回覆列表
  • 1 # 趣談科學

    愛因斯坦要聽這話,估計會從棺材中跳出來。

    很多人對愛因斯坦的E=mc^2存在誤解,愛因斯坦並沒有說過質量轉化為能量或者能量轉化為質量。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。質能等價方程也是在那年年底誕生的,同時還有著名的《狹義相對論》,不過《狹義相對論》較早一點,而質能等價可以說是《狹義相對論》的延續。

    愛因斯坦基於光速不變原理和相對性原理,兩條公理推匯出了《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。

    在牛頓經典物理中,牛頓認為質量是一個固有的量,不會因為運動狀態改變,而發生改變,動能的增加ΔE,只取決於速度的變化,其公式為:

    然而通過《狹義相對論》中的質增效應可以推匯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祕密,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。

    下面我從物體質量是怎麼來的說說:

    在牛頓力學中質量具有慣性,表現為物體對其運動狀態變化的一種阻抗程度,似乎有一種能量在阻止物體改變運動狀態。通過質能公式,我們可以得到系統中包含的靜能量將表現為質量。

    它們不存在轉化,就像你叫小紅,你的小名小寶貝,我無論叫小紅還是小寶貝都是在叫你。能量只能從一種能量形式轉換為另一種能量形式,所有形式的能量都表現出這種行為,所以我們有了質量幻覺。

    量子力學

    從量子力學看,組成物質的最小單位為原子、分子,而原子的質量包含了電子和電子核,其中電子質量可以忽略不計,原子核中的質量來源於中子、質子,它們又由3夸克子組成,簡單來說夸克的質量是從希格斯場獲得的。

    當夸克通過希格斯玻色子形成的場,產生了相互作用,從而具備了勢能,這與電子在電子場中擁有的勢能沒有什麼區別,所以我們可以說物質之所以有質量是因為組成它的基本粒子互相作用,使其具備了一定的勢能。由此可見質量就是能,也就是能量。

    該質量等於存在的總能量除以真空中光速的平方,所以您賦予任何物體更多的能量,它看起來就越重。任何具有能量的系統,當嘗試以某種力加速時,都會表現為質量為E /(C ^ 2)。

    舉例子

    用一句不太準確的話來說,每次你在燒水,實際上就是在增加它的質量,雖然它太小了,以至於你察覺不到。

    同理:太陽輻射曾經是太陽具有的能量的一部分,它經歷了千山萬水來到了地球,傳遞給地球的萬物,這是太陽失去質量的一部分,用來提高地球的質量。

    如果你理解了這兩例子,應該就可以理解質能等價的概念。你可以發現這些過程中並非轉化。

    關於E=mc^2,平常只是代表相對靜止的物體具有的能量,我們也叫靜質量。

    當我們給水加熱,其獲得能量為ΔE =Δmc^ 2,Δm為增加的質量即(m-m0),所以我們說給水加熱會使其增加質量,Δ表示變化,因此Δm是初始產物和獲得或者失去能量之後的質量差。

    1g物質

    由此我們可以說要得到1g質量,就需要得到(1g)c^2的能量,其中c是真空中的光速(3.0 * 10 ^ 8 m/s),其結果為0.001(kg)*9*10^16m/s=9*10^13焦耳。

    如果物質和原子彈完全處於封閉的空間內,能量沒有發生外溢,並且物體完全接收了原子彈給予的能量,那麼物體接收的能量就是炸藥失去的質量,並且爆炸之前和爆炸之後這個封閉空間質量恆定不變,也可以說能量恆定不變,即能量守恆。

    總結:使物體增加1g質量的辦法就是使炸藥釋放出1g質量。

  • 2 # 又喝多了

    這個回答下面,一如既往的出現一堆民科。你可以對質能方程瞭解不多,但你好歹要回答這個問題前瞭解一下狹義相對論可好?E=mc2方是狹義相對論最廣為人知的一個方程,而同時狹義相對論最重要的兩個推論之一就是質量即能量,能量即質量,質能是一回事。在相對論前提下討論問題,只有質能守恆而沒有質量守恆或者能量守恆的說法,那兩種說法是在經典物理環境下的。在這種思考下,不存在什麼相互轉換,他們表達的就是一個東西。只是同一種事物的兩個屬性。

    但如果用他來解釋核彈也是沒有問題的,再回到E=mc2,這個在現實中最直觀的體現就是核武器,核電站,我們地球上核裂變以及核聚變的過程中都會產生質量虧損,因此在這個過程中虧損靜質量就會以能量的形式表現出來,以光子,高能粒子等形式表現出來。

    還有一點,正反物質的湮滅也符合質能方程,並且效率達到百分百,只是現在反物質還只能在實驗室裡極其少量的生產,遠未達到可以應用的地步,相比之下,可控核聚變還更有希望一些。

    好了,回到題主問題,有沒有可能能量在某種情況下以物質的形式表現出來?我的回答是有。

    在核聚變的情況下,由於鐵56結合能最高,所以恆星內部不可能產生比鐵重的元素了。要使鐵變為更重的元素,就需要繼續往鐵原子中塞入質子,但是直接塞質子是不可能的,只能先塞中子,大質量恆星在超新星爆發時,能達到100億度以上的溫度,此時快中子密度極高(可達每立方厘米10^23個),於是鐵元素在超新星爆發中進行快中子俘獲過程,再通過β衰變可以生成大量的超重元素。

    這個過程中就是超新星爆發時的巨大能量被中子吸收從而穩定禁錮在原子核內形成新的物質。

  • 3 # 文韜96

    不可知

    回答問題前有一點要闡明:

    能量的本質是物理意義上四維空間度量的一個物理量,質量的本質是二維空間度量的物理量,它們都是物質在不同維度所表現出來的物質屬性。

    因此,質量與能量之間的相互轉化即物質的不同屬性之間的轉化。

    目前有兩個最典型的反應——核聚變和核裂變。

    這兩個反應本質上都是將質量轉化成能量。

    主要原因是:每種原子內的核子(中子、質子、反中子和反質子的統稱),平均質量存在差異,在鐵原子中的平均質量最小。

    這將導致:

    (1)鐵以下的原子,聚變會釋放能量;

    (2)鐵以上的原子,裂變會釋放能量;

    如果把不同原子的平均核子質量列出,就能得到下圖:

    其中,鐵原子是極值點,也就是說鐵的平均核子質量最小,這就導致一個結論:

    (1)比鐵小的元素,發生聚變後,平均核子質量降低,虧損的質量將以能量形式釋放;

    (2)比鐵大的元素,發生裂變,平均核子質量也降低,虧損的質量也以能量形式釋放;

    這就是裂變和聚變,釋放能量的基本原理。

    當然,反其道而行也是可以的,那就是能量轉化為質量的過程。

    例如:

    (1)比鐵小的元素(比氕大),理論上也可以發生裂變,但是平均核子質量增加,需要補充能量,而且是大量的能量;

    (2)比鐵大的元素,也可發生聚變,平均核子也是質量增加,同樣需要吸收大量能量。

    對於這兩種情況,都需要吸收巨大的能量,所以反應條件非常苛刻,只有某些極端條件下,才能進行。比如超新星爆發中,才能發生(2)這樣的核反應。

    目前,人類能掌控核裂變反應,並用於發電,比如核電站,還有利用衰變釋放能量的核電池;但是可控核聚變的技術目前還沒有,不可控聚變就是氫彈。

    更別提上述(1)(2)這兩個核反應。

    也許將來人類的科技可以走到這一步,而現在的我們誰又能確定呢?

  • 4 # 君者勿雲

    能量轉化為質量?詐一看好像又要涉及很多最最最前沿的知識,其實並沒有大家想的那麼難。OK,廢話不多說,直接上證據:

    先來個很簡單的實驗:假設有一個靜止質量不打大的物體被一個恆力拉著作加速運動。ps:不考慮空間和其他作用力。接下來很簡單吧,這個物體一直做線性加速,不會有其他變化。不過當它接近光速時,咳咳,重點來了,即使有著一個恆定外力作用,它的速度卻不會線性增加,而是以光速為趨勢線無限逼近但不會相交。

    問題來了,恆力始終存在,物體一直向前運動,說明力一直在做功!可當物體接近光速時,速度變化極小,動能增加不大,那外力做的功去哪兒了?對,你沒想錯,就是變為了質量,當物體接近光速時,質量不斷增加直到無窮大。

    說到現在,你也應該想到如下這個過程:外界能量不斷對小物體做功,接近光速時,由於相對論效應,物體的速度不會無限增加,多餘出來的能量轉化為質量增加保證能量守恆。歐克,恭喜你,完成了一次能量轉化為質量

    最後多說一句,這個實驗不是我想出來的。這實驗是為了保證“光速不變”這個現代物理學的公理和能量守恆不矛盾提出的。至於是不是老愛為了相對論和熱力學基礎公理不相矛盾提出的,就布吉島了

  • 5 # 以往以前

    E=mc^2質能方程描述質量與能量之間的當量關係的方程。在經典物理學中,質量和能量是兩個完全不同的概念,它們之間沒有確定的當量關係,一定質量的物體可以具有不同的能量;能量概念也比較侷限,力學中有動能、勢能,電磁中的電磁能、電勢能等。

    在狹義相對論中,能量概念有了推廣,質量和能量有確定的當量關係,物體的質量為m,則相應的能量為 E=mc²,方程E=mc²中,E表示能量,m代表質量,而c則表示光速(常量,c=299792458m/s)。

    以我們的恆星太陽為例,它無時無刻都在不斷的進行核聚變,不斷的輻射能量。我們通常認為光子(光波)是沒有質量的,但是實際上光子(光波)沒有靜止質量,在光速下運動的光子才有能量、動量、質量。

    隨著太陽內部的核聚變不斷地發生,太陽的質量會逐漸的衰減(光量子),太陽質量的衰減和太陽輻射的能量之間有E=mc^2的關係。

    就目前來說,人類實現了從質量到能量的轉化(氫彈)。從理論上來說,人類在千百年後或許能夠實現從能量轉換質量,但是誰願意這麼做那?就猶如是在外太空將金剛石(鑽石)加熱轉化為炭一樣,吃力不討好的事情?誰願意去做?

  • 6 # 風信子視野

    這是一個理論方程,全稱叫做質能聯絡方程,意思質量和能量之間的聯絡可以用這個式子進行計算。

    E=mc^2,愛因斯坦通過這個方程告訴了我們質量可以轉換成能量.但他並沒有直接表述能量轉換質量的過程和其規律,所以他後來的工作重點就在於研究這一逆過程.

    這個過程一直都沒有很好的進展,但直到1964年氦氖鐳射的問世(1960年其實已經被發現了,但實驗做的效果不好),人們可以自由駕御一些高能粒子了,很多之前沒解決的學術問題都得到了解決,能量轉換質量的可能性又成為了關注

    能量轉換成質量的方式,科學界有2種觀點:

    1:能量足夠大.我們知道核裂變能釋放出大量能量,但這和目前理論預言的能量轉換臨界值還差很遠.現在在上海有中國現在在建的實驗機構上海光原.這裡將要做的是核聚變,核聚變能產生相當於10^6倍的能量(在同等核質量條件下).如果這個實驗被做出來,估計又能離我們最後的結果(能量轉換物質)近一大步

    2:藉助於現在還不可知的暗能量或者反物質.反物質是在宇宙形成之初大量存在,而後與現在的正物質互相泯滅,結果正物質以多出1/1000000000000反物質的優勢在泯滅災難後被留了下來,形成了現在的宇宙巨集觀狀況,但現在在宇宙邊緣任在進行一定量的反物質,這種物質可能在通常情況下就能由能量轉換而成,因為其與正物質的相反性質,所以存在“能量-質量”的可能性

    還有暗物質,宇宙空間如果沒有暗能量的話,物質的引力作用應該會使宇宙的變小,或者減速膨脹.而現在的天文觀測是宇宙在加速膨脹.宇宙中可能存在暗能量,它們之間的關係可能更多的是體現斥力,造成宇宙加速膨脹.暗能量也與現存物質能量形式具有相反特性,也有“能量-質量”的可能性。

  • 7 # 天澤方圓之楊春順

    永遠別想!能量只是質量間能差的反應與釋放,一方面沒有了質量也不會有能量的存在,另一方面能量的存在必須依附於質量這個載體。因此能量根本沒有存在的獨立性,質量守恆是宇宙中的基本規律。而能量創造質量就是承認可以做到無中生有。所以這樣的想法是打破質量守恆的,也是絕對不可能做到的。

  • 8 # 斜光入曉

    在一個完全封閉的房間裡開啟一瓶香水,香水的分子自由運動有可能在某一時刻分子又自由運動到香水瓶裡面嗎?如果可以,那麼你說的也可以

  • 9 # 雲披日霞

    光子就是有質量的一種特殊物質。所以核反應只是把重的粒子變成了光子而已。不能說把質量轉換為能量。質量和能量是互相對應且都守恆的。物質發光也是把重粒子的質量(能量)轉換為光子,只是很弱而已。而物質吸收光的過程是把光子轉換為重粒子的質量(能量),同樣很弱而已。

  • 10 # 金竹銘

    不能,這是個不可逆反應,同樣也不能把一公斤煤產生的能量再轉化為煤,自然界的反應大部分都是不可逆的,我們不能把熟飯變成生飯,也不能把老人變成小孩,也不能把豬肉再變成豬……

  • 中秋節和大豐收的關聯?
  • 支氣管炎是不是根本治不好呢?咳嗽一個月,藥也吃了一個月,不見好,怎麼辦?