質量和能量可以相互轉化?不對,質量和能量根本就是一回事

2020-12-03 科學信仰

時間和空間是兩個看似毫不相關的概念,但事實上卻是一個不可分割的整體。

從理論上來講,時間和空間的存在都依賴於物質,時間的本質是量子態,也就是物質的運動和變化,而空間則是物質變化的結構呈現,所以二者的本質都是物質,自然也就不可分割。

在狹義相對論所描述的鐘慢效應和尺縮效應中,時間與空間的聯繫被再一次證實。高速運動的物體時間流逝速度會變慢,而長度會縮短,可見運動對於時間和空間具有同步的影響。像時間和空間這樣看似並不相關,實際上卻是一體的還有質量和能量。

質量和能量放在一起被稱為質能,而說到質能,我們就會想到質能方程,而提到質能方程,我們很容易就會想到提出質能方程的愛因斯坦。

很多人誤會了愛因斯坦,也誤會了質能方程,他們認為質能方程說明了質量和能量可以相互轉化,而事實上這種說法是錯誤的,質量和能量無法相互轉化,因為二者根本就是一個整體,又何來轉化呢?在質能方程中,這一點體現得極為明確,質量等價於能量。正是因為質量守恆、能量守恆,所以才有了質能守恆。為了便於理解,我們還是可以從物質運動的角度去思考這個問題。

我們知道,任何運動中的物體都是具有動能的,而動能的大小和物體運動的速度呈現正比關係。

另一方面,從相對論可知,任何具有質量的物體在運動的過程中會產生一個慣性質量,運動速度越快,慣性質量就越大。這是一件有意思的事情,一個物體運動越快,動能就越大,也就是說它的能量就越大,同時質量也就越大。

而事實上這個物體的質量和能量是一回事。我們可以這樣說,質量和能量實際上是對於同一事物的兩種測量方式。我們誤會質量和能量是兩個概念,甚至誤會質量和能量可以相互轉化,這與現實中的一些現象是息息相關的。

炸彈爆炸最容易導致我們對質量和能量的概念產生誤會,因為在爆炸過後,原本爆炸物的質量確實是減少了。

面對這種現象我們很自然地就會聯想到質量轉化為了能量。但實際上不是這樣的,我們可以進行這樣一個實驗,就是將爆炸物放在一個完全密封的容器中引爆,沒有任何物質可以從這個容器中洩露而出。

引爆後再次測量容器的重量,就會發現其重量是不變的。這說明能量和質量之間是等價關係,並不是轉化關係,每單位的能量都對應著相應的質量,所以能量減少,質量必然降低,質量降低,能量必然減少。

質量為什麼會等價於能量?或者說兩者為什麼是統一的呢?

我們可以從高能物理中找到較易理解的答案。在高能物理中,物質的質量主要來源於束縛夸克的強相互作用輸出的能量。通俗一點來說,就是物質運動的能量就是物質質量的本質。

而且物質運動的能量並非物質的全部質量,因為通過計算會發現物質的質量要比物質運動的能量多上那麼一點點,而那一點點則來源於非實物的場,具體一點來說就是粒子和希格斯場之間的相互作用。總結一下,物質的質量等於物質運動的能量加上非實物的場,兩者是同一事物的兩種不同表現,或者說兩種計量方式,總之,能量就是質量。

相關焦點

  • 質能方程描述質量和能量是等價的,那麼能量可以轉化為物質嗎?
    狹義上理解,能量和物質是分開的,兩者可以相互轉化,比如兩個高能光子相碰,就有可能產生正負電子對;廣義上理解,能量和物質則是統一的。在核聚變與核裂變中,質量發生虧損,然後釋放巨大的能量,這也是氫彈與原子彈的爆炸原理,理論上說相反過程的反應也是可以進行的,但是難度非常大。愛因斯坦的狹義相對論描述到,質量和能量可以相互轉化,也就是大名鼎鼎的質能方程,微小的質量可以轉化為巨大的能量,比如在廣島原子彈中,質量虧損還不到1克。
  • 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。
  • 哪些是質量轉化為能量的過程?質量和能量是等價的嗎?
    從愛因斯坦的質能方程(E=mc^2)來看,質量和能量在本質上是等價的。核聚變反應(比如氫彈和恆星)、核裂變反應(原子彈和核電站)、放射性衰變以及正反物質的湮滅反應,這些過程都是質量轉化為能量的過程。既然質能等效,並且質量能夠轉化為能量,反過來,能量也是能夠轉化為質量。在很多高能粒子加速器(比如大型強子對撞機)中,就是利用能量來產生新粒子,以驗證理論預言。
  • 質量可以轉化成能量嗎?3
    前文提到愛因斯坦質能方程,我認為不能理解為質量和能量的相互轉化,而應該這樣理解:有質量的物體一定有與之對應的能量,有能量的物體也一定有與之對應的質量,質量與能量間的數量關係遵守愛因斯坦質能方程,而非相互轉化。
  • 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?
    但即便如此,人類掌握的質量轉化為能量技術也遠遠勝過了能量轉化為質量技術,可以認為,目前的人類還沒有掌握把能量轉化為質量的開門鑰匙。目前的認知是,能量轉化為質量技術要求更高,需要比質能轉化高出很多的消耗。理論上900萬億焦耳的能量可以製造出1克物質。
  • 物質可以轉化為能量,為啥能量很難轉化為物質?
    同時愛因斯坦又告訴我們物質和能量其實是同一個事物的兩個方面,也就是說質量和能量其實就是一回事,就好像一個硬幣的正面和反面,這也說明物質和能量其實是可以相互轉化的,不過物質轉能量比較簡單,比如原子彈爆炸。但是能量要轉化為物質就難的多了,為啥逆過程就很困難呢?今天我來談談這個問題。
  • 質量可以轉化成能量嗎?2
    關於前面提到的質量和能量的問題,我認為質量守恆和能量守恆是我們這個世界運行的普遍規律,放之四海而皆準。的確,在原子核反應中出現了質量虧損,同時放出了巨大的能量,相反的過程也會出現,但不能理解為質量轉化成能量,或能量轉化為質量。
  • E=mc^2質量可以轉化成能量,但能否用能量生成質量呢?
    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。
  • 質量可以轉化為能量嗎?
    有一個同學說,在鈾核的裂變的原子核反應的過程中,發生了質量虧損,因此放出了巨大的能量,根據愛因斯坦的質能方程是質量轉化成能量了,那麼質量守恆和能量守恆就不存在了,有些讀物或媒體、電視節目也有此類說法,你怎麼看這個問題呢?有興趣的話,可以留言討論。
  • 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?
    而從廣義的物質概念說,能量是物質的最基本屬性,一個物體可以沒有質量,但不能沒有能量。從以上可以看出,不管是從狹義還是廣義上理解,能量是物質最本質的東西,可以說沒有能量就沒有物質,能量是客觀實在性的最原始存在體現。我們的一切一切,宇宙的一切一切都是從能量開始,都是從宇宙奇點的大爆炸開始,超高能量通過奇點膨脹而出,創造出了我們這個能夠感受到能量存在的宇宙。
  • 愛因斯坦:E=mc^2,能量確實可以轉化為質量,科學家已觀測到
    在愛因斯坦的質能公式提出之前,當時的科學界普遍都認為質量就是質量,能量就是能量,它們是相互獨立涇渭分明的不能混為一談的兩種東西。但是愛因斯坦的質能公式卻打破了這一點,根據E=mc^2,我們知道能量和質量本質上是一樣的,它們是同一概念的不同屬性,有著明確的數量關係。
  • 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?
    在此基礎上,愛因斯坦運用動能定理和動量定理,可以進一步推導出物體所具有的能量與本身的質量之間的關係,其表達式為:E=m*c^2-m0*c^2,人們通常將其簡化為E=m*c^2,這就是著名的質能方程。質能方程的含義根據簡化後的質能方程,人們很容易聯想到既然這個等式存在,那麼有多少質量就可以轉化為多少能量,有多少能量也可以轉化為多少質量,其實這麼理解是不準確的。
  • 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?
    事實上化學反應前與反應後的質量並不是沒有變化的,只不過變化極其微小,小到根本無法察覺,而這還是在核技術發展起來之後,人類才意識到的,因為在核反應的過程中,大量的能量被釋放了出現,這使得質量的損失變得可以察覺,因此科學家們也就聯想到在化學反應過程中,實際上也是存在著質量損失的。
  • 愛因斯坦:「質量就是能量,時間就是空間」 如何看待這句話?
    正文前言:要談質量與能量的關係,就離不開質能方程,從「質能方程」這四個字的表面上也可以看出這是一個有關質量與能量的方程C是真空中光速(m/s),c=299792458m/s重點:能量=質量*光速的平方其中光速是永恆不變的(根據狹義相對論)。從中自然可以看出質量與能量之間僅僅相差一個常數。
  • 核武器把質量轉化為能量,我們能反其道而行把能量轉為質量嗎?
    世界上最著名的公式非愛因斯坦的質能方程莫屬,它是從狹義相對論得出的關於質能和能量之間的關係。就算是沒學過物理的人,也知道原子彈的巨大威力,而原子彈的理論基礎就是該公式。質量和能量是事物的兩個方面,當核武器發生核反應時,不管是聚變反應還是裂變反應,它都將失去質量轉變為巨大的能量輸出。
  • 核武器把質量轉化為能量,我們能反其道而行把能量轉為質量嗎?
    世界上最著名的公式非愛因斯坦的質能方程莫屬,它是從狹義相對論得出的關於質能和能量之間的關係。就算是沒學過物理的人,也知道原子彈的巨大威力,而原子彈的理論基礎就是該公式。質量和能量是事物的兩個方面,當核武器發生核反應時,不管是聚變反應還是裂變反應,它都將失去質量轉變為巨大的能量輸出。
  • 物質轉化能量很難,但能量轉化物質卻很簡單,人人都能做到
    而愛因斯坦最廣為人知的,大概就是他提出的質能方程式了,E=mc,簡單而又神奇,它為我們的科技提供無限的可能,由於地球傳統能源的枯竭,我們的目光總是聚集在物質轉化為能量上面。到今天,我們研究出了很多物質轉化為能量的方法,在這裡強調一下,煤和石油等等物質的燃燒不是物質轉化為能量,物質轉化為能量的方法可以分為三大類。
  • 愛因斯坦是正確的,能量確實可以轉成質量,科學家已經觀測到實例
    長久以來,人們都認為能量就是能量,質量就是質量,這兩者涇渭分明,不可混淆。但在100多年前,著名的物理學家愛因斯坦卻使人們改變了這一看法,愛因斯坦指出,能量和質量其實是物質的不同屬性,它們是可以互相轉化的,並且有著非常確定的當量關係,可以通過一個簡潔的質能方程式來描述。
  • 為什麼物質轉化能量容易,而能量轉化物質卻非常難?
    大家已經非常習慣了,認為物質轉化能量不是很正常的一件事嗎,但是很多人卻沒有想過這樣一個問題:根據愛因斯坦的質能方程,物質和能量是可以相互轉化的,也就是物質可以轉化為能量,同樣能量也可以轉化物質。如果能量也可以轉化物質,我們就可以用能量造出煤炭,木頭,黃金,鑽石等物質,可以說只要是物體,都可以通過能量來轉化。
  • 磁場電場質量能量可以互相轉換,宇宙還有什麼轉換定律未被發現?
    1905年他發表了關於狹義相對論的幾篇論文,其中有一篇推出了著名的質能關係式E=mC,關係式不但指出了物體質量m和物體具有的全部能量E之間的數量關係(其中C為光速),而且還闡明了質量和能量是可以互相轉化的。質量和能量是物質的兩種不同的屬性,它們大多時候是共存的,有時能量可以單獨存在,而質量不能單獨存在。