E=mc 是否意味;即使是一個粉筆,也擁有巨大的能量?

2020-12-06 騰訊網

在愛因斯坦的狹義相對論中，描述了質量和能量是等價的，這也就是大名鼎鼎的質能方程，表述為物質的能量（E）等於物質的質量（m）和光速平方（c2）的乘積，即E=mc^2。

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。那麼根據質能方程，是否可以認為，一個粉筆頭所具有的能量都可以燒開夠地球人100年喝的開水呢？

單單來看質能方程E=mc^2，1克的物質所對應的能量 =0.001 * (3*10^8)^2 = 9*10^13 J，那麼1度電對應的能量 = 3.6*10^6 J。

所以1克的物質所對應的電量為 (9*10^13)/(3.6*10^6) = 2.5*10^7度電，這樣一看一根粉筆對應的能量好像還是那麼回事，但這其實是誤解了質能方程。

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。

在1905年，愛因斯坦深入研究了物體慣性和它自身能量的關係之後，提出了質能方程E=mc^2，而質能方程的推導基礎則需要狹義相對論中的速度疊加原理和質增原理，然後通過數學算法從而推導出了質能方程——物體的能量等於質量乘以光速的平方，即E=mc^2。

質量和能量放在一起被稱為質能，質能方程應該怎麼理解呢？

很多人都認為質能方程是說質量和能量可以相互轉化，但事實上這種說法是錯誤的，質量和能量不是相互轉換的關係。

在愛因斯坦的質能方程中，要闡述的核心思想其實並不是質能轉換，而是質量是能量的另一種變現方式，當然能量也是質量的另一種表現方式，二者是一個整體。

舉個例子來理解一下，物理學中任何運動著中的物體都具有動能，並且動能的大小與物體運動的速度呈正比關係。

而在相對論中，任何具有質量的物體在運動的過程中會有一個慣性質量，物體的運動速度越快，慣性質量也就越大，將物理學與相對論結合一下就會發現一個物體運動越快，動能就越大。

也可以說物體的能量越大，質量也就越大。在這裡我們就可以很好的理解物體的質量和能量是一回事，這不過是對同一個物體的兩種測量方式而已。

質能方程 E=mc^2中，「m」 中的能量來自哪裡？

先來理解一下質能方程E=mc^2中的每個項，其中E是 代表能量，表示所研究的粒子（或一組粒子）包含的總能量；m 肯定是代表質量，表示粒子的總靜止質量。

其中「靜止質量」是指靜止且沒有任何已知力與任何其他粒子發生作用時粒子的質量；c 是光速的平方，在這個方程中代表的只是一個轉換因子，告訴我們如何將質量（千克）轉換為能量（焦耳）。

而我們可以從核反應中獲取大量能量的直接原因就在於方程E=mc^2，比如將一千克的質量轉換為能量，由於 c ＝（299,792,458 m / s） ，那麼經過計算我們會獲得相當於 2150 萬噸TNT（烈性炸藥）的能量。

E=mc^2還意味著有一種能量形式，會隨著這個粒子的存在而存在，其他的能量都能夠損失，而這個隨粒子存在而存在的能量不可能損失。

打個比方說，運動中的粒子具有動能，如果快速移動的大型物體與另一個物體發生相撞，無論碰撞是怎麼發生的，碰撞都會為其賦予能量和動量。

而這種形式的能量存在於粒子的靜止質量能之外，是粒子運動固有的一種能量形式，但這是一種可以去除的能量形式，不過粒子的靜止質量而擁有的能量（由 E =mc 定義的部分）是不會去除的。

總而言之，我們是可以借用手段消除任何系統除靜止質量能量以外的所有形式的能量，例如勢能，化學能等，而粒子們唯一擁有的能量就是靜止質量能量——E=mc^2。

愛因斯坦的質能方程對於微觀物理的研究有著相當大的作用以及十分深遠的意義。

質量和能量。

一、靜止的物體會有其固有的能量

能量的形式有很多種，包括機械能、化學能、電能以及動能，但這是物體運動的固有能量，但即使是靜止的普通物體也具有固有能量，並且這是一個非常巨大的能量，並且這種能量等價於E=mc^2的質量。

二、質量也是可以轉化成純能量

質能方程E=mc^2中，每一千克的質量可以轉化為9×10^16焦耳的能量，這相當於2100萬噸的TNT爆炸所釋放出的能量。

在放射性衰變、核聚變或核裂變，到裂變式原子彈，再到太陽的核聚變，以及物質和反物質的湮滅，都遵循質能方程。

三、能量可以產生質量

如果用足夠高的能量把一個光子和電子碰撞在一起，結果會得到一個光子、一個電子、還有一對新的物質——反物質粒子，也就是說當碰撞的能量足夠高時。

會產生出新的粒子，比如大型強子對撞機等粒子加速器可以通過從純能量中製造出新的粒子。而我們宇宙中的一切物質也是從「奇點」大爆炸中的能量創造出來的嗎？

總結。

質量和能量其實是一回事，本質上是一樣的，可以說是一個物體的兩個面，只不過是同一概念的不同屬性，在質量裡面是有能量的，而在能量裡面也存在著質量，有著明確的數量關係。

而「只要一個粉筆頭，就有能燒開夠地球人100年喝的開水的能量」這種說法並不現實，原因就在於目前還無法做到損失質量來釋放能量。

相關焦點

  • 方程E = mc 中,m 的能量從何而來?
    隨著大型強子對撞機的出現，我們現在可以將夸克和電子的最小尺寸限制為10 ^ -19米，但我們仍不知道是否有更小的結構以及他們的形狀是怎樣的，是否為有限小或者是由其他粒子組合而成的。（費米實驗室）我們要做的第一件事是理解方程E =mc，這意味著分別討論其方程的每個項。
  • 根據E=mc^2,是不是一個粉筆頭釋放能量,就足夠人類使用100年?
    「根據狹義相對論，質量和能量是同一事物的不同表現形式，對於普通人來說，這是一個比較陌生的概念。」——愛因斯坦理論上沒錯，而且在理論中也可以將一枚粉筆完全轉化為純能量。不過現實中卻很難辦到。具體原因我們下面詳細分析。愛因斯坦的狹義相對論告訴我們，宇宙的本質其實就是能量，而我們所看到的任何物質結構所具有的質量屬性，其實只是能量的不同表現形式而已。
  • 按照質能方程，一根粉筆釋放的能量，能夠蒸發全部海洋嗎？
    1905年愛因斯坦在他的《論動體的電動力學》發表後沒多久，就接著發表了一篇簡短的論文，討論物體慣性和能量的關係，而這篇簡短的論文提出了後來大名鼎鼎的質能方程——E=mc²由於真空光速大約為每秒30萬公裡，也就是3*10的八次方米每秒，因此在質能方程中，一點微小的質量與光速平方的乘積都是一個可觀甚至龐大的數值，因此我們常說愛因斯坦的質能方程告訴我們，微小的質量也包含著龐大的能量。一個非常恰當的例子就是人類研製的核武器，比如原子彈、氫彈，巨大的威力正是質能方程的體現。
  • E=mc^2是否意味著一克質量,就相當於原子彈的能量?
    愛因斯坦提出的質能方程，闡釋了我們宇宙中質能和能量是統一的，由於光速數值很大，所以很小質量的物體，其中蘊含的能量也是巨大的，但是要把靜止質量轉化為可供利用的能量是非常困難的
  • 質量乘以光速的平方，這就是能量，一個小物體就擁有巨大的能量？
    愛因斯坦的狹義相對論告訴我們，宇宙的本質實際上就是能量，而質量只不過是能量的一種表現形式而已。而質量與能量之間的關係可以用著名的質能方程來進行表示，也就是E=mc∧2。在這個公式中，E就是能量，m是物體的質量，c代表光速，也就是說一個物體所蘊含的能量就等於這個物體質量乘以光速的平方。這可是一個了不得的公式，而其所代表的意義就更是了不得，因為光速是每秒299792458千米，而光速的平方無疑是一個天文數字，也就是說無論一個物體的質量多麼微小，其所蘊含的能量都是極其巨大的。
  • 根據愛因斯坦的E=mc, 是不是所有物質其實都具有巨大的能量?
    愛因斯坦的E=mc^2告訴我們，質量為m千克的任何物質，內部都隱藏著mc^2焦耳的能量。這些巨大的能量和物質的結構有關。主要以物質中粒子和粒子之間的勢能(核能)形式存在。這些巨大能量的釋放並不那麼容易。像我們的太陽這樣的恆星內部，當前存在著大量的原子、原子核、質子和中子。這些粒子在巨大的壓力下相互碰撞，釋放出巨大的光能和熱能，源源不斷地輻射到宇宙空間。
  • 方程 E = mc² 中,m 的能量從何而來?
    只需使自己加速，達到與正在觀看的粒子相同的精確速度（幅度和方向）移動，就可降低該粒子的總能量，最後降低到其最小值。但是，即使除去其所有動能，其靜止質量能（由 E =mc² 定義的部分）也將保持不變。回到宇宙早期，在大爆炸後不到1秒，統一電磁力和弱核力的電弱對稱性被恢復，表現為一個單一的力。當宇宙膨脹和充分冷卻時，這種對稱性就被打破了，這對標準模型的粒子所帶來的影響是巨大的。
  • 如果愛因斯坦是正確的,並且E =mc,那麼質量從何處獲取能量?
    暢遊科學海洋，共尋宇宙之妙，大家好，我是南城~今天我們來聊一聊一個經典的物理學公式——E =mc。在我們用來描述宇宙的所有方程式中，也許最著名的方程式E = mc也是最深刻的。它是愛因斯坦於100多年前首次發現的，它教會了我們許多重要的事情。我們可以將質量轉化為純能量，例如通過核裂變，核聚變或物質反物質湮滅來完成。
  • 方程E=mc²中,m 的能量從何而來?
    我的問題是，在方程 E = mc² 中，「m」 中的能量來自哪裡？讓我們從最小的尺度開始探索它的來源。混合物和基本粒子的大小，在已知粒子中可能存在更小的粒子。隨著大型強子對撞機的出現，我們現在可以將夸克和電子的最小尺寸限制為10 ^ -19米，但我們仍不知道是否有更小的結構以及他們的形狀是怎樣的，是否為有限小或者是由其他粒子組合而成的。
  • 都知道E =mc^2,但是質量將從哪裡獲取能量呢?
    我們用來描述宇宙的所有方程中，最著名的一個就是：E = mc^2，也是最深刻的。它是100多年前由愛因斯坦首次發現的，它教會了我們許多重要的事實。我們可以把質量轉化為純粹的能量，比如通過核裂變、核聚變或物質反物質湮滅。我們可以從純粹的能量中創造出粒子(和反粒子)。也許最有趣的是，它告訴我們，任何有質量的物體，無論我們如何冷卻它，使它慢下來，或使它與其他物體隔離，它總會有一定數量的固有能量。
  • 可以按照E=mc^2將質量轉化成能量,但能否反過來用能量生成1g質量?
    人類已經能夠按照E=mc^2將質量轉化成能量，但能否反過來用能量生成1g質量呢？愛因斯坦提出來的質能公式，可以說是最偉大的物理公式之一，直接揭示了能量和質量的內在關係。而質能公式的提出，也給核變反應提供了強大的理論支持。
  • 是否存在一個宇宙適用E=mc而非E=mc?那裡需要怎樣的環境和條件
    這是正確的能量單位—因此E=MC在尺寸上是正確的。好的-那麼讓我們來看看如果在你的宇宙裡，又發生了什麼？直截了當地說，我們有一個問題，因為MC的單位是千克米/秒立方米，所以如果E=MC，那麼能量在你們宇宙中的定義不是焦耳，而是其他單位。
  • E=mc^2質量可以轉化成能量,但能否用能量生成質量呢?
    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。　　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：
  • 質能方程E=mc^2的推導過程是怎樣的?
    愛因斯坦把上式中的m0c^2稱為物體的靜止能量E0，mc^2則為物體的運動能量E，所以物體的動能就等於物體的運動能量和靜止能量之差。由於E=mc^2把質量和能量通過光速聯繫在一起，所以我們就將其稱作質能方程。
  • E=MC^2參與著我們日常生活中的質能轉換
    （一個質子和一個反質子的質量，乘以光速的平方。）這就是E = mc^2告訴我們：質量只是能量的一種形式，只要你把質量轉換成另一種形式的能量，質量很容易被創造或毀滅。但愛因斯坦最著名的方程式還有一個更常見甚至更平凡的應用：所有的核反應和化學反應。
  • 一個原子完全轉換成能量,能讓一輛電動車跑多遠?答案超出認知!
    電池儲存的也是能量，那麼將一顆原子徹底轉換成能量，能讓一輛電動車跑多遠呢？電動車裝上核電池是否有可能呢？ 將原子轉換成能量，質能方程寫得很簡單：e=mc ，即可將質量完全轉換成能量，但這個方式連理論上都不成立，只是一個數學遊戲，因此必須從現實的角度出發，來考慮下一顆原子要如何轉換成能量！
  • E=mc² 與相對論
    這看起來可能有點混亂,可實際上你可以畫一個三邊長為E、mc平方和pc的平方的直角三角形,然後用勾股定理,也就是a的平方等於b的平方加c的平方來記憶這個方程,另外這樣也容易看出，如果物體不在移動,即如果它沒有動量—p等於0，我們就得到了原始的E=mc².
  • 愛因斯坦怎樣知道E=mc^2?和光速怎麼扯上關係的?
    根據狹義相對論，質量和能量都是同一事物的不同表現形式，對於普通人來說，這是一個有點陌生的概念。——愛因斯坦 有一些科學概念已經如此深刻地改變了我們的世界，我們每個人都知道它是什麼，也能完整的表述出來，但很少有人知道為什麼是那樣。例如：愛因斯坦提出的E=mc^2。
  • 愛因斯坦是怎樣知道E = mc ^ 2?和光速怎麼扯上關係的?
    根據狹義相對論，質量和能量都是同一事物的不同表現形式，對於普通人來說，這是一個有點陌生的概念。——愛因斯坦有一些科學概念已經如此深刻地改變了我們的世界，我們每個人都知道它是什麼，也能完整的表述出來，但很少有人知道為什麼是那樣。例如：愛因斯坦提出的E=mc^2。
  • 愛因斯坦的質能方程E=mc^2,能量怎麼會與光速產生關係?
    我們先說E=mc^2中的m換句話說，質量就是能量的一種表現形式，就算一個物體沒有了內能，沒有了動能，它也會攜帶靜止能量，這個能量會對宇宙時空產生影響，造成空間彎曲，並且彎曲的空間會對另外一個具有能量物體的運動方式發生改變，這就是我們所說的萬有引力。