质能方程的现实三大意义,提出者是爱因斯坦

哼哈百家事 2022-11-14 01:11:45 投稿 浏览:217
质能方程的提出者是阿尔伯特·爱因斯坦。
爱因斯坦提出的质能方程有三大意义:
第一个重要的意义就是揭示了静止的物体也具有能量。
第二个重要的意义是证明了质量能够单纯地转化为能量。
第三个重要的意义是能量能够产生质量。

质能方程

数百年来,有一种物理定律从未被质疑过,那就是在宇宙中发生的任何反应,质量都是守恒的。无论开始有什么,中间是如何进行的,结果又产生了什么,开始的质量总和最终的质量总和都是相等的。但是根据狭义相对论,质量根本不是最终的守恒量,因为不同的观察者对于系统的能量有不同的看法。下面,就来看一下爱因斯坦从狭义相对论中推导出的最著名方程——质能方程:

E=mc^2

这个方程由三部分组成,(1)E是能量,位于方程的一边,表示系统的总能量;(2)m是质量,与能量存在联系;(3)c^2是光速的平方,使能量和质量等价的换算因子。

这个等式彻底改变了我们对世界的认识,正如爱因斯坦自己说的:“这个方程遵循狭义相对论,质量和能量都是同一事物的不同表现形式。对于一般人而言,这是一个不太熟悉的概念。”

下面是这个简单方程的三个最重大意义。

一、即使是静止的物体也有其固有的能量。能量的形式有很多种,包括机械能、化学能、电能以及动能。这些都是运动或者反应物体的固有能量,它们可以用于做功,比如推动一个发动机,点亮一个灯泡,或者把谷物磨成面粉。但即使是静止的普通物体也具有固有能量,并且这是一个非常巨大的能量。这强烈暗示着,在牛顿的宇宙中,两个物体之间的万有引力都应该以能量为基础,这种能量等价于E=mc^2的质量。

二、质量可以转化成纯能量。质能方程告诉我们,每一千克的质量可以转化为9×10^16焦耳的能量,这相当于2100万吨的TNT爆炸所释放出的能量。在放射性衰变、核聚变或核裂变过程中,最初参与反应的质量会大于最终的质量,质量守恒定律是无效的,减少的质量被转化为能量。从衰变的铀到裂变式原子弹,再到太阳的核聚变,再到物质和反物质的湮灭,都遵循质能方程。

三、能量可以从虚无中产生质量。第三个意义最为深远。如果把两个台球碰撞在一起,结果还是两个台球。如果把一个光子和电子碰撞在一起,结果得到的还是光子和电子。但如果用足够高的能量把一个光子和电子碰撞在一起,结果会得到一个光子、一个电子、一对新的物质-反物质粒子。也就是说,结果会产生两个新的大质量粒子:一个是像电子、质子、中子一样的物质粒子,另一个是像正电子、反质子、反中子一样的反物质粒子。只有当碰撞的能量足够高时,才会产生这些粒子。诸如大型强子对撞机(LHC)等粒子加速器就是通过从纯能量中制造出新的粒子,来寻找那些理论预言中的不稳定高能粒子。事实上,宇宙中的一切物质就是从大爆炸中的能量创造出来的。

质能等效的事实也使爱因斯坦取得了他最伟大的成就:广义相对论。因此,简单的质能方程具有十分深远的意义。


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