文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
错误的认知文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
经常看到有很多人在讲述氢弹或者原子弹爆炸时这样说：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
反应前后，原子核质量减少了，这部分减少的质量转化为能量。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
至于你要问为什么？他会说，根据爱因斯坦的质能方程：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
那这个说法对还是不对呢？我们直接给出解释：并不对。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
如果非要评选一个人类史上最著名的公式，这个质能方程很有可能是第一名，实在太好记了。但如果要评选一个人类史上误会最深的公式，那质能方程应该可以稳居第一名。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
今天，我们就来聊一聊：质能方程以及关于质能方程的误解。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
质能方程是什么？文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
这要从1905年说起，这一年被称为爱因斯坦的奇迹年，在这一年爱因斯坦发表了四篇可以被载入史册的论文，其中第三篇《论运动物体的电动力学》就是我们熟悉的狭义相对论。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
而在当年的晚些时候，爱因斯坦又发现了一篇论文《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》作为狭义相对论的补充，在这一篇当中就出现了我们熟悉的质能方程，只不过，当时爱因斯坦表述并不是我们熟悉的样子，而是m=E/c^2 。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
那这个公式到底想表达的是什么呢？文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
这件事就要回溯到牛顿时期了，牛顿写了一本著作《自然哲学的数学原理》，开篇就给质量下了一个定义。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
物质的量是起源于同一物质密度和大小联合起来的一种度量。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
反正不管咋说，牛顿的表述至少让我们明白一点，那就是质量和运动无关，无论你跑多快，你的质量就在那里，不增也不减。牛顿的看法其实也是20世纪之前，科学界的普遍看法。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
除此之外，牛顿还是留下了一个很好的工作方法沿用至今，那就是凡事先下定义。他的《自然哲学的数学原理》前面10多页都在下定义，我们熟悉的很多物理量都是牛顿给下的。所以，后来的科学研究，的第一步都是给研究物下定义。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
但是，爱因斯坦就是出了名的爱搞颠覆，其实之前牛顿还认为：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
时间和空间和运动状态无关。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
说白了就是，无论你跑得有多快，你和站在地面上一动不动的小伙伴，感受到的时间和空间都是一样的。更直白点说，就是对于你和他来说，一米和一秒是一模一样的。这其实也很符合我们的常识。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
可爱因斯坦说，这是不对的。因为你还跑得不够快，如果你做一艘飞船快速飞过去，那你和地面上的小伙伴感受到的时间和空间就会不同。我们可以看空间上的不同，下图就是10%光速的情况：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
这是80%光速的情况：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
而这是95%光速的情况：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
这也就是著名的尺缩效应。而时间呢？飞船上的时间相对于地面就有时间膨胀的效应。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
无论是尺缩效应还是时间膨胀效应，都是由于惯性参考系的不同导致的，这里就不想详细赘述了。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
我们回归正题，实际上，爱因斯坦是统一了时间和空间。可他后来，逐渐反应过来，他发现其实还能统一质量和能量。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
具体来说是这样的，他通过狭义相对论最基础的两条假设，去推演运动物体的质量m，然后就得出了下面这样一个公式，（如果不想看公式的童鞋，可以直接拉到质能等价那部分，也不会影响到阅读）文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
质量m叫做相对论质量，它随着速度v的增大而增大。而质量m0，其实就是v=0的时候，也就是静止的时候的质量。这个m0其实就是牛顿定义的质量，它和物体的内部结构有关，我们管这个质量叫做静止质量。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
如果我们把速度取0.9945倍光速，那这时候的m≈9.55m0，具体来说就是，如果以0.9945倍光速运动，那这个时候的相对论质量m就会增大到形式的静止时的9.55倍。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
所以，我们很容易得出这样的结论：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
速度越快，相对论质量越大，要增加物体加速度就越困难。要使物体的速度达到无限接近光速，则质量也会趋近于正无穷，理论上，所需要的能量也就是无穷大，所以才说光速是一切物质运动的极限速度。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
在三体中，歌者文明摧毁三体星球时，就提到了一种叫做质量点的东西，它是一种极端接近光速的小物体。这其实就是借用到相对论中的质量膨胀来摧毁恒星。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
这时候，爱因斯坦就想：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
运动时物体质量会增大，而且运动的时候还有动能，质量和动能都会随着速度增大而增大。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
于是，爱因斯坦通过动能公式，假设物体是静止的，也就是速度为0，动能为0，m=m0。于是推导出了：E=mc^2。(推导的过程涉及到一点微积分，其实并不复杂）文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
质能等价文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
那质能方程E=mc^2，到底有什么含义呢？文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
简单来说就是：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
质量和能量并不是独立存在的物理量。一切能量都有质量，一切质量都有能量。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
E=mc^2只是告诉我们，一个系统能量和质量的等价关系，而不是转换关系式。所以很多人所谓的质量不守恒，能量不守恒，质能才守恒的想法是不对的，实际上有多少能量就对应相应的质量，所以质量是守恒的，能量也是守恒的，因此质能才是守恒。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
我们可以举个例子：文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
就还拿很多人喜欢用的核弹带来举例，如果有个特别理想的盒子，一颗原子弹放在里面，并且放在一个足够大的秤上。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
如果盒子是完全和外界隔绝的，没有任何能量交换，爆炸之后质量不会发生任何变化，秤原来多大，爆炸之后还多大。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
如果盒子不是完全和外界隔绝的，能量可以以光或者热的形式逃逸出去，那这个时候，质量就会减小，秤的示数就会减小。也就是说，逃逸的能量其实带走了它对应的质量。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
所以，质量，能量其实都不能被消灭，只能从一个地方转移到另外一个地方。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
所以，爱因斯坦想告诉我们并不是能量和质量能相互转化，而是质量和能量其实是同一样的东西，只是以不同的单位进行测量而已，也就是说能量和质量是一体两面的。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
在高能物理领域中，文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
科学家就发现，文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
物质的99%的质量来源于束缚夸克的强相互作用输出的能量，通过质能等价E=mc^2，我们可计算出它所表现出的质量。剩余的1%则是来自于粒子和希格斯场的相互作用。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
也就是说，物质的质量来源于运动的能量和非实物的场。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
关于质量方程，我们就说到这里。文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
文章源自略懂百科-http://wswcn.cn/25829.html
评论