باورغلط درباره فرمول انیشتین درکمک به بمب اتم

هفتاد و هفتمین سالگرد اولین آزمایش هسته‌ای آمریکا و جهان به نام Trinity در۱۶ جولای ۱۹۴۵ است. روزی که برای همیشه روند تاریخ را تغییر داد و آمریکا را به یک ابر قدرت تبدیل کرد و مونوپلی این سلاح را در اختیار این کشور قرار داد، اما این مونوپلی زمانی‌ زیادی نبرد تا شوروی نیز چند سال بعد در اگوست ۱۹۴۹ اولین بمب هسته‌ای خود را در قزاقستان امروزی به لطف جاسوسی‌های گسترده‌ای که انجام داده بود منفجر کند و به دومین دارنده این سلاح فوق مهیب تبدیل شود. به هر روی، امروز یکی‌ از آن روز‌های سرنوشت ساز برای آمریکایی‌ها بود و در دهه ۵۰ میلادی این کشور همچنین به سلاح بسیار مخرب تری دیگری نیز دست یافت که در نوع خود باز تحول و انقلابی‌ عظیمی‌ در جهان رقم زد! از این فرصت استفاده میشود، و به یکی‌ از باور‌های غلط در رابطه با فیزیک سلاح هسته‌ای پرداخته می‌‌شود. وقتی‌ صحبت از سلاح هسته‌ای می‌‌شود، فرمول مشهور اینشتین E=mc^2 دور از ذهن‌ها نیست و اینکه گفته می‌‌شود این فیزیکدان برجسته آلمانی با این فرمول به ساخت سلاح هسته‌ای کمک کرد، بنده در دوران تحصیل حتی به خاطر دارم که این را معلمان نیز میگفتند، اما داستان واقعا از چه قرار است؟

در برخی از متون علمی گفته می‌‌شود که انفجار هسته‌ای بر اساس فرمول انیشتین «ناشی از تبدیل ماده به انرژی» است و اینکه ضریب تبدیل غول پیکر c^2 (مجزور سرعت نور) مسئول قدرت عظیم چنین سلاحی (هسته‌ای از نوع شکافت) است. این گفته غلط و گمراه کننده است. اصلا اینشتین در ارتباط با این فرمول چه گفته است؟ فرمول اینشتین در واقع چیزی نیست جز اینکه، ماده و انرژی هم ارز هستند! ماده همان انرژی است! به عنوان مثال بر اساس این فرمول میتوان حساب کرد که یک کیلوگرم ماده در حالت سکون دارای چه مقدار انرژی است، یا به عبارت دیگر چه مقدار انرژی در آن نهفته است! این فرمول به هیچ وجه درباره تبدیل ماده به انرژی نیست! در واقع در گامی‌ فراتر، این فرمول در مورد امکان تبدیل انواع انرژی به یکدیگر از طریق واکنش های شیمیایی، هسته ای و غیره صحبت می‌کند. وقتی سوخت شیمیایی را در حضور یک اکسید کننده می سوزانید، مقدار کمی از انرژی پتانسیل شیمیایی به انرژی جنبشی تبدیل می شود. اگر اجازه دهید یک واکنش هسته ای رخ دهد، انرژی نهفته در پیوند هسته ای، که بسیار بیشتر از انرژی پتانسیل شیمیایی است، به انرژی جنبشی تبدیل می شود. به عنوان مثال، جرم یک هسته اورانیوم ۲۳۵ کمی بیشتر از مجموع جرم محصولات هسته ای در طی فرایند شکافت هسته ای است. در اینجا E=mc^2 وارد عمل می شود: این اختلاف جرم مربوط به انرژی آزاد شده در طول شکافت هسته ای به انواع انرژی، در اینجا به صورت انرژی جنبشی است. پس آیا این درست است که فرمول انیشتین قدرت بمب هسته ای را توضیح می دهد و اینکه ضریب تبدیل c^2 مسئول مقادیر عظیم انرژی آزاد شده است؟ به هیچ وجه! برای واکنش‌های شیمیایی، تفاوت‌های جرمی کوچکی نیز وجود دارد. برای مثال: وقتی هیدروژن و اکسیژن به صورت انفجاری با هم واکنش نشان می‌‌دهند و آب می سازند، مجموع جرم های اتم های هیدروژن و اکسیژن اولیه کمی کمتر از مجموع جرم های باقی مانده مولکول های آب حاصل شده می‌باشد. اختلاف جرم، ضرب در c^2، انرژی آزاد شده در طول واکنش شیمیایی را به دست می دهد. همان فرمول، همان ضریب تبدیل! با این حال واکنش‌های شیمیایی بسیار کمتر از انفجارهای هسته‌ای قدرتمند هستند. این به وضوح نشان می دهد که تفاوت بین واکنش های هسته ای و شیمیایی باید به دلیل چیزی غیر از E=mc^2 باشد!

همان طور که میدانید هسته‌ها تشکیل شده از پروتون و نوترون هستند و این ذرات توسط نیروی قوی به یکدیگر پیوند بسیار قوی خورده ا‌ند. فقط با این نیروها و انرژی های پیوندی که به خوبی درک شده بودند، فیزیکدانان توانستند قوانین پشت شکافت و همجوشی هسته ای را کشف کنند: قدرت پیوند هسته ای به تعداد نوترون ها و پروتون های درگیر بستگی دارد. انرژی نهفته در این پیوند ها پس از شکافت هسته‌ای به محصولات به وجود آمده به صورت انرژی جنبشی و تا حدودی بسیار کم به صورت پرتو گاما پخش می‌‌شود و این در قالب یک زنجیره تصاعدی هسته‌ای در نهایت مسئول ایجاد انرژی عظیمی‌ است که قابل سنجش است! بدین روی پروسه‌های شیمیایی انرژی کمتری تولید میکنند، زیرا که پیوند‌های الکترونی‌ آنها از انرژی کمتری برخوردار هستند. در هر دو پروسه (شیمیایی و هسته ای) میتوان از فرمول اینشتین با ضریب c^2 استفاده کرد، که در نهایت مقدار انرژی آزاد شده به دلیل اختلاف جرم هسته آغازین و هسته ای‌ها تولید شده را به شما می‌‌دهد، اما این تبدیل ماده به انرژی در کل نیست و این ضریب به هیچ عنوان مسئول و دلیل انرژی عظیم آزاد شده در یک انفجار هسته‌ای نیست زیرا که در هر دو پروسه شیمیایی و هسته‌ای از این ضریب استفاده می‌‌شود!

بدین روی، فرمول اینشتین E=mc^2، فرمولی برای تبدیل ماده به انرژی و آزاد سازی مقادیر عظیمی‌ از انرژی نیست، بلکه این فرمول به شما تغییر انواع انرژی از پتاسیل به جنبشی را می‌‌دهد که در هر دو پروسه شیمیایی و هسته‌ای قابل مشاهده هستند، اما خود این انرژی عظیم به دست آمده در یک انفجار هسته‌ای حاصل از شکافت پیوند‌های نیروی قوی در هسته‌ در قالب یک زنجیره تصاعدی هسته ای است!