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周法哲的博客

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做过工,开过荒,教过书,扛过枪,当过干部仍在党,现任公司董事长。业余以探索天地人和谐之道为乐!

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(原创)爱因斯坦的质能公式(图)  

2008-03-02 00:47:37|  分类: 科学的皇后 |  标签: |举报 |字号 订阅

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爱因斯坦的质能公式如下:

E=mc^2

质能公式表明,一定的质量相应于一定的能量。其中:

c是真空中的光速,是一个常数299792458米/秒,大约每秒钟30万公里,相当于绕地球赤道飞行7圈半。

m是运动质点的相对论质量,它反映了质点的惯性大小,所以也叫惯性质量。如果质点运动速度为v,则它的相对论质量为:

m=m0/√(1-v^2/c^2 )

由上式可见,物体的质量不是一成不变的,而是随运动速度的不同发生变化。

当速度v远远小于光速c时,上式分母约等于1,相对论质量m≈m0,叫做质点的静止质量,回到了牛顿力学的范围,也就是我们日常所见的物体的质量,即物体包含物质的量。

在微观世界里,某些粒子(比如光子、中微子等)的速度等于光速c,上式分母为0,则静止质量必为0,否则将出现粒子的相对论质量m为无穷大!而这是不可能的!

在质能公式E=mc^2中,E是质点运动时的总能量(等于静能E0加上动能Ek)。它只取决于质点的相对论质量m,因为爱因斯坦认为光速c是一个恒定不变的常量。

我们常说世界是物质的,而根据爱因斯坦的相对论,周法哲认为世界是“能量”的,“质量”只不过是“能量”的一种特殊表观形式或储藏形式。光子的能量全部表现在登峰造极的运动速度上,所以它的静止质量m0为0,静能E0=m0c^2 也为0,它的总能量E却不为0,这是人所共知的事实!谁能说太阳光没有能量呢?但谁又能说太阳光有重量(通俗的“质量”概念)呢?

光子的能量全部是动能,所以没有静止质量。其实在微观世界里,许多以光速运动着的粒子(比如中微子)都没有静止质量;只有当它们的速度低于光速时,一部分能量才转化为静止质量,表现为“物质”的。

当它们的速度小于光速时,较多的能量转化为“质量”,聚合成稍大一点的物质粒子――质子(“质子”的意思大概就是“有质量的粒子”),其中电中性者被称做“中子”;不同数目的质子和中子聚合成各种不同的原子核,同时吸引来蚊虫般的“异性”小东西――核外电子,与原子核内的质子配对平衡,这就是不同元素的原子;如果若干原子核争夺异性或一不小心共享配偶,就构成了分子,表现出“物质”的属性。这大概就是物理学上的“介观世界”,介观者,介于传统的宏观(几何线度在毫米数量级以上)和微观(几何线度在纳米数量级以下)之间也!

当这些粒子的速度远远小于光速时,大部分能量转化为静止质量,构成了我们肉眼可观的物质、物体甚至天体,这就是牛顿“们”帮助我们认识的宏观世界。在爱因斯坦的相对论深入人心之前,我们通常仍然认为世界是物质的,殊不知世界的物质本是由能量生成的。

与物质相比,由于能量是最单一最本源的存在,所以可以说物质是能量的另一种表现形式,是能量在强相互作用下产生的。当然,物质在一定的条件下也可以转化成能量释放出来。这就是质能互换原理。

根据上述原理,人为地“拆散”物质粒子的结合或控制其聚合过程,可以让物质快速转化或释放出大量的能量。原子弹、氢弹和核能源的出现,就是成功的例证。

质能公式E=mc^2是1905年26岁的爱因斯坦发表的两篇论文《论运动物体的电动力学》和《物体的惯性同它所含的能量有关吗》中提出的,被认为是狭义相对论的基础。它揭示了宇宙客观存在的质能关系,即质量和能量的相当性,物质和运动的统一性,并且为原子能的利用奠定了理论基础。因此,质能公式被英国科学期刊《物理世界》2004年10月号公布为读者选出的科学界历来“最伟大的公式”之一,并且名列第五。

(作者:周法哲2008-3-1于广东,插图为转摘) 

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