重新理解爱因斯坦质能方程
物理定律可以用数学公式来表达。 当数学公式以不同的形式书写时,它们具有不同的物理意义。 对于大二物理中的欧姆定律,我们可以写成以下三种形式:
1. I=U/R。 对于某些电路来说,这是欧姆定律。 它所表达的物理意义是:通过某个电路的电流强度与加在电路两端的电压成正比,与电路的电阻成反比。
2.R=U/I。 这就是阻力的定义。 它表达的物理意义是:如果加在某个电路两端的电压为1伏,通过它的电流强度为1安培,那么这个电路的电阻就是1欧姆。
3.U=IR。 这就是电压、电流和电阻之间的关系。 它表达的物理意义是:沿着电流I的方向,每经过一个阻值为R的电阻,电势就会下降U。
同样的道理,我们也可以把爱因斯坦的质能方程写成三种不同的形式。
(1)、E=mc2。 对于这种书写形式,我们可以称之为爱因斯坦质能方程。 它告诉我们的是,物体的质量和能量之间存在着密切的联系:不仅物质的质量和能量密不可分,而且物质所包含的能量和质量之间也存在着直接的比例关系。 也就是说,物质所含能量的多少取决于其质量:质量小则含有较少的能量,质量大则含有较多的能量。 有很多例子可以说明和证实这种认识的正确性。 煤、石油、木材等物质都含有并储存大量的化学能。 也可以说,它们所含的化学能与其质量成正比。 在燃烧之前,这些物质所含的化学能和质量之间确实存在着不可分割的关系。 用它来解释化学物质所含的化学能与其质量之间的关系更为合适。
但如果由此推论:“具有一定质量的物质必然具有相应的能量”可能并不一定合适。 因为爱因斯坦的质能方程一定是理论推导出来的结论,它可能并不适用于所有物质,我们不能把它作为一个通用公式。 我们在尊重理论的同时,也要注重实践的检验。 任何理论知识都不能绕过实践的检验。 只有经得起实践检验的理论知识才是科学真理。
(2)、⊿E=⊿mc2。 对于这种书写形式,我们可以称之为爱因斯坦质能联系方程。 它告诉我们的是,当物质的质量发生变化时,它所包含的能量也会发生变化。 当物质的质量增加时,其所含的能量也增加; 当物质的质量减少时,它所含的能量也会减少。 能量的增加或减少与质量的增加或减少之间仍然存在直接关系。 有很多例子用来说明和证明这种认识的正确性。 煤、石油、木材等植物中储存的化学能的增加或减少总是与其质量的增加或减少成正比。 同样,也可以用来计算原子核裂变和聚变过程中核能的释放。 我们知道,在核能释放过程中,会发生质量损失。 由于核能的释放,原子核所含的能量减少,同时由于质量损失,原子核的质量也减少。 在这个过程中,原子核减少的能量和原子核减少的质量之间仍然存在着直接的关系。 即使在核反应过程中,能量也会发生变化。 如果核系统向外界释放能量,它的质量就会损失。 如果核系统吸收外界的能量,它的质量就会增加。
同样,这种形式的质能关系方程也适用于其他生化过程。 例如,植物在生长过程中,必须吸收地下水、空气中的二氧化碳、太阳能等。 植物通过光合作用,将吸收的太阳能,即电磁波,以化学能的形式储存在植物体内。 在这个过程中,植物体的体积和质量增加,植物体内储存的相应化学能也增加。 植物中储存的化学能总是与植物质量的增加成正比。
相反,当煤炭、石油和植物燃烧时,它们体内储存的化学能就会被释放出来。 由于煤炭、石油和植物体的燃烧,它们的质量减少,并且由于能量的释放,它们所含有的能量也减少。 这样,煤炭、石油和工厂的能量减少和质量减少之间仍然存在直接关系。 这仍然符合爱因斯坦的质能方程。
(3)、⊿E-⊿mc2=0。 对于这种书写形式,我们可以称之为爱因斯坦质能转换守恒定律或质能守恒方程。 它告诉我们:当系统的质量减少时,它的能量就会增加;反之,系统的能量就会增加。 当系统的质量增加时,其能量会减少。 当系统的质量发生变化时,其能量也必然发生变化; 当系统的能量发生变化时,其质量也必然发生相应的变化。 并且系统能量的增加与质量的减少之间存在一定的定量关系。 这说明系统的质量和能量之间存在相互转换。
有很多例子用来说明和证实这种理解的正确性。 例如,当一对电子和正电子相遇时会发生湮灭,并且也会发生相反的过程。 在正电子对湮灭过程中,正电子对的质量消失,产生伽马光子的能量。 电子-正电子对的质量转化为伽马光子的能量; 在正负电子对的产生过程中,是伽马光子的能量转化为正负电子对的质量。
同样,它也适用于植物的生长过程以及煤、石油和植物物质的燃烧过程。 在植物的生长过程中,植物吸收太阳能并增加植物的质量。 本质是太阳能转化为植物质量的一部分。 在煤、油和植物物质的燃烧过程中,煤、油和植物物质的质量减少,而释放的能量增加。 在这个过程中,实质是将煤炭、石油和植物物质的减少质量转化为能量。 在这些不同的物理、化学质变过程中,物质的质量和能量确实是相互转化的。 而这种转变过程至今仍在宇宙的各个角落普遍发生。
我们对这个问题的理解是,世界之大,无奇不有。 能量有不同的存在和转化方式。 这是正常现象,无需大惊小怪。 以上三种方式书写了爱因斯坦质能转换和守恒定律以及对物理、生物和化学过程的解释。 第一种写法只是说明物质的能量和质量之间存在一定的数量关系。 ,且密不可分。 它没有清楚地反映能量和质量可以相互转换的问题。 对于这种写法,我们不要无原则地推广爱因斯坦质能关系式说明了什么,而应该在实际测试的基础上加深理解。 后两种写法本质上没有区别,只是思考问题的方法和角度略有不同。 后两种写法和解释都体现了物质在质变过程中质量和能量可以相互转化的思想。 因为作为一个系统爱因斯坦质能关系式说明了什么,当质量增加时,能量就会被吸收; 当质量减少时,能量被释放。 质量的增加与所包含的能量成正比,质量的减少也与释放的能量成正比。 一种解释不一定比另一种解释更精彩或更优越。 对于第三种写法,很明显,当系统质量减小时,系统释放的能量增加; 当系统的质量增加时,系统吸收的能量增加。 这种情况只能用质量与能量的相互转换关系来解释。 这不是我们承认不承认的问题。