افزایش سرعت و کاهش دما
همان‌طور که می‌دانیم برای‌آنکه دمای m کیلوگرم از جسمی با گرمای ویژه
C را به‌اندازه ΔӨ تغییر دهیم، Q ژول انرژی گرمایی لازم است. از تعریف
گرمای ویژه داریم:
به‌عبارت‌دیگر:
که
دراین‌رابطه Q (انرژی) بر حسب ژول، m (جرم) بر حسب کیلوگرم، C (گرمای
ویژه) بر حسب ژول بر کیلوگرم بر درجه سلسیوس و ΔӨ (تغییر دما) بر حسب
درجه سلسیوس است. اینک برای محاسبه انرژی پتانسیل حرارتی جسم، از رابطه
زیر استفاده می‌کنیم:
که
در رابطه فوق UQ انرژی پتانسیل
حرارتی بر حسب ژول، m (جرم) بر حسب کیلوگرم، C (گرمای ویژه) بر حسب ژول
بر کیلوگرم بر درجه سلسیوس و Ө دما بر حسب درجه کلوین است. به طور مثال
یک کیلوگرم فولاد با گرمای ویژه ۵۰۰ ژول بر کیلوگرم بر درجه سلسیوس و
حرارت ۳۷ درجه سلسیوس (۳۷+۲۷۳=۳۱۰ درجه کلوین):
۱۵۵
کیلوژول انرژی حرارتی ذخیره شده در خود دارد که اگر از آن گرفته شود،
دمای آن صفر مطلق خواهد شد. همان‌طور که می‌دانیم با افزایش سرعت، بر
جرم جسم نیز افزوده می‌شود و این میزان افزایش جرم از رابطه زیر محاسبه
می‌شود:
m
جرم جسم در حال حرکت، m۰ جرم جسم در حال سکون، v سرعت حرکت جسم و c
سرعت نور است. اینک با جایگزینی جرم در حال حرکت در رابطه قبلی، معادله
جدید زیر جهت برسی میزان حرارت جسم در حال حرکت به دست می‌آید:
Ө در
این معادله دمای جسم در حال حرکت است که این رابطه بیانگر این موضوع
است که اگر فرض کنیم جسم در حال حرکت با محیط پیرامون خود تبادل گرمایی
نداشته باشد (انرژی پتانسیل حرارتی آن ثابت بماند)، با نزدیک‌شدن سرعت
جسم به‌سرعت نور، دمای آن نیز به صفر مطلق نزدیک می‌شود برای اینکه:
اینک
می‌بایست معادله‌ای طرح کنیم که رابطه مابین حرارت جسم در حال سکون و
حرارت همان جسم در حال حرکت با سرعت معلوم را نشان دهد. برای این کار
معادل فیزیکی UQ مربوط به جسم در حال
سکون را در معادله فوق قرار می‌دهیم:
Ө۰
حرارت جسم در حال سکون است که در نهایت به رابطه ساده‌ای می‌رسیم که
مشابه روابط لورنتس - جرالد برای کوتاه‌شدن طول و کندشدن زمان به نسبت
افزایش سرعت است. اینک نمودار جسمی با حرارت ۳۷ درجه سلسیوس یا ۳۱۰
درجه کلوین، زمانی که به‌سرعت نور نزدیک می‌شود را رسم می‌کنیم:
نتیجه‌گیری بسیار مهمی است که قبلاً در
مباحث
پدیده داپلر یا دوپلر
برای امواج الكترومغناطيسی و روابط جدید كوانتومی نسبيتی
و
جرم صفر و ایجاد شرایط بی وزنی ،
تسلیحات گرانشی / راهكاری جدید برای اثبات اصل هم ارزی جرم و
انرژی / ارایه رابطه هم ارزی جرم و انرژی مستقل از سرعت
امواج نور و گرانشی
به آن رسیده بودیم. پس چنین به نظر می‌رسد باتوجه‌به اینکه با
نزدیک‌شدن به‌سرعت نور، دمای جسم نیز به صفر مطلق میل می‌کند، این خود
باعث برقراری یک تعادل حرارتی شده که مسلماً از بروز انفجار به علت
افزایش جرم و چگالی ممانعت خواهد کرد. باتوجه‌به مطالب مطرح شده در
مبحث افزایش سرعت و افزایش توان رآکتور شتاب‌دهنده فضاپیما امیدواریم
در آینده نزدیک بشر بتواند به‌سرعت نور دسترسی داشته و در کیهان مسافرت
کند.
محمدرضا طباطبايي 28/2/88
http://www.ki2100.com
