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?

2020-11-14 科學信仰


無論是質量守恆,還是能量守恆,都是人類科學發展過程中認知局限的產物,現在我們知道了,無論是質量,還是能量,都無法實現單獨守恆,只有二者相結合才能實現真正的守恆,這就是質能守恆。

只要你上過初中化學課,那麼就一定做過化學式的配平,而配平化學式的過程會使得我們產生一種誤會,誤會質量是守恆的。而在實際的化學實驗過程中,化學反應前與反應後的物質質量似乎的確是相同的,這是為什麼呢?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。


可見,無論是核反應,還是化學反應,質量都不是守恆的,虧損的質量會以能量的形式表現出來,當我們把質量和能量放在一起來看待的時候,就真正實現了守恆,這就是質能守恆。

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。


任何一個小物體都擁有無比巨大的能量嗎?

要解答這個問題,我們還要先弄懂什麼是質量。質量可以分為兩個部分,靜止質量和運動質量,靜止質量就是一個物體在靜止狀態下所擁有的質量,物體的靜止質量代表了物體內部物質總量的多少,是不會因任何外在的影響而發生改變的。

而物體的運動質量就不同了,運動質量又可以稱之為慣性質量,當一個物體開始運動的時候,它便具備了慣性質量,隨著運動速度的增加,慣性質量也會隨之增加,當物體的運動速度達到光速的時候,慣性質量也就增大到了無窮。雖然慣性質量與引力質量是等效的,但並不是說慣性質量就完全等同於引力質量。


慣性質量的本質實際上就是物體運動所產生的動能,隨著運動速度的加快,物體的動能增加,因質量是能量的表現形式,所以當我們以質量的方式將增加的動能表現出來之後就成為了我們所說的慣性質量,但慣性質量的增加絕不代表物質質量的真實增加,因為一個物體內部的物質總量的多少是不變的,不會受到運動速度的影響。

從中我們也可以看出質能方程所描述的是質量與能量之間的對應關係,而質能守恆明確地告訴了我們質量與能量是一個整體,而並非兩個相互轉化的獨立個體。因此說一個小物體就擁有無比巨大的能量,這種表述本身就是存在問題的。從理論上來講,一個小物體的確代表著巨大的能量,但這並沒有什麼現實的意義,因為沒有任何可能將一個物體完全轉化為可利用的能量。


如果單從理論上來講,將一個物體完全轉化為能量是可行的,那就是藉助於反物質。

當一個物質與它對應的反物質相遇的時候,就會發生湮滅,湮滅的過程會將物質的質量完全轉化為純能量,在這種情況下,只需要湮滅一把椅子就能夠滿足全人類的能源需求。

但問題在於反物質從何而來呢?先不說我們是否能夠製造出足量的反物質,即使能夠製造出來,也並沒有現實意義。反物質不會憑空產生,要製造反物質就需要與之相對應的能量,消耗了這些能量製造出反物質,然後再用反物質湮滅物質來獲得能量,這樣做有什麼意義呢?如果我們真的有了與要製造的反物質相對應量能量,直接利用就好了。所以說,任何一個小物體都代表了巨量的能量,但我們並不能真的把它變成能量。

相關焦點

  • E=mc 是否意味;即使是一個粉筆,也擁有巨大的能量?
    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。
  • 速度達到某個數值,任何極小質量的物質都會擁有恐怖的能量嗎?
    日常生活當中我們或許是使用力量來描述一件事物的強大性,而力量是和質量、體積、密度等相關因素有關係。同體積的物質中如果密度大,那麼它的質量就高,人們的意識當中它會擁有更強大的力量。而在科學的範圍之內,是這樣的嗎?在宇宙的範圍內看來,力量並不是最強大的,最強大的應該是速度。
  • E=mc^2質量可以轉化成能量,但能否用能量生成質量呢?
    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。    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
  • E=mc^2質量可以轉化成能量,但能否用能量生成質量呢?愛因斯坦:幫我打開棺材,我看誰又在誤讀我的質能方程!
    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。
  • 一克鈾235裂變,會損失多少質量,又會產生多少能量?
    E=mc∧2,這是質能方程,根據這個公式,我們可以一目了然地看出即使是十分微小的質量,如果轉化為能量,也是十分巨大的。在質能方程中,能量等於質量乘以光速的平方,而光速約為每秒30萬千米,顯然,光速的平方是一個天文數字。質量本質上是能量的一種表現形式,而在很長一段時間以來,人們一直認為質量是守恆的。質量守恆在化學式配平上得到了很好的呈現,人們也一直認為化學反應前後的物質質量是不變的。
  • 愛因斯坦的質能方程E=mc^2,能量怎麼會與光速產生關係?
    不過這個公式就是這樣,簡單的幾個字符為我們道明了宇宙中質量和能量之間的關係,它們其實是同一事物的不同表現形式,不過有很多朋友不明白的是,為何質量物體中所包含多少能量會和光速這個宇宙常量有關係,而且為啥就是光速的平方呢?而不是立方?或其他?簡單的說,質能方程之所以是我們現在看到的樣子,其實是因為動量和能量守恆的結果。下面我們就具體分析下。
  • 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?
    而一個物體所具有的總能量等於靜止質量中所包含的能量加上其動能。這裡需要強調的一件事是,我們經常會聽說一個質量物體的運動速度越快,其質量就越大,如果物體的運動速度無限接近光速,那麼其質量會變的無窮大。這個說法其實就是相對論裡的質速關係,而這個質量的增加其實就是物體動能的增加所變現出來的物質總能量的增加,而不是真的質量會增加。
  • 問:如何通過E=mc^2將能量轉換為1g質量?為何愛因斯坦無言以對?
    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。
  • 愛因斯坦的質能方程E=mc^2中,能量怎會同光速產生關係?
    不過這個公式就是這樣,簡單的幾個字符為我們道明了宇宙中質量和能量之間的關係,它們其實是同一事物的不同表現形式,不過有很多朋友不明白的是,為何質量物體中所包含多少能量會和光速這個宇宙常量有關係,而且為啥就是光速的平方呢?而不是立方?或其他?簡單的說,質能方程之所以是我們現在看到的樣子,其實是因為動量和能量守恆的結果。下面我們就具體分析下。
  • 光子跑得那麼快,想慢都慢不下來,它的能量從何而來?
    ,而要推動這樣的物體就需要無窮大的能量,宇宙間沒有無窮大的能量,所以也不可能推進物體達到光速,這是質能方程所告訴我們的。 而從質速關係方程中,我們又可以得知另外一個事實,那就是沒有靜止質量的物體,會始終以恆定的光速運行。因為如果一個物體不具有靜止質量,那麼只要它的速度不是光速,那麼它的動質量就會為零,這也就意味著它的能量為零。
  • 物質可以轉化為能量,為啥能量很難轉化為物質?
    我們都知道愛因斯坦在提出狹義相對論後,就有一個著名的公式:E=m*C*C,也就是能量等於質量乘以光速的平方。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。
  • 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首先,質能方程相信很多人都見過吧,這並不是一個陌生的詞彙,如果沒見過也不要緊,因為你馬上就可以見到了,這是一個極其重要的公式(質能方程是製造原子彈的最基本公式)。質能方程表述如下:E=MC。其中,E是能量,單位是焦耳(J)。M是質量,單位是千克(Kg)。
  • 光的速度那麼快,還攜帶著巨大的能量,人體被擊穿為什麼沒感覺?
    所以我們現在普遍認為,光速是宇宙中最快的速度,至少到目前為止是我們所知道的最快的速度。所以在科學界,光速或光年經常被用來衡量一個物體的速度或者距離,出現的頻率極高。但是你知道嗎,如果能達到光速,甚至只是接近光速,都可以帶來非常巨大的破壞力,由此可見,光帶來的影響可能比我們想像的還大,也許是大的多得多。
  • 一個質量點可以摧毀一顆恆星?當物體以光速運動,威力有多大?
    那麼如果假設一個有質量的物體達到了光速,那又會怎麼樣呢?那麼這個物體將會具有無與倫比的威力。在《三體》之中,一個小小的質量點之所以能夠摧毀一整個恆星系,奧秘就在於這個質量點是以光速運動的。為什麼有質量的物體在以光速運動的時候會產生如此巨大的威力呢?要解答這個問題,我們先要明白為什麼在現實世界中,有質量的物體無法達到光速。
  • 一個質量點可以摧毀一顆恆星?當物體以光速運動,威力有多大?
    可以將其簡單理解為一個最小的質量單位,它比一粒塵埃、一個分子、一個原子都更加微小。在我們的常識之中,一粒塵埃是無法帶來任何破壞性的,無論我們怎樣去操作這一粒塵埃,它幾乎都無法對任何事物造成任何物理損傷。我們的常識並沒有出錯,因為我們是生活在一個宏觀低速環境之中的,在這裡,一切運動都極為緩慢,不論是汽車、飛機,還是運載火箭,它們都太慢了。那麼什麼樣的速度才叫快呢?
  • 為什麼光速恆定無法超越?或許這就是一個宇宙牢籠
    始之前,我想先介紹一下,小編是一個科幻迷,喜歡思考宇宙和人生,越玄奧越喜歡看,小編也喜歡結交有這類興趣的朋友。說了這麼多,首先聲明我不是來介紹電影的,這是神奇分割線,下面才是正題。電影帶給我們的有很多啟示,但是如果深入思考一下,就會發出疑問,我們人類是不是生活在一個巨大的攝影棚裡呢?而光速就是防止我們離開的牢籠?
  • 他如何知道原子核裡有著巨大能量?
    愛因斯坦於1905年在提交給《物理學年鑑》的一篇題為《一個物體的慣量是否取決於它所含的能量?》[1]的論文中提出了這個方程,讓物質的質量和能量相關聯。 這無疑刷新了我們對世界的認識,但是現在提到這個方程,很多人會聯想到原子彈,在廣島和長崎引爆的那兩顆也已經讓我們見識到原子彈的威力。
  • 他如何知道原子核裡有著巨大能量?
    愛因斯坦於1905年在提交給《物理學年鑑》的一篇題為《一個物體的慣量是否取決於它所含的能量?》[1]的論文中提出了這個方程,讓物質的質量和能量相關聯。(E)等於它的總質量(m)乘以光速(c)的平方。因為在愛因斯坦帶來的新世界裡,質量成為了衡量一個物體總能量的一種方式,即使它沒有被加熱、移動或輻射或其他任何處理,質量就是能量的一種超濃縮形式。而且,這些東西可以從一種形式轉換到另一種形式,然後再轉換回來。
  • 運動的物體質量增加,從而使得物體無法達到光速?
    下面給出質量增加公式:其中m0是本徵質量(不了解本徵概念,建議看看往期的內容),m就是物體運動後地面人看物體的質量,v是物體相對於地面運動速度。大家可以看出當物體運動速度v越大,整個根號下面的值就會越小,而分母越小,算出來的m值就會越大。當v=0,可以算出m=m0:即速度為0,質量不變。當v=c,可以算出m=正無窮大,也就是速度為光速,質量會變得無窮大。
  • 運動的物體質量增加,從而使得物體無法達到光速?
    比如一根鋼管地面上靜止,你去測量發現質量是:1kg。當這根鋼管以1/2c速度遠離你時,你會發現,這根鋼管質量變成100kg了,這就是質量變大效應。但是當你把鋼管又靜止於地面,你會發現鋼管又變回1kg了,這就是效應消失,因為你選擇了與原來相同的參考系。