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  • 1 # 量子科學論

    “根據狹義相對論,質量和能量都是同一事物的不同表現形式,對於普通人來說,這是一個有點陌生的概念。”——愛因斯坦

    確實是這樣,不過我們聽的最多的就是核反應和粒子加速器,但質能之間的轉化在我們生活中隨處可見。

    粒子加速器如何將能量轉化為質量

    愛因斯坦最著名的方程:E = mc^2,列出了在靜止狀態下,物質中儲存了多少能量,並告訴我們,首先需要多少能量來才能創造物質。

    也就是說我們可以直接從能量中產生物質;事實上,在粒子加速器中我們一直再做這樣的事情。還有在恆星中,在黑洞和中子星周圍,在宇宙大災難(超新星爆發)中,我們不斷地從能量中創造出新的物質。很簡單:取兩個有足夠能量(動能)的質子,把它們撞在一起,我們就會得到三個質子和一個反質子。這也是我們在地球上製造絕大多數反物質的方法,如果我們把四個創造出來的粒子動能加起來,就會發現它們的動能比原先兩個質子的動能要小。(一個質子和一個反質子的質量,乘以光速的平方。)

    這就是E = mc^2告訴我們:質量只是能量的一種形式,只要你把質量轉換成另一種形式的能量,質量很容易被創造或毀滅。

    但愛因斯坦最著名的方程式還有一個更常見甚至更平凡的應用:所有的核反應和化學反應。

    核反應以及化學反應

    你可能聽說過核反應:我們要麼把質量小的原子核合併成一個或多個質量大的原子核(即聚變),要麼把質量大的原子核分裂成質量小的原子核(即裂變)。在這兩種情況下,即使質量的變化相對很小也能釋放出巨大的能量。歷史上最強大的核爆炸(沙皇炸彈)釋放了近60兆噸的能量,只是將不到50克(2盎司)的質量轉化為能量。以上說的都是核能,下面說說於我們生活相關的化學能。

    E = mc^2其實也控制著我們生活中能量質量的轉化。構成我們日常生活中所有生物和無機過程基礎的微不足道的化學反應都是基於電子是如何與原子和分子結合的。電子之間有不同的能級和構型;化學鍵的形成、斷裂和重新形成,能量被吸收或釋放,以平衡每個單獨的反應。

    當植物吸收光子進行光合作用時,獲得的質量與吸收光子的能量成正比,遵循E = mc^2定律。當一個人為了維持體溫而燃燒他或她的化學燃料時,失去的質量與那些化學鍵斷裂所釋放的能量成正比。事實上,如果我在天平的一端稱一個自由電子和一個自由質子,在另一端稱一箇中性的、基態的氫原子,我們就會發現自由電子和質子的重量增加了13.6 eV/c2,正好相當於電離一箇中性氫原子所需的能量!

    因此你吃進去的飯,經過化學反應吸收的能量,就會透過E = mc^2轉化為相應的質量。所以吃飯長肉就是能量轉化為質量的完美例子!

    生活中每時每刻都在進行著質能轉化

    當我們將氫氣和氧氣混合生成水時,就會釋放出能量,但是反應生成水的質量比之前的氫和氧的質量要低一些。質量低了多少?釋放的確切能量,除以光速的平方。(因為如果E = mc^2,那麼E / c^2 = m也是成立的。)所以每次你做一件釋放能量的事情,你的質量損失與釋放的能量成正比。

    同樣,每次你吸收能量的時候,獲得的質量與吸收的能量成正比。就跟我們吃飯一樣,我們從飯的化學能中獲得了多少能量,這些能量就會以相應的比例轉化為質量。

    這意味著質量是能量的一種形式,這兩個量,不管你對一個系統做什麼,都是成比例的。滿足一個方程E∝m。

    但這個比例符號(∝)成為一個等號,我們就需要得到正確的轉換因子。轉換因子告訴我們能量是如何定量地與質量相關的。

    轉換因子是光速的平方。搞清楚這一切只是愛因斯坦對我們理解宇宙的偉大貢獻之一。

    可能你從來沒有想過,E = mc^2(或E / c^2 = m)實際上影響了我們世界中每時每刻發生的一切事情;每當你眨一下眼皮,活動一下肌肉,吸氣或呼氣,思考一個問題或心跳,你都是在把質量轉化成能量,而每一次你消化一頓飯,你都是在把能量轉化回質量。任何增加或減少系統能量的東西都會導致系統質量的改變。這就是質能方程,這就是你吃飯長肉的原因。

  • 2 # 霜葉9975

    真正人平時吃飯沒有細化到質能關係的問題,小腸吸收是大到分子級有機物質的,吸收炭水化合物,蛋白質,氨基酸,維生素等有機化合物和微量礦物元素,這些都是構成細胞原料,細胞有了原科進行代謝運作,細胞組裝人體的物質空間就是肉(包括骨毛等)人體的能量是生物分子化學反應,沒有細到電子運作級的,用陰陽原理解釋夠了,無須用到盜板陰陽論的相對論來解釋。

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