Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - Häfte 11 ½. 23 mars 1939 - Relativitet, massa och energi i samband med den nya kärnfysiken, av O. Klein
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Teknisk Tidskrift
Bägge dessa formler visa att m0 = E0/c2 spelar
rollen av kroppens massa i vanlig Newtonsk mening.
Dessa uttryck ha nämligen samma form som
uttrycken (8) och (11) för en partikels rörelsemängd och
rörelseenergi och gå liksom dessa för små u över i de
klassiska uttrycken.
I det föregående ha vi för enkelhets skull hållit oss
till rörelser i en enda dimension. Men alla väsentliga
slutsatser gälla liksom vid den elektriska partikeln
lika väl för rörelse i tre dimensioner. Enligt
relativitetsteorien gäller sålunda allmänt, att varje ändring
av energiinnehållet hos en kro-pp medför en
motsvarande massändring, som erhålles genom att dividera
energiändringen med kvadraten på ljusets hastighet.
Resultatet av de omtalade överläggningarna är, att
satsen om massans oförstörbarhet går upp i satsen
om energiens oförstörbarhet. Det är också riktigare
att säga, att den förstnämnda satsen gäller, än att den
icke gäller i den nya relativitetsfysiken, ty en
massförlust på grund av energiutstrålning är enligt
relativitetsteorien icke något principiellt skilt från en
massförlust genom utstrålning av materiella partiklar.
Sålunda måste man även tillskriva ljuset en mot dess
energi proportionell massa, något som i själva verket
blott är ett annat sätt att uttrycka Maxwells sats om
strålningstrycket. Enligt denna sats utövar ljus, som
i vakuum infaller vinkelrätt mot en platta, vari det
absorberas fullständigt, ett tryck mot plattan, som är
lika med den per tids- och ytenhet instrålade energien
dividerad med ljusets hastighet. Lika stor är enligt
definitionen på ett tryck plattans
rörelsemängdsök-ning per tids- och ytenhet. Detta betyder att ljus av
given fortplantningsriktning har en rörelsemängd av
denna riktning, vars storlek för ljus inom en given
volym är lika med energien dividerad med
ljushastigheten. Enligt den relativistiska massdefinitionen
följer därur — då ju ljusets hastighet just är c — i
överensstämmelse med Einsteins allmänna sats, att
strålningens massa är lika med motsvarande energi
dividerad med kvadraten på ljushastigheten.
Slutligen skall nämnas att alla dessa betraktelser
över den tröga massan och dess förhållande till
energien enligt Einsteins allmänna relativitetsteori även
gälla för den tunga massan. Om en gasbehållare
uppvärmes, så att gasens molekyler få större
rörelseenergi, ökas sålunda icke blott den tröga massan,
utan behållaren skulle, om den vägdes på en
tillräckligt fin våg, även visa en större vikt än i kallt
tillstånd.
Vi komma nu till de experimentella bevisen för
Einsteins relation och dennas betydelse för fysiken.
Först och främst ser man då lätt att den energi, som
frigöres vid kemiska reaktioner icke för till en med
våra nuvarande vågar påvisbar massförlust. Vid
förbränning av ett ton kol skulle t. e. massförlusten
utgöra mindre än ett milligram.
Under senare år har man emellertid lärt känna ett
slags omvandlingar av materien, där energibelopp av
helt annan storleksordning omsättas än vid de
kemiska reaktionerna, nämligen atomkärnornas
reaktioner, "den nyare alkemien", som Rutherford,
områdets främste utforskare, har kallat dem. Medan
endast atomens yttre, elektronhöljet, deltar i de
vanliga kemiska reaktionerna och i de förvandlingar, som
äro ljusstrålningens (inklusive de infraröda, ultra
violetta och röntgenstrålarnas) upphov, är det ato-
mens allra innersta, atomkärnan, som reagerar vid de
radioaktiva processerna och de på konstgjord väg
åstadkomna "alkemiska" elementförvandlingarna. Här
ha vi åter ett exempel på en modifierad naturlag utan
att den ursprungliga naturlagen var "oriktig". Det
är sålunda sant att grundämnena äro oförstörbara vid
sådana processer, som endast beröra elektronhöljet,
de enda, som kunna åstadkommas och påvisas vid
kemisternas vanliga arbetssätt. Ett ingrepp i
atomkärnan. däremot, betyder som regel en
elementförvandling; men för att åstadkomma ett sådant ingrepp
behöver man projektiler, som antingen ha många
gånger större energi än de kemiska
reaktionsenergierna beräknade per atom — i allmänhet rör det sig
om millioner, t. e. vid a-partiklarna från de naturliga
radioaktiva ämnena — eller partiklar (s. k.
neutroner), som tack vare bristen på laddning kunna komma
atomkärnorna tätt in på livet utan att ha stor energi.
Men dessa kunna i sin tur blott framställas genom de
nämnda energirika projektilerna.
Inom atomfysiken brukar man som energienhet
använda en elektronvolt (eV), som till storleksordningen
motsvarar energiomsättningen per atom vid en
vanlig kemjsk reaktion. En elektronvolt betyder den
energi, som en elektron förvärvar, när den
accelereras av ett potentielsprång på en voit. I kärnfysiken
är den vanliga energienheten en million elektronvolt
(1 Me V), som förhåller sig på motsvarande sätt till
energiomsättningarna vid kärnreaktionerna. Radiums
a-partiklar ha t. e. en rörelseenergi på nära 5 MeV.
Den massändring, som man enligt Einsteins relation
kan vänta vid en kärnprocess, framgår därav att
massan av en atom, vars atomvikt utgör en enhet i det
vanliga atomviktssystemet (syre = 16), motsvarar en
energi på 931 MeV. Eftersom radiums atomvikt är
226, representerar a-partikelns rörelseenergi
bråkdelen 2,3 • 10—5 av radiumatomens massa. Vid
förvandling av 10 gram radium skulle alltså en
massförlust på ungefär ett fjärdedels milligram inträda, en
med lätthet vägbar storhet. Denna direkta metod att
pröva Einsteins relation låter sig emellertid inte
utföra, åtminstone inte ännu emedan radiums
omvandling sker så långsamt att hälften först har förvandlats
efter omkring 1 600 år. Man känner visserligen andra
radioaktiva ämnen, som förvandlas mycket fortare,
men hittills ha de blott kunnat framställas i alltför
små mängder. Har man sålunda inte kunnat pröva
Einsteins relation mellan energi och massa genom
direkt vägning på en vanlig våg, har man i stället fått
mycket övertygande bevis för densamma tack vare
de känsliga och sinnrika metoder, som ha utarbetats
under senare år för bestämning av atomers massa,
eller rättare förhållandet mellan laddning och massa
hos en elektriskt laddad atom. Huvudmetoden för
detta ändamål är den av Aston och andra utarbetade
masspektroskopien, som beror på att strålar av
elektriskt laddade atomer avböjas i ett kombinerat
elektriskt och magnetiskt fält. vilket är så inrättat, att
partiklar med ett givet förhållande mellan laddning
och massa samlas på ett bestämt ställe oberoende av
hastigheten och där ge upphov till ett märke på en
fotografisk film. Denna metod ger icke »blott
noggrannare massvärden än de kemiska
atomviktsbe-stämningarna, utan den skiljer samtidigt mellan de
olika isotoperna — grundämnen med olika atomkärnor
av samma kärnladdning och så gott som identiska
141
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
