人類為什麼不能用能量轉化物質?質能方程到底告訴我們什麼?

2021-01-09 寒武紀科學館

有人提問:如果能量守恆定律是對的,人類為什麼不能用能量轉化物質?

對於這個問題首先要申明一點,能量守恆定律是對的,無論是在地球上還是在宇宙中,能量守恆定律是熱力學第一定律:能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉化為其他形式,或者從一個物體轉移到另一個物體,在轉化或轉移的過程中,能量的總量不變。

能量包括物體的動能、勢能、內能、電能等等,但是本質上是物質內部原子、電子等粒子做複雜運動的結果,能量不能離開物質而單獨存在。

最重要的一點是,能量和物質是不同的兩種形式,無法相互轉化,物質是物質,能量的能量。但是能量與物質有密切的關係,能量可驅使物質循環,物質是能量的載體。

很多人舉反例說植物能將光能轉化為物質,這種說法很明顯是錯誤的。光合作用的本質是植物將光能轉化成化學能儲存在有機物中,這還是涉及到能量之間的轉化,而非能量轉化為物質,只是這個過程發生在植物體內。

其次,來自太陽的光子也是一種基本粒子,是傳遞電磁相互作用的基本粒子,是一種規範玻色子,是電磁輻射的載體,所以光子也不是能量,不是所謂的光能,它只是來自太陽電磁輻射的一種運載體。

光的雙縫幹涉試驗

質能方程是愛因斯坦提出的一個簡潔而又偉大的方程,但是也並沒有說物質和能量能相互轉化。

經典力學中,質量和能量之間是相互獨立、沒有關係;在相對論力學中,能量和質量只是物體性質的兩個不同方面。

質能方程只反映質量和能量在量值上的關係,二者不能相互轉化,同時也說明物體的質量和能量是不可分割而聯繫。一方面,任何物質系統既可用質量m來標誌它的數量,也可用能量E來標誌它的數量;另一方面,一個系統的能量減少時,其質量也相應減少,另一個系統接受而增加了能量時,其質量也相應地增加。也就是說在一個封閉系統而言,質量是守恆的,能量也是守恆的。在物質反應和轉化過程中,物質的存在形式發生變化,能量的形式也發生變化,但質量並沒有轉化為能量。

在宇宙誕生時,能量伴隨物質而生,儲藏在物質中。宇宙中的能量和物質的總量是不變的,但是隨著宇宙的膨脹,單位空間所包含的能量和物質的總量卻一直在減小。類似於放個屁,隨著時間推移屁味變淡,就是因為它在空氣中擴張了,單位空間內屁的濃度降低了。

能量守恆和質量守恆兩條定律至少是我們人類可觀測的量子宇宙時空之中的公理,人類不可能逾越它們而發展。

所以人類根本無法用能量合成物質,類似能量合成物質說法的都是錯誤的,是一種誤常識性誤導。

對於這些事,你怎麼看,歡迎小夥伴們在下方評論區發表自己的觀點和看法。

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相關焦點

  • 按照質能方程E=mc^2,能量能轉化為物質麼?
    質能方程的由來 要了解這個問題,我們就要先把質能方程搞明白。或者說,我們應該搞明白的是物質、質量和能量這三者的關係。 這要從1905年說起了,這一年是愛因斯坦人生當中最高光的時刻了。在這一年,愛因斯坦接連發表了多篇開創性論文。
  • 質能方程揭示質量可轉化為巨大能量,那麼能量可以轉化為質量嗎?
    愛因斯坦的質能方程揭示了物質質量與能量的等效關係,讓讓們知道了質量中蘊含著巨大的能量。著名的質能方程表達式為:E=MC^其中E為能量,單位為焦耳(J);M為質量,單位千克(kg);C為光速,取值約300000000米/秒(m/s)。
  • 依據質能方程可以將質量轉化為能量,能否用能量生成1g的質量呢?
    我們在日常生活中經常能聽到或者親身目睹物體的質量「轉化」為能量的例子,比如木材的燃燒、通過核裂變釋放能量來發電等等,而我們每天能看到的太陽,其之所以發光發熱,也是由於內部時刻發生著核聚變反應,通過「虧損」的質量形成了源源不斷的能量。
  • 質能轉化也有限,能量開發任重道遠,1個粉筆頭夠全人類喝幾壺?
    有人說,根據質能公式,1個粉筆頭的質量轉化為能量就可以供應全球人類喝開水100年。這實在是信口開河,毫無根據。質能轉化也是有限的,不能隨意想像。現在我們就來討論一下,一個粉筆頭全部質量轉化為能量,夠世界人民喝幾壺的問題。先來了解一下質能方程是什麼?
  • 一口氣搞懂質能方程
    錯誤的認知經常看到有很多人在講述氫彈或者原子彈爆炸時這樣說:反應前後,原子核質量減少了,這部分減少的質量轉化為能量。至於你要問為什麼?他會說,根據愛因斯坦的質能方程:那這個說法對還是不對呢?我們直接給出解釋:並不對。如果非要評選一個人類史上最著名的公式,這個質能方程很有可能是第一名,實在太好記了。
  • 我們該如何理解愛因斯坦質能方程
    生命很短,害怕是沒有用的。我們冒著生命危險來到世界上,就意味著冒著生命危險離開世界。所以別人眼中的我,是別人的。我自己眼中的我,才是真正的我。我們來不及做很多事,更來不及去後悔。但我乘著來得及的時候,寫今天這篇文章。該文是關於如何理解愛氏質能方程的內容。寫這一篇文章,當然是因為它和前面的很多章節是有密切聯繫的。我希望每一個看此作品的人,都要保持懷疑態度。
  • 用愛因斯坦的質能方程計算,500克的電能等於多少千瓦時的電能?
    最近在網上看到了一個十分有趣的問題:「一斤電可以供全球用多久」?首先,電是不能用斤這樣的單位來描述的,因為電作為能量是沒有質量的,我們只能用愛因斯坦的質能方程計算,能量和物質之間的等價關係。那麼一公斤電等於多少度電呢?
  • 愛因斯坦創立了質能守恆定律,那創造物質的能量到底從哪來的?
    所謂的質能守恆定律就是質量守恆定律和能量守恆定律的統稱,主要是指在一個孤立的系統內,任何物質的質量和能量不管發生什麼反應,它們的總量是不變的,如果理解這個定律呢?其實平時我們經常會遇到體現質能守恆定律的現象,比如平時我們用一個密封瓶子裝水,然後給瓶子裡面的水加熱,當加熱到一定時間後,瓶子的水減少了5%,這5%的水並沒有消失,而是以氣態的形式附在瓶子壁上,瓶子加熱前的水質量與加熱後的水質量完全沒有改變;又比如平時我們用火燒一塊木頭,一塊厚重的木頭經過燃燒之後,只剩下一層輕薄的木灰,那麼木頭消失的質量去哪了呢?
  • 1個原子轉化為能量功率有多大,能推動電瓶車跑多遠?
    愛因斯坦的質能方程,揭示了物質質量與能量之間的比價關係,一定的質量與一定的能量是成嚴格比例關係的,不管這種物質是什麼,只要質量一樣,其蘊含的能量就是一樣的。根據愛因斯坦質能方程表達式為:E=MC^2。其中E為物質所蘊含能量,單位J(焦耳);M為物質質量,單位kg(千克);C為光速,這裡取值約300000000m/s(米/秒)。根據這個方程,我們可以計算出1kg質量完全轉化出來的能量為:E=1X(300000000)^2=90000000000000000J。但這是在物質全部轉化為能量的前提下得到的全部能量。
  • 質能方程E=mc^2中,光速c的平方有什麼物理意義?
    1905年,愛因斯坦在狹義相對論中提出了質能轉換方程,用來描述質量與能量之間的當量關係:E=mc,而質能方程也是相對論最重要的應用,主要被用來解釋核變反應中的質量虧損和計算高能物理中粒子的能量。愛因斯坦認為,物質的質量是慣性的量度,能量又是是運動的量度,所以能量與質量是相互聯繫的,不可分割的。隨著物體質量的改變,會使能量發生相應的改變,而物體能量的改變,也會使質量發生相應的改變,於是愛因斯坦提出了著名的質能方程E=mc,其中E代表著能量,m代表著質量,c代表光的速度,近似值為3×10^8m/s。
  • 人類已能按E=mC把質量轉化為能量,但能用能量生成1g質量?
    愛因斯坦愛因斯坦的質能關係式E=mc深刻揭示了物體的質量和能量之間的轉化和對應關係,不能把能量和質量簡單解釋為物質的一體兩面:從狹義的物質概念說,質量和能量聚於一體時就形成物質,光是純能量狀態時就不是物質,質量是物質的主要特徵
  • 能量與物質的本質是什麼?
    在宇宙大爆炸之前其實是沒有時間和空間的,當然更沒有物質了。那有什麼呢?只有一個點。這個點多大呢?這個點其實根本就沒有體積,因為當時還沒有三維空間。那用什麼代替這個點的存在呢?答案是能量。而且是能量最基本的形式:熱能。
  • E=mc,質能方程中為什麼會出現光速平方,而不是立方呢?
    名利歸名利,一些朋友仔細考慮這個公式後有了這樣的疑問:質能方程揭示了能量和質量的關係,那麼為什麼光速的方程式中的係數一定是光速的平方?我們知道光速是一個常數,但是為什麼我們要用平方而不是立方呢?事實上,這種懷疑沒有任何價值,甚至可以說是毫無用處的,為什麼要這樣說?
  • 物質不能憑空產生,也不會憑空消失,那宇宙的物質都是哪裡來的?
    宇宙大爆炸我們如今宇宙中的一切物質都來自於宇宙大爆炸之後的3分46秒內,著名的物理學溫伯格曾經寫過一本著名的科普書《最初三分鐘》,在這本書當中就詳細講述了在這3分鐘46秒內發生的一切。那具體是咋回事呢?質能等價我們要從愛因斯坦說起,在1905年,愛因斯坦發表了四篇開創性的論文,這四篇論文中最後一篇被稱為質能等價。
  • 網友問:愛因斯坦的質能方程,是怎麼推導出來的?
    利用洛倫茲變換,很容易推導出質能方程。質能方程是愛因斯坦,在1905年發表的論文《物體慣性時候決定其內能?》中提出來的,描述了物質的質量和能量之間的關係。利用相對論質增關係,然後結合動量定理和動能定理,就可以推導出質能方程。
  • 為什麼溫度最高能達到1.4億億億億攝氏度,最低只有-273攝氏度?
    可是隨著我們學習的不斷進步,後來我們知道了,溫度也是有理論上限的,它是普朗克溫度,約為1.4億億億億攝氏度。可能很多人被如此巨大的一個數字嚇到了,溫度的最高上限能有如此之高?於是有人產生這樣一個疑問:為什麼溫度最高能達到1.4億億億億攝氏度,而最低只有零下273.15攝氏度?
  • 反物質是什麼,人類是如何發現反物質的?
    他剛剛完成了一項偉大的工作,把量子力學領域的薛丁格方程和宇宙量級上的相對論進行了結合,提出了屬於他的狄拉克方程。薛丁格方程,是用來描述微觀粒子運動的。可是,這個方程也有一個問題,他在計算粒子速度的時候,使用的是正常世界的公式。而在微觀世界,粒子都是以接近光速的速度運動著,用宏觀世界的公式就顯得不合適了,而是要考慮到相對論的效應才可以。那麼,相對論是什麼效應呢?
  • E=mc 是否意味;即使是一個粉筆,也擁有巨大的能量?
    通過質能方程可以認為一個有質量的物質同時也擁有巨大的能量,而且能量也可以轉化為質量的。 質能方程的由來。 質能方程被譽為世界十大經典公式,主要被用來解釋核變反應中的質量虧損和計算高能物理中粒子的能量,只是一個描述性公式。 方程可以有效的解釋核反應中巨額能量和質量虧損的由來,和核裂變或者核聚變為什麼可以產生如此巨大的威力。
  • 方程E = mc 中,m 的能量從何而來?
    一百多年前,愛因斯坦首次發現了這個方程,它教會了我們很多重要的東西:可以將物質轉變為純能量,比如說核裂變、核聚變或者物質和反物質的湮滅,可以利用純能量來產生粒子(或者反粒子)。更為有趣的是,任何有質量的物體,無論怎麼冷卻它、讓它減速或者將它與其他物質相隔離,都不會丟失其固有的能量。但是這些能量是從何而來的呢?這就是我們不解的地方。
  • 一斤電等於多少能量,能供全世界使用多久?
    可以用「重量」單位來描述電能嗎? 我們都知道,電能其實是能量單位,而「斤」其實是重量單位。在日常生活中,我們一般都是用「度」來描述電,這是老百姓的用法。在物理學中,我們一般用「焦耳J」或者「瓦特W」來描述電能和電功率;用千克來描述質量。而"1斤的電能可供全世界使用多久?」