根據愛因斯坦的質能方程,1公斤杯子和1公斤白菜蘊含能量一樣嗎?

2020-12-04 艾伯史密斯

準確地說,任何1千克靜止質量的物體,100%轉化為能量都是相等的。

但是要把普通物質轉化為能量非常難,目前人類能做到的就是核聚變與核裂變,其中核聚變反應發生的質量虧損率約為0.7%;理論上能達到100%質能轉化的,只有正反物質湮滅。

愛因斯坦通過狹義相對論推導出了質能方程,質能方程描述,任何有靜止質量的物體,都蘊含著遠遠高於化學反應的能量,甚至從某種程度上說,質量和能量是統一的。

比如自由質子的質量為1.007276u,自由中子的質量為1.008665u,但是兩者結合成的氘核(2H),質量卻只有2.013553u,其中有0.002388u的質量發生了虧損,並轉化為能量。

如果一個質子和反質子相遇,那么正反質子就會發生湮滅,然後100%轉化為能量,能量載體為光子、中微子或者其他輕子。

所以,從理論上說,1公斤杯子和一公斤白菜,所包含的相對論能量是相同的,大約是:

E=mc^2=9*10^16焦耳;

相當於307萬噸標準煤釋放的能量,或者2100萬噸TNT當量。

不過普通物質發生常規物理變化或者化學變化,都是原子間的化學鍵或者分子力起作用,能量轉化非常少;要使物質發生原子核層面的變化,難度要大很多。

從本質上說,宇宙中的一切物質,在宇宙大爆炸時都是能量,隨著宇宙溫度的降低,各種粒子才得以形成,各種物質才得以出現;能量並不是蘊含在物質中,而是質量是能量的其中一個屬性,

所以在廣義相對論場方程中,不再使用質量這一物理屬性,而是使用能量和動量來描述物理規律。

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