一个看似简单的等式,虽然暗含玄机!
质能多项式
我们先来看一下爱因斯坦的质能多项式E=mc²的“简单”推导过程。
一个物体的实际质量为其静止质量与其通过运动多下来的质量之和。假定物体静止时质量为m,运动时质量为M,外力作用在静止质量为m的自由质点上时,质点每经历位移ds,其动能的增量为
设外力作用于质点的时间为dt,则质点在外力冲量Fdt作用下,其动量增量为
考虑到v=ds/dt,有上两式相除,即得质点的速率表达式为
由动量定律p=Mv,转换上式可知动能增量的表达式为
按照洛伦兹变换,得质量的变换公式如下:
两侧平方得
对速率v导数得
方程左边为0,即上式可化为
代入动能增量的表达式,得
上式说明,当v=0时,质量M=m,动能E=0。当质点的速率v减小时,其质量M和动能Ek都在降低,质量的增量dM和动能的增量dE之间仍然保持量值上的反比关系。所以可以表示为
这个看似简单的质能多项式推论过程,其中包含了大量的信息,整个推论过程其实步骤不多,而且却严密的构建在两个基本假定之上,即相对性原理和光速不变原理:
一切化学定理(热学定理、电磁学定理以及其他互相作用的动力学定理)在所有惯性参考系(惯性系)中都是等价(平权)的,没有一个惯性系具有优越地位,不存在绝对静止的参考系(以太)。无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速率都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458米/秒。
全过程逻辑思维严密,其中暗含玄机,毕竟你并没有注意:
一切化学定理(热学定理、电磁学定理以及其他互相作用的动力学定理)在所有惯性参考系(惯性系)中都是等价(平权)的,没有一个惯性系具有优越地位,不存在绝对静止的参考系(以太说),同时,无论在何种惯性系(惯性参照系)中观察,光在真空中的传播速率都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。这个数值是299,792,458米/秒。正是基于光速不变的原理,能够以光速c为定值进行洛伦兹转换,将物体质量表征为光速与物体速率的多项式,这也正是爱因斯坦相对论的神奇之一。
虽然这个问题本不是个问题,但好多人可能会有这些觉得,明明前半段的推论过程只是一个简单的物体互相作用的热学过程,只涉及学过小学数学的动量定律和动能定律,大部份人应当都能理解。明明都不见光速,洛伦兹却又如何将光速和物体质量扯在了一起呢?用大白话凑合是:洛伦兹是一个参考系(如右图所示),在参考系中我们规定光速恒定,物体若果在运动,那种变量只有速率和物体质量,因而构建一个以光速为定量,质量和速率为变量的洛伦兹转换。
洛伦兹惯性参考系变换
基于以上我们所了解到的,我们可以思索以下几个问题:
爱因斯坦觉得一切物质的速率都不能超过光速,宇宙飞船、人、星球等一切物体的运动的速率极限都是光速。为何一切物质都不能超过光速呢?其实我们可以如此思索,一切物体的粒子属性同源,只要是个东西,这么就不能超过光速。人和光,本质上是一样的。
这是一个精典的常识问题,即:超光速问题。了解过相对论的人应当不会提出这种问题。狭义相对论中说,从任一物体发出的光都以同样的速率运动,无论该物体是运动的还是静止的。这一点很重要,这也许就是指光速具有同时性,它告诉我们:不能在光速上再累加别的速率,所以不能以超光速运动,自然法则对宇宙的终极行为作出了限制,源因这么。
质能等式告诉我们质点的动量定理内容,物体包含多少质量,就包含多少能量。假如人体忽然蒸发,必然转化为对应的能量消退于宇宙之中。许多科学家渐渐认同整个宇宙最初是一个奇点的假说,奇点是密度无限大,能量无限大的一个点。小编突发奇想:是否可以假定奇点本为虚无?根据目前自然界的规律来说,宇宙不会永远漫延膨胀下去,膨胀本就是一种能量的释放,既然消耗了能量,这么宇宙的质量就在降低,因而宇宙不是无限的,最终一定会迈向崩塌,在膨胀达到最大以后,必将收缩重新回到奇点,归于虚无。我们只是处在宇宙其中的一个轮回。
质量与能量存在转换关系,这意味着质点的动量定理内容,只要你在运动,消耗的能量必然会导致质量的耗损,只是这点耗损的质量你根本不可能察觉。并且,“苍蝇再小也是肉”,所以,动上去吧,燃烧你的千卡!
燃烧你的千卡
以上思索纯属个人观点,欢迎批评见谅与交流。若想要考量,可以拜读爱因斯坦相对论原文(法文,非专慎入)。若是只想略微缅怀爱因斯坦巨作,可以随意瞧瞧爱因斯坦1936年的《物理与现实》,感兴趣的同学可以关注并私信我。
化学与现实AND
跟随我一起看世界吧,我是@一只爱好万物的人类