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质能方程的提出要解释上面的问题,还得从质增方程谈起

更新时间:2023-11-14 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

我们在日常生活中时常能看见或则亲身目睹物体的质量“转化”为能量的事例,例如木材的燃烧、通过核裂变释放能量来发电等等,而我们每晚能看见的太阳,其之所以发光发热,也是因为内部时刻发生着核聚变反应,通过“亏损”的质量产生了源源不断的能量。并且,反过来,我们却看不到由能量生成物质的案例,这是为何呢?z5n物理好资源网(原物理ok网)

质能多项式的提出z5n物理好资源网(原物理ok网)

要解释里面的问题,我们还得从质能多项式谈起。质能多项式你们再熟悉不过了,它是由爱因斯坦在提出狭义相对论时,所推论下来的一个推论。在狭义相对论诞生曾经,人们对于宇宙状态的认知,还是将其确定为一个静态、均匀、没有边界的状态,光线在宇宙中的传输速率是无限大。并且在精典热学的框架下,在不同惯性参照系内,物体的运动速率呈现简单的叠加关系。z5n物理好资源网(原物理ok网)

不过,麦克斯韦另辟蹊径,从电磁学的角度提出了麦克斯韦多项式,从而推导入光速只与真空中的介电常数和磁导率有关系,并且与参考系的选择没有关系,这就与精典热学形成了矛盾。遭到麦克斯韦多项式的启发,爱因斯坦在牛顿精典热学的基础上,提出了两条基本假定,即相对性原理和光速不变原理,据此产生了狭义相对论体系,将物体的运动与时空进行了统一,觉得物体的运动会直接改变所处的时间和空间。z5n物理好资源网(原物理ok网)

按照以上两条假定,通过洛伦兹变换,可以推导入物体在不同惯性参照系下运动,所观测到的关于时间、空间和质量变化的对应公式,即知名的钟慢多项式、尺缩多项式和质增多项式。z5n物理好资源网(原物理ok网)

对于质增多项式来说,其表达式为:m=m0/√(1-v^2/c^2),当物体的运动速率越快,则其运动质量就越大,物体的运动速率趋于于光速时,则物体的运动质量才会无穷大。在此基础上,爱因斯坦运用动能定律和动量定律,可以进一步推导入物体所具有的能量与本身的质量之间的关系,其表达式为:E=m*c^2-m0*c^2,人们一般将其简化为E=m*c^2,这就是知名的质能多项式。z5n物理好资源网(原物理ok网)

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质能多项式的含意z5n物理好资源网(原物理ok网)

按照简化后的质能多项式,人们很容易联想到既然这个方程存在,这么有多少质量就可以转化为多少能量,有多少能量也可以转化为多少质量,虽然如此理解是不确切的。质能多项式的本义是将物体所具有的质量和能量进行了统一,质量和能量之间是一种对应关系,都是物质所具有的基本属性,我们可以用质量来描述一个物体,也可以用能量来描述一个物体,它们的本质是相同的,并不是说是“转化”的关系。z5n物理好资源网(原物理ok网)

以木材燃烧为例,假如在一个完全封闭的系统内完成这个燃烧实验,这么参与反应的物质总质量,与反应后剩余物质和新生成物质的总质量是有微小差别的,“损失”的那部份质量,则以热量的方式,通过密闭容器与外界环境之间的热交换而被带离了这个封闭系统。根据质能多项式,我们可以理解为这部份散失的热量也就能对应着一定的质量,这个质量将与系统内反应前后“损失”的质量相一致。z5n物理好资源网(原物理ok网)

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再以质子和中子聚变产生氘为例,在此聚变反应的过程中,所生成的氘与反应前的质子、中子质量相比,也会有一定的质量“损失”,这部份损失的质量,是以光子的方式释放出去的,同样遵守着质能守恒定理,结合爱因斯坦质能多项式和光电效应多项式,反应前后的质能变化表达式为:m质*c^2+m中*c^2=m氘*c^2+hv*c^2,其中h为普朗克常量,v为光子的频度,从中我们可以看出,反应前的质量,将与反应后氘的质量和光子的能量相对应,严格意义上来说,质量并没有巨亏,而是变化的静止质量全部等效为光子的运动质量了。z5n物理好资源网(原物理ok网)

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假如在上述两个实验中,我们拥有着一个可以完全隔绝与外界进行能量交换的实验系统,以及一个可以精确检测质量和能量的仪器,这么通过检测反应前后系统内的总示数,将发觉示数是完全相同的。z5n物理好资源网(原物理ok网)

能量→质量?z5n物理好资源网(原物理ok网)

既然物体的质量和能量是一种对应的关系,这么无论是质量和能量质能方程,都将是物体的表现方式,质量可以用能量来表示,能量也可以用质量来表示,只不过我们在现实宇宙中所认知的物体,下意识都是以实体的“质量”来评判的,由于“纯能量”的状态我们无法观测到,也很难理解而已。z5n物理好资源网(原物理ok网)

至于能量能够“转化”为质量,理论上肯定是可以的,由于两者都是物体的存在表现方式,并且物体从能量变为质量,必须在极度特殊的环境,只有在特别高的气温或则压力环境下,能量才可以促进产生基本粒子。z5n物理好资源网(原物理ok网)

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说到这儿,不得不提一下宇宙大爆燃,科学家们按照哈勃观测到的宇宙膨胀事实,反推出在138亿年之前,现有宇宙中的所有物质都来始于一个质量无限大、温度无限高、体积无限小的奇点,宇宙中没有任何的物质和空间,在量子涨落效应的作用下质能方程,奇点的对称性在某一时刻发生了“破缺”,于是就发生了大爆燃,纯能量转化为各类正反粒子,绝大部份的正反粒子又顿时相遇,释放出能量,这个时侯的气温足以达到万亿度级别。z5n物理好资源网(原物理ok网)

假如正反粒子的数目完全一样,这么现有的宇宙将不复存在,恰恰就由于这些不对称的出现,由纯能量所形成的正粒子数目要略少于反粒子,导致了宇宙中的反粒子几乎全部湮没,宇宙中就剩下了少部份的正粒子,随即以这种正粒子为基础,逐步产生了现有多姿多彩的宇宙世界。z5n物理好资源网(原物理ok网)

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