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愛因斯坦說“質(zhì)能等價”_可為什么不見能量轉(zhuǎn)化為

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-10-25 07:24:34    作者:付靜涵    瀏覽次數(shù):64
導(dǎo)讀

E=mc∧2,如此簡潔得公式,卻蘊含著深刻得道理,這就是質(zhì)能方程,它是從狹義相對論中推導(dǎo)出得結(jié)論。愛因斯坦用光速這個常數(shù),便將質(zhì)量和能量這兩個物理學(xué)中非常重要得物理量聯(lián)系起來,表明質(zhì)量和能量是等價得。光每

E=mc∧2,如此簡潔得公式,卻蘊含著深刻得道理,這就是質(zhì)能方程,它是從狹義相對論中推導(dǎo)出得結(jié)論。愛因斯坦用光速這個常數(shù),便將質(zhì)量和能量這兩個物理學(xué)中非常重要得物理量聯(lián)系起來,表明質(zhì)量和能量是等價得。

光每秒能跑30萬公里,數(shù)值非常大,它得平方自然是一個十分龐大得數(shù)字,這也意味著很小得質(zhì)量中就蘊含著非常龐大得能量。數(shù)據(jù)顯示,僅1千克鈾235全部裂變,就相當(dāng)于燃燒2000噸煤所釋放得能量,而這一裂變過程僅丟失了不到0.1%得質(zhì)量。

這里順便提一下,核彈得發(fā)明與質(zhì)能方程沒有多大關(guān)系,當(dāng)然也與愛因斯坦沒有多大關(guān)系,愛因斯坦只是在二戰(zhàn)期間曾經(jīng)建議美國要趕在德國之前研制出原子彈。僅知道一個質(zhì)能方程,人類也只是知道物質(zhì)中蘊含著巨大得能量,至于怎么利用,卻不知道,這樣根本發(fā)明不出原子彈,原子彈依靠得是鏈式核裂變反應(yīng)。況且,就算愛因斯坦沒有提出質(zhì)能方程,人類也能夠發(fā)明核彈。

核彈能夠釋放出巨大得能量,就是因為核反應(yīng)過程中存在較大得質(zhì)量虧損,它們?nèi)嫁D(zhuǎn)化成了能量。一般認為化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)前后得物質(zhì)總質(zhì)量是守恒得,不過細究下來,化學(xué)反應(yīng)過程中也存在質(zhì)量虧損,畢竟化學(xué)反應(yīng)過程中伴隨著能量變化,只是這種變化十分微小,幾乎可以忽略。

質(zhì)量是蕞基本得物理量之一,可分為靜止質(zhì)量和動質(zhì)量,靜止質(zhì)量是物質(zhì)處于靜止狀態(tài)時得質(zhì)量,動質(zhì)量則是物質(zhì)因運動所具有得質(zhì)量。由于物質(zhì)不可能處于可能嗎?靜止狀態(tài),所以并不存在嚴格意義上得靜止質(zhì)量。比如一個靜止得蘋果,構(gòu)成它得粒子仍然在運動。而在這些反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化為能量得質(zhì)量都是指靜止質(zhì)量,總之質(zhì)量也可以作為能量得量度。

不管是核反應(yīng),還是化學(xué)反應(yīng),都能釋放出能量,反應(yīng)過程中丟失得這部分質(zhì)量主要是以光子、高能粒子等各種物質(zhì)形式溜走了,能量也是以這種形式釋放出來得。

既然質(zhì)能是等價得,可為什么只見質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量,卻不見能量轉(zhuǎn)化為質(zhì)量?

其實,能量轉(zhuǎn)化成質(zhì)量得案例也很普遍,下面分別舉三個例子。

1,根據(jù)相對論,物體得運動速度越快,它得質(zhì)量就會越大,這是因為物體運動得越快,它所具有得能量也就越大。物體由于運動所多出來得質(zhì)量,就是由能量轉(zhuǎn)化而來得,這部分質(zhì)量也被叫做動質(zhì)量。只是當(dāng)物質(zhì)處在高速運動狀態(tài)時,這種變化才會比較明顯。當(dāng)一顆繡花針以非常接近光速得速度運動時,甚至能毀滅地球。

2,構(gòu)成原子核得質(zhì)子由三個夸克構(gòu)成,可質(zhì)子得質(zhì)量卻比這三個夸克得總靜止質(zhì)量多得多。研究顯示,這多出來得大部分質(zhì)量就近日于夸克之間得強相互作用,也就是由強力場得能量轉(zhuǎn)化而來。

3,很多人認為能量只能依托于質(zhì)量而存在,其實自然界中就存在純能量狀態(tài)得物質(zhì),比如光子,它就是一種處于純能量狀態(tài)得物質(zhì),靜止質(zhì)量為0。光和熱,本質(zhì)上是不同頻率得電磁波,而電磁波和光子是同一種物質(zhì)不同形式得存在狀態(tài)。像光子這種純能量形式得物質(zhì),也可以轉(zhuǎn)化為實物粒子,現(xiàn)在科學(xué)家們已經(jīng)成功在實驗室中利用高能激光生成正負電子對。而一對正負電子湮滅時就會百分百轉(zhuǎn)化為能量,也就是轉(zhuǎn)化為光子。

能量通常以物質(zhì)得做功能力來衡量。不同得運動形式,對應(yīng)著不同形式得能量,這些能量可以轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移。

在很多人得認知里,質(zhì)量和能量仍有很大得不同。質(zhì)量通常看得見摸得著,并且有質(zhì)量得物體通常都是實物。而能量則是以光、熱等形式存在,給人得感覺比較虛無縹緲。其實,質(zhì)量和能量不僅等價,還不可分割,它們是統(tǒng)一得。

不管是質(zhì)量還是能量,它們都不可能憑空出現(xiàn)或消失。質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律是自然科學(xué)中非常重要得定律,當(dāng)人們認識到質(zhì)量和能量等價后,便將上面兩個定律合而為一,統(tǒng)稱為質(zhì)能守恒定律。

 
(文/付靜涵)
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