深度长文:爱因斯坦说过质能等价,但能量真的能转换成质量吗?

宇宙时空探索 2024-02-02 17:21:34

爱因斯坦的狭义相对论里,有一个著名的公式:质能公式,非常简洁,能量等于质量乘以光速的平方。

这个公式看起来很简单,让两个原本看起来毫不相干的两个物理属性紧紧联系在一起,其实公式本身并不像看起来如此简单,还蕴藏着更深刻的奥秘。

由于光速非常大,每秒30万公里,光速的平方自然是一个更大的数字,这意味着一小撮质量就能转换成巨大的能量。比如说,无论是核裂变还是核聚变过程,都会通过“损失质量”的方式释放出巨大能量。

举个例子,核裂变过程中,损失掉的1克质量,就相当于2000吨煤燃烧释放出来的能量!

这里说点题外话,很多人认为原子弹和氢弹的发明就是因为爱因斯坦的质能方程,其实这是一种误解,两者其实没有什么关系。人们只知道质能方程,知道物质中蕴藏着巨大能量,但并不知道如何利用这种能量。实际上,即便没有爱因斯坦的质能方程,科学家也能制造出原子弹和氢弹。

质量转换为能量的现象在我们身边其实是很常见的,核弹(原子弹和氢弹)就是最好的例子。除此之外,物体燃烧过程中的化学反应,严格来讲也是质量转换为能量的过程,这一点与我们上学时学过的质量守恒定律好像发生了矛盾。

毕竟,在化学课上,老师都告诉我们,化学反应前后的质量是守恒的,不过严格来讲化学反应过程也存在着质量亏损,因为任何化学反应都会伴随着能量变化, 只不过这种变化太微小了,我们通常近似认为质量是守恒的。

那么,既然质量和能量是等价的,现实中有没有能量转换成质量的现象呢?确实有,具体都有哪些呢?

首先我们需要简单了解一下质量的定义。不要以为质量很简单,其实细说起来,质量的本质是相当复杂的,之前的科普中做过详细的讲述,这里就不具体展开了。

总体来讲,质量可以分为静质量和动质量,顾名思义,静质量是指物体处于静止状态下的质量,但是世界上并不存在绝对静止的东西,所以在物理学上是这样定义静质量的:在一个惯性系中,如果一个物体相对该惯性系静止,那么在该惯性系下测量到的质量就是静质量。与静质量对应的就是动质量,一个物体相对某惯性系运动,就具有动质量。

明白了以上这些,我们再来看看能量转换成质量的例子。

第一,爱因斯坦的狭义相对论表明,一个物体的运动速度越快,质量就越大,这里的质量就是指物体的动质量。那么多出来的质量到底来自哪里呢?

就是由能量转化的。高速运动的物体会具备更大的动能,这些能量就转化为物体的动质量。只不过只有物体的速度接近光速时,物体的动质量变化才比较明显,我们平时经历的速度基本不会对物体的质量带来任何影响。但是,只要速度足够快,足够接近光速,哪怕是一根针,都可以具备足够大的能量和质量。

科学家曾做过此类实验,通过粒子对撞机将两个基本粒子加速到亚光速,然后让它们发生碰撞,撞击之后产生了总质量大于原两个粒子总质量的新粒子。

多出来的质量其实就是由能量转化来的,说明能量转化为物质需要海量的能量,短时间集中消耗掉,也有人认为宇宙就是高能量奇点爆炸产生的。

第二,在微观粒子中,能量转化为质量的例子其实是很多的,比如说原子核由质子和中子构成,而质子和中子都是由三个夸克构成。理论上讲一个质子或中子的质量应该正好等于三个夸克的质量。

但实际上并非如此,三个夸克的质量总和仅占了质子或者中子质量的1%而已,剩下99%的质量其实都是能量转化来的,什么样的能量呢?就是来自三个夸克之间的强相互作用,三个夸克之间通过强相互作用紧紧束缚在一起,由此产生了强大的束缚能,也就是强力场的能量,强力场通过胶子传递能量。

第三,如果你对上述两种能量转化成质量的方式不太满意,还有最直接的例子。我们都知道光是电磁波,而电磁波也是纯能量,不同频率的电磁波能量也会有所不同。科学家曾做过这样的实验,在实验室中利用强大的激光,可以制造出正反电子对,不管是电子还是反电子(正电子)都是物质。反过来,电子和正电子这两种物质相遇,也会发生湮灭转化成纯能量。

其实所有能量和质量相互转化的现象再次表明了,能量和质量是等价的,只是表现形式不同而已。但其实这种观点也只是通俗的理解,更方便普通吃瓜群众理解,严格来讲也是不严谨的。

严格来讲,能量和质量其实是“不等价”的,因为能量才是最根本的东西,而质量只是能量的另一种表达方式而已。说白了,任何质量其实本质上都是能量,宇宙刚诞生之初就是纯能量状态,没有质量这种属性。

当然,这说来话长了,涉及到质量的本质,甚至是宇宙的起源还有基本粒子的形成问题。如果有兴趣,可以翻翻我之前的科普文,有关于质量本质的详细解读,这里就不再详述了。

可以用一句话来通俗理解能量和质量的关系:能量的聚合就是质量,而质量的离散就是能量!

不管怎么讲,能量才是最根本的,我们的世界可以没有质量,但不能没有能量。哪怕是看起来空无一物的虚空环境,也具备最基本的能量,真空零点能。当然,理论上也存在比真空零点能更低的能量,那就是负能量,科学家们也确实在实验中制造出了少许的负能量,这种能量也被认为是制造虫洞过程中不可或缺的东西!

完!

4 阅读:565
评论列表
  • 2024-04-21 18:31

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。………是恶贯灵魂的彻底的人类公敌!!!迷信悖论斯坦和科幻假说,人类将无法逃脱第六次地球生物大灭绝。

  • 2024-04-26 14:43

    西方逻辑总是喜欢把等效性说成等同性,把似是而非当成金科玉律。

  • 2024-02-02 20:54

    爱因斯坦只不过是美国扶持起来的大网红罢了[得瑟]

    写经人 回复:
    说的对,相对论一百多年了还没有实用性呢。自然科学没有实用性,只能解题,水论文,天文学看烟花,哈哈哈哈哈。
  • 2024-04-01 23:01

    物物相连且有空隙,或物物相连没有空隙。于是我们可以推理能量是无形的物质,但是物质是有密度的,能量却不应该有,否则稀薄了就有密度之分了,有空隙之说了。所以不存在纯能量。仅是我的个人推理,非常有可能是错的。

  • 2024-04-01 23:28

    新粒子变重了,能量转化为质量了。可惜不是纯能量转化来的,是因为有外界在做功。

  • 2024-04-01 23:32

    整个宇宙的物质都在相互作用,相互做功,所以做功才是能量转化为物质的根本。物质最初的相互做功是怎么发生的?

  • 2024-02-08 19:57

    创造公理(公设),号称可以证明,这是爱因斯坦的方法。 公理可以证明吗?不可能。万有引力定律能证明吗?不可能。但可以证伪!!! 参考系平权公设(宇宙处处可放羊)可以证明吗?不可能。只能号称证明了! 所谓的物理定律对所有参考系不变,是个已经证伪的大笑话: 狭义相对论让星钟变慢,再来个广义相对论让星钟变快,你说这钟倒不倒霉?关键是反复修正还是不行(有效证伪)!这不是两头骗吗?参见论文“部分相对论效应对北斗原子钟性能影响分析” ………为引力找原因是目的论物质观。。。自然存在没有原因,不需要原因。追求目的的人才需要因果原因。引力是一种存在,是牛顿归纳发现的,满足“只能如此理解”的必要性和充分性,也符合所有普遍经验。———明天还有太阳,需要原因和证明吗?

  • 2024-03-19 11:16

    自发裂变反应的预测和发现,是原子能利用的直接原因。与爱因斯坦有啥关系?质量亏损是他发现的吗?不知道他如何将沙子变成能量?如何将能量变成质量?篡改美女“动能公式(天天到处用)”把她变性成和尚“质能方程(看到人家核弹成功了,他居然假惺惺地说后悔编造了狗屎造核弹方程)”………这个莫名其妙的数学“能量”是动能还是势能?如何与质量运动发生作用?——解释光电效应?物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。对比牛顿对“引力”必要充分真实的严谨归纳,是不是荒唐的笑话???——原来他还干过采用牛顿引力常数否定万有引力定律的丑事!——相对论篡改伽利略变换,洛伦兹遗憾的说“对于我,只有真正的时间,。。。都是爱因斯坦干的(破坏时间基本概念的荒唐事?)”

  • 光子静止的时候没有质量,找个电子撞它一下,光子就运动起来了,质量也有了。

  • 2024-02-21 13:14

    相对速度是自然公理,是绝对真理。为什么悖论斯坦要用光速不变假说祸害自然真理,欺师灭祖???还造谣说真理是相对的,蔑视自然和它的绝对诚实???

  • 2024-04-01 23:33

    还有势能,引力。

  • 2024-04-02 07:47

    能量当然可以转换成质量,物体原封不动,质量固定,如果给它施加能量,质量肯定变动,质量哪来,能量转换

  • 2024-04-04 19:17

    液体的流动情况,空气的流动情况,微粒子的流动情况,纯能量的流动情况是有共同之处的,那就是受力,纯能量我是假设它存在的。机械能可以破坏一切物质,并赋予物质各种不同的能量。运动和质量又产生惯性,然后又有惯性质量,质量和惯性质量都可能与引力有关。力,做功,机械能,质量,惯性质量,引力。这些最基本的原理,也是本质般的存在。

  • 2024-04-19 17:52

    一切物质都是由微小的能量构成,所以物质=能量。

  • 2024-02-08 19:49

    自然绝对诚实,创造了人类,给了人类无穷的机会,是人类唯一的生存依靠。敬畏自然的绝对诚实,带来了人类科学。。。………悖论斯坦蔑视自然,创造反公理假说,大搞虚幻,意欲何为???狗都知道真假敬畏自然,难道有些人不如狗吗?………数学演绎必须从公理出发,才可能有意义有效。由创造反自然公理假说悖论演绎出的狗屎场方程狗屎核弹方程,必然是骗是祸。

  • 2024-02-08 19:57

    破坏时空观::坐在高速飞行的船上,或站在不同的位置,都会引起观测时间(意识)的延迟或提前,不是改变了观测对象,也没有改变观测者。观测雷电声音的先后不能改变雷电的数量、尺寸和寿命。“钟慢”、“尺缩”和“祖父悖论”都是源于荒谬的“创造假说”,破坏了人类几千年的传统时空观,更大的问题是谎言需要更多的谎言。……悖论斯坦创造一双鞋,号称适合所有人的脚,精度还特别高。小心他偷偷割烂你的脚(时间、空间、质量、场)。………我创造假说1+1>2,因为1大+1小>2小,所以证明了。是不是偷偷破坏了基本概念和认知体系?悖论斯坦就是这样搞破坏的!

  • 2024-02-07 18:24

    生物生长不就是能量转为了质量。

  • 2024-02-08 19:50

    三维空间是观测归纳所得公理表达,不证自明。……绝对时空是真理,相对时空是创造假说,是悖论欺骗。………数千年的绝对时空观,被骗子斯坦创造假说祸害了(相对时空—相对论)。………任何空间位置引力场都是唯一的处处不同的不断变化的,如何空间相对?任何相对移动都必然影响物理定律(惯性系和pi一样都是强大的认知抽象)。意识时间有绝对顺序,如何相对?改变时间方向?改变时间参考点?将古罗马移动到未来?如何抹去遗存和记忆???演绎必须从公理出发,由相对时空悖论出发演绎出狗屎场方程狗屎造核弹方程,不是笑话是什么???

  • 2024-04-01 23:33

    一切都是机械能。。。。

  • 2024-04-04 19:18

    核磁共振,功效大吗,破坏力大吗?

  • 2024-04-13 22:21

    质能方程,>>远远胜过,任何东西能变油+油能变任何东西。。。到底是质量获得能量还是质量变成能量??? ………动能公式,清清楚楚明明白白,到处用天天用,是质量获得能量的经典公理。………能量概念清清楚楚,是对物质运动状态的描述,居然敢欺骗说物质与能量等效???何其狂妄可笑???

  • 2024-04-21 18:31

    解释光电效应是个笑话。物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。发现光电效应是宝贵的金山,本是一条通往微观世界的大道。胡编解释光电效应是毒药祸害!!!………证明光速不变是胡编!光反射驱动光帆恰恰证伪了光速不变。迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。……光子对实验装置相对速度基本不变,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

  • 2024-02-02 20:53

    爱因斯坦的数学错误部分已被后世人修改完毕[得瑟]在数学方面,爱因斯坦已经天下无敌了[得瑟]

  • 2024-02-08 19:57

    空间弯曲是很好玩的——用250公斤的石头压悖论斯坦,用同样体积形状的气球压诚实的人。然后比较空间弯曲有何不同???悖论斯坦和氢气球在万米高空搞升天比赛,他想往哪弯呢???气球相信悖论吗???………三维空间的现在是存在,可观测。四维涉及过去和未来,无法观测。站在不同位置赏月(三维)的是人,看昨天明天日出(四维)的是活鬼(悖论斯坦)。……数学是意识工具,其可表达的数学时空几乎是无限的。物理空间是完全确定的,对应自然存在之真。物理数学完全不同。数学时空弯曲变大小,数学等效质量,数学能量,绝对数学速度,都是虚幻。不真的想象力和精神病无异,欺骗读书人,祸害子孙!

宇宙时空探索

简介:用通俗的语言诠释科学