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在PBS的“E=MC^2的真正含义”视频中,主持人说质量不能转化为能量。它到底是什么意思?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-07-22 08:47:13

方程的正式名称为E=mc2,是质能等效关系。

注意“等价”这个词。不转换。这个方程没有说明质量转化为能量或者能量转化为质量。质量就是能量,反之亦然。事实上,这正是爱因斯坦1905年发表的论文标题所表达的,该论文在现代背景下介绍了这个方程:“物体的惯量取决于它的能量含量吗?”(“Ist die Tragheit eines Korpers von seinem Energieinhalt abhangig ?”)在这种情况下,“惯性”指的是一个物体的惯性质量,即。,它的质量。

以一个物体为例。它有质量。质量就是能量。但它不是一种有用的能量形式。我们想要含有能量的东西做功。比如,移动物品。加快飞机。光一个灯泡。等等。这能做到吗?

不一定。如果你拿一块惰性的铁,没有已知的机制把它静止的质量-能量转换成其他更有用的形式的能量,如运动或电流。然而,如果有一定量的氢,情况就会发生变化:在聚变反应中,其质量能量的近1%可以转化为热能,而热能又可以用来驱动机器。(要是我们知道如何维持持续的核聚变反应就好了。)

请注意,即使是氢聚变也离100%还有很长的路要走。这是一件好事。因为如果存在一种机制,使静止的质量-能量可以很容易地转化为,嗯,最终的余热,这就意味着物质是不稳定的,随着时间的推移会衰变为余热。值得庆幸的是,这种情况并未发生。

唯一已知的将所有剩余的质能转化为其他形式的能量的机制就是物质-反物质湮灭。就拿我提到的那块惰性铁和另一块惰性的反铁(由铁原子的反物质组成)来说。把两者结合起来,轰!湮灭过程将这些原子和反原子中的大部分转化为辐射热。光子。

幸运的是,反物质难以制造,储存则更难。我们离制造反铁原子还有很长的路要走。目前我们能做的最好的就是反氦,到目前为止只制造出了几个反氦原子。

但E=mc2的真正教训不是关于不同形式的能量之间的转换,而是认识到质量和能量是相同的东西。下次你加热咖啡的时候想想这个:通过让咖啡分子振动得更快一点,也就是。实际上,你增加了一杯咖啡的质量,不知不觉增加了多少。当杯子冷却并向环境辐射热能时,它的质量会相应减少。

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