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1 # qz我心坦然
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2 # 禹辰471
在1905年,偉大的物理學家阿爾伯託·愛因斯坦提出了質能方程E=mc^2,從此添補了物理學中關於質量和能量聯絡的空白。在愛因斯坦還未提出質能方程之前,物理學中質量和能量是兩個不搭邊的概念,也沒有公式能夠將它們聯絡起來。但是質能方程能夠準確地描述質量和能量的關係,這為波動力學和德布羅意波的誕生奠定了基礎。
在質能方程中,E代表能量,指的是系統的總能量;m代表質量,而c代表光速。愛因斯坦在提出狹義相對論的時候提出了這條公式,雖然能量和質量是物體不同的表現形式,但是這一條公式能夠準確而地將兩者聯絡起來。有科學家認為,在這條公式的背後,隱含著三個重要的意義。
第一個重要的意義就是揭示了靜止的物體也具有能量。自然界中體現能量的形式多種多樣,並非只有運動的物體才具有能量。例如食物中的化學能、電能等,而且有些靜止的物體含有的能量還特別的大。同時它還意味著,宇宙中任何兩個物體間都能夠依靠能量聯絡在一起。
第二個重要的意義是證明了質量能夠單純地轉化為能量。利用質能方程我們可以計算出,1KG的質量可以轉化為9*10^16焦耳的能量。通俗點講,一千克質量可以轉化的能量相當於兩千萬噸TNT爆炸釋放出來的能量。不少人覺得不可思議,如果這樣的過程發生在核反應中,就能夠解釋為什麼參與反應的質量在反應之後會變多了。
第三個重要的意義是能量能夠產生質量。既然能夠從方程的右邊往左邊,質量轉化為能量,那麼就可以從方程的左邊往右邊,使能量產生質量。而且宇宙中的一切物質似乎也證明了這個理論,一切物質都是在宇宙大爆炸之後才產生的。
一、即使是靜止的物體也有其固有的能量。能量的形式有很多種,包括機械能、化學能、電能以及動能。這些都是運動或者反應物體的固有能量,它們可以用於做功,比如推動一個發動機,點亮一個燈泡,或者把穀物磨成麵粉。但即使是靜止的普通物體也具有固有能量,並且這是一個非常巨大的能量。這強烈暗示著,在牛頓的宇宙中,兩個物體之間的萬有引力都應該以能量為基礎,這種能量等價於E=mc^2的質量。
二、質量可以轉化成純能量。質能方程告訴我們,每一千克的質量可以轉化為9×10^16焦耳的能量,這相當於2100萬噸的TNT爆炸所釋放出的能量。在放射性衰變、核聚變或核裂變過程中,最初參與反應的質量會大於最終的質量,質量守恆定律是無效的,減少的質量被轉化為能量。從衰變的鈾到裂變式原子彈,再到太陽的核聚變,再到物質和反物質的湮滅,都遵循質能方程。
三、能量可以從虛無中產生質量。9如果把兩個檯球碰撞在一起,結果還是兩個檯球。如果把一個光子和電子碰撞在一起,結果得到的還是光子和電子。但如果用足夠高的能量把一個光子和電子碰撞在一起,結果會得到一個光子、一個電子、一對新的物質-反物質粒子。也就是說,結果會產生兩個新的大質量粒子:一個是像電子、質子、中子一樣的物質粒子,另一個是像正電子、反質子、反中子一樣的反物質粒子。只有當碰撞的能量足夠高時,才會產生這些粒子。諸如大型強子對撞機(LHC)等粒子加速器就是透過從純能量中製造出新的粒子,來尋找那些理論預言中的不穩定高能粒子。事實上,宇宙中的一切物質就是從大爆炸中的能量創造出來的。
質能等效的事實也使愛因斯坦取得了他最偉大的成就:廣義相對論。因此,簡單的質能方程具有十分深遠的意義。