E=mc^2質量可以轉化成能量,但能否用能量生成質量呢?

2021-01-15 網易

  愛因斯坦要聽到這話,估計會從棺材中跳出來。

  

  很多人對愛因斯坦的E=mc^2存在誤解,愛因斯坦並沒有說過質量轉化為能量或者能量轉化為質量。這個方程叫做質能等價方程,質量不是真正的實體,它只是能量的另外一種形態,我們測量物體的質量其實都是早測量能量,你也可以理解為能量和質量是一枚硬幣的兩面,本質都是硬幣。

  下面我先通過公式和理論兩部分來解釋一下:

  1905年是愛因斯坦年,他發表了多篇曠世奇文,並且獲得了諾貝爾獎。從那時起,物理學家們跳出原來以牛頓為首的經典物理框架,開始了一番新天地。質能等價方程也是在那年年底誕生的,同時還有著名的《狹義相對論》,不過《狹義相對論》較早一點,而質能等價可以說是《狹義相對論》的延續。

  

  愛因斯坦基於光速不變原理和相對性原理,兩條公理推導出了《狹義相對論》的全部,其中質增效應描繪質量也是相對的與速度相關。

  

  從質增公式中,可以得到v≠0和v<光速c,所以靜態質量不為0的物體無法達到光速。當物體運動速度越快,其動質量越大。

  

  在牛頓經典物理中,牛頓認為質量是一個固有的量,不會因為運動狀態改變,而發生改變,動能的增加ΔE,只取決於速度的變化,其公式為:

  

  然而通過《狹義相對論》中的質增效應可以推導出愛因斯坦的動能公式ΔE為:(即動質量減去初始質量再乘以光速的平方)

  愛因斯坦從中發現了一個超級大秘密,首先在光速恆定這條公理下:物體的動能與牛頓的「絕對時間」觀下的動能不相同,第二,物體能量的增加竟然是因為質量的增加!那麼質量是什麼,不言而喻。光整公式不說理論,就是純屬耍XX,不是我性格。

  

  下面我從物體質量是怎麼來的說說:

  在牛頓力學中質量具有慣性,表現為物體對其運動狀態變化的一種阻抗程度,似乎有一種能量在阻止物體改變運動狀態。通過質能公式,我們可以得到系統中包含的靜能量將表現為質量。

  

  它們不存在轉化,就像你叫小紅,你的小名小寶貝,我無論叫小紅還是小寶貝都是在叫你。能量只能從一種能量形式轉換為另一種能量形式,所有形式的能量都表現出這種行為,所以我們有了質量幻覺。

  量子力學

  從量子力學看,組成物質的最小單位為原子、分子,而原子的質量包含了電子和電子核,其中電子質量可以忽略不計,原子核中的質量來源於中子、質子,它們又由3夸克子組成,簡單來說夸克的質量是從希格斯場獲得的。

  

  上帝粒子,質量之源希格斯玻色子也叫質量之源,上帝粒子,物質的質量來源於夸克在希格斯玻色子形成的場中運動。

  

  

  當夸克通過希格斯玻色子形成的場,產生了相互作用,從而具備了勢能,這與電子在電子場中擁有的勢能沒有什麼區別,所以我們可以說物質之所以有質量是因為組成它的基本粒子互相作用,使其具備了一定的勢能。由此可見質量就是能,也就是能量。

  

  該質量等於存在的總能量除以真空中光速的平方,所以您賦予任何物體更多的能量,它看起來就越重。任何具有能量的系統,當嘗試以某種力加速時,都會表現為質量為E /(C ^ 2)。

  舉例子

  用一句不太準確的話來說,每次你在燒水,實際上就是在增加它的質量,雖然它太小了,以至於你察覺不到。

  同理:太陽輻射曾經是太陽具有的能量的一部分,它經歷了千山萬水來到了地球,傳遞給地球的萬物,這是太陽失去質量的一部分,用來提高地球的質量。

  

  如果你理解了這兩例子,應該就可以理解質能等價的概念。你可以發現這些過程中並非轉化。

  關於E=mc^2,平常只是代表相對靜止的物體具有的能量,我們也叫靜質量。

  當我們給水加熱,其獲得能量為ΔE =Δmc^ 2,Δm為增加的質量即(m-m0),所以我們說給水加熱會使其增加質量,Δ表示變化,因此Δm是初始產物和獲得或者失去能量之後的質量差。

  1g物質

  由此我們可以說要得到1g質量,就需要得到(1g)c^2的能量,其中c是真空中的光速(3.0 * 10 ^ 8 m/s),其結果為0.001(kg)*9*10^16m/s=9*10^13焦耳。

  

  我們通過原子彈或者炸藥釋放出的能量來計算出1g質量所需要的炸藥數量。

  

  如果物質和原子彈完全處於封閉的空間內,能量沒有發生外溢,並且物體完全接收了原子彈給予的能量,那麼物體接收的能量就是炸藥失去的質量,並且爆炸之前和爆炸之後這個封閉空間質量恆定不變,也可以說能量恆定不變,即能量守恆。

  總結:使物體增加1g質量的辦法就是使炸藥釋放出1g質量。

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