Это уравнение называется соотношением эквивалентности массы и энергии. Его можно написать, как E=m. Это тоже было бы правильным (в самом общем смысле). И именно так чаще всего используется это уравнение.
Теперь вопрос по единицам. Энергия измеряется в джоулях, а масса в килограммах. Простая эквивалентность не учитывает единицы измерения. Когда используется эта форма (например, в физике элементарных частиц), единицы считаются эквивалентными. Там, например, массы даны в единицах энергии.
Что ж, если массы действительно крошечные, то количество килограммов становится числом, которое трудно соотнести, например, 10^-16 кг. В таких случаях проще использовать единицу энергии, наиболее распространенной из которых является электрон-вольт. Например, масса бозона Хиггса составляет примерно 130 ГэВ.
Однако мы хотим сопоставить разные системы. В частности, джоули и килограммы. Для этого нам понадобится дополнительный фактор.
Этот фактор должен иметь единицы измерения скорости. И мы не можем просто использовать любую скорость, например, скорость муравья, бегущего к своему муравейнику. Мы ищем константу. И мы ее находим.
Но какая связь между энергией и скоростью света?
Дело в том, что энергия в пространстве распространяется со скоростью света.
Но почему в квадрате, а не в кубе или в пятой степени?
Дело в том, что E =mс^2 говорит о том, что наблюдается постоянная пропорция между энергией и массой. По-видимому, эта постоянная пропорция эквивалентна скорости света, умноженной на скорость света. Скорость света является постоянной величиной, независимо от задействованной массы, или замедления времени, или любой другой странной вещи, о которой говорил Эйнштейн. Исходя из того, что универсальной константой является только скорость света. Следовательно, это действительно подходящее число для использования.
И потом, скорость света в квадрате – это безумно большое число, показывающее, как много энергии содержится даже в крошечном количестве материи.
Теперь самое интересное.
Применимо ли E=mc^2 к темной энергии и темной материи?
Скорее – да, чем – нет. Масса есть масса, энергия есть энергия.
Что вызывает сомнение, так это пугающее название – темная материя и темная энергия. Но если разобраться, эти две сущности являются ключевой частью космологической модели Большого взрыва, основанной на уравнении общей теории относительности. Поэтому для темной материи это уравнение подходит на 100%.
А вот для темной энергии это менее ясно, поскольку мы не знаем, является ли темная энергия энергией. У нас нет четкого представления о том, что это на самом деле такое. Но если это все-таки форма энергии, то да, E=mc^2 работать будет. По крайней мере должна работать.
