المسافة للسرعة تستمر في التغير بطريقة تضمن أنك لا تستطيع ذلك.
على أي حال ، ربما يكون النظر في الكتلة النسبية أفضل طريقة لاشتقاق العلاقة e = mc2 لأن الكتلة النسبية هي نتيجة مباشرة للطاقة الحركية للحركة. لا تسقط العلاقة بسهولة من اعتبار (قل) انفجار نووي - لأن الكثير من طاقة الانفجار تنبع من إطلاق طاقة الربط التي تحمل ذرة ثقيلة معًا. إن الانفجار النووي يتعلق بتحويل الطاقة أكثر مما يتعلق بالمادة التي تتحول إلى طاقة ، على الرغم من أنه على مستوى النظام لا يزال يمثل كتلة حقيقية لتحويل الطاقة.
وبالمثل ، قد تفكر في أن فنجان القهوة الخاص بك يكون أكثر ضخامة عندما يكون ساخناً - ويصبح أقل كتلة بشكل ملحوظ عندما يبرد. المادة ، من حيث البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ... والقهوة ، يتم الحفاظ عليها إلى حد كبير طوال هذه العملية. ولكن ، لفترة من الوقت ، تزيد الطاقة الحرارية بالفعل من كتلة النظام - على الرغم من أنها كتلة m = e / c2، إنها كتلة صغيرة جدًا.
