重新理解愛因斯坦質能方程
物理定律可以用數學公式來表達。 當數學公式以不同的形式書寫時,它們具有不同的物理意義。 對于大二物理中的歐姆定律,我們可以寫成以下三種形式:
1. I=U/R。 對于某些電路來說,這是歐姆定律。 它所表達的物理意義是:通過某個電路的電流強度與加在電路兩端的電壓成正比,與電路的電阻成反比。
2.R=U/I。 這就是阻力的定義。 它表達的物理意義是:如果加在某個電路兩端的電壓為1伏,通過它的電流強度為1安培,那么這個電路的電阻就是1歐姆。
3.U=IR。 這就是電壓、電流和電阻之間的關系。 它表達的物理意義是:沿著電流I的方向,每經過一個阻值為R的電阻,電勢就會下降U。
同樣的道理,我們也可以把愛因斯坦的質能方程寫成三種不同的形式。
(1)、E=mc2。 對于這種書寫形式,我們可以稱之為愛因斯坦質能方程。 它告訴我們的是,物體的質量和能量之間存在著密切的聯系:不僅物質的質量和能量密不可分,而且物質所包含的能量和質量之間也存在著直接的比例關系。 也就是說,物質所含能量的多少取決于其質量:質量小則含有較少的能量,質量大則含有較多的能量。 有很多例子可以說明和證實這種認識的正確性。 煤、石油、木材等物質都含有并儲存大量的化學能。 也可以說,它們所含的化學能與其質量成正比。 在燃燒之前,這些物質所含的化學能和質量之間確實存在著不可分割的關系。 用它來解釋化學物質所含的化學能與其質量之間的關系更為合適。
但如果由此推論:“具有一定質量的物質必然具有相應的能量”可能并不一定合適。 因為愛因斯坦的質能方程一定是理論推導出來的結論,它可能并不適用于所有物質,我們不能把它作為一個通用公式。 我們在尊重理論的同時,也要注重實踐的檢驗。 任何理論知識都不能繞過實踐的檢驗。 只有經得起實踐檢驗的理論知識才是科學真理。
(2)、⊿E=⊿mc2。 對于這種書寫形式,我們可以稱之為愛因斯坦質能聯系方程。 它告訴我們的是,當物質的質量發生變化時,它所包含的能量也會發生變化。 當物質的質量增加時,其所含的能量也增加; 當物質的質量減少時,它所含的能量也會減少。 能量的增加或減少與質量的增加或減少之間仍然存在直接關系。 有很多例子用來說明和證明這種認識的正確性。 煤、石油、木材等植物中儲存的化學能的增加或減少總是與其質量的增加或減少成正比。 同樣,也可以用來計算原子核裂變和聚變過程中核能的釋放。 我們知道,在核能釋放過程中,會發生質量損失。 由于核能的釋放,原子核所含的能量減少,同時由于質量損失,原子核的質量也減少。 在這個過程中,原子核減少的能量和原子核減少的質量之間仍然存在著直接的關系。 即使在核反應過程中,能量也會發生變化。 如果核系統向外界釋放能量,它的質量就會損失。 如果核系統吸收外界的能量,它的質量就會增加。
同樣,這種形式的質能關系方程也適用于其他生化過程。 例如,植物在生長過程中,必須吸收地下水、空氣中的二氧化碳、太陽能等。 植物通過光合作用,將吸收的太陽能,即電磁波,以化學能的形式儲存在植物體內。 在這個過程中,植物體的體積和質量增加,植物體內儲存的相應化學能也增加。 植物中儲存的化學能總是與植物質量的增加成正比。
相反,當煤炭、石油和植物燃燒時,它們體內儲存的化學能就會被釋放出來。 由于煤炭、石油和植物體的燃燒,它們的質量減少,并且由于能量的釋放,它們所含有的能量也減少。 這樣,煤炭、石油和工廠的能量減少和質量減少之間仍然存在直接關系。 這仍然符合愛因斯坦的質能方程。
(3)、⊿E-⊿mc2=0。 對于這種書寫形式,我們可以稱之為愛因斯坦質能轉換守恒定律或質能守恒方程。 它告訴我們:當系統的質量減少時,它的能量就會增加;反之,系統的能量就會增加。 當系統的質量增加時,其能量會減少。 當系統的質量發生變化時,其能量也必然發生變化; 當系統的能量發生變化時,其質量也必然發生相應的變化。 并且系統能量的增加與質量的減少之間存在一定的定量關系。 這說明系統的質量和能量之間存在相互轉換。
有很多例子用來說明和證實這種理解的正確性。 例如,當一對電子和正電子相遇時會發生湮滅,并且也會發生相反的過程。 在正電子對湮滅過程中,正電子對的質量消失,產生伽馬光子的能量。 電子-正電子對的質量轉化為伽馬光子的能量; 在正負電子對的產生過程中,是伽馬光子的能量轉化為正負電子對的質量。
同樣,它也適用于植物的生長過程以及煤、石油和植物物質的燃燒過程。 在植物的生長過程中,植物吸收太陽能并增加植物的質量。 本質是太陽能轉化為植物質量的一部分。 在煤、油和植物物質的燃燒過程中,煤、油和植物物質的質量減少,而釋放的能量增加。 在這個過程中,實質是將煤炭、石油和植物物質的減少質量轉化為能量。 在這些不同的物理、化學質變過程中,物質的質量和能量確實是相互轉化的。 而這種轉變過程至今仍在宇宙的各個角落普遍發生。
我們對這個問題的理解是,世界之大,無奇不有。 能量有不同的存在和轉化方式。 這是正?,F象,無需大驚小怪。 以上三種方式書寫了愛因斯坦質能轉換和守恒定律以及對物理、生物和化學過程的解釋。 第一種寫法只是說明物質的能量和質量之間存在一定的數量關系。 ,且密不可分。 它沒有清楚地反映能量和質量可以相互轉換的問題。 對于這種寫法,我們不要無原則地推廣愛因斯坦質能關系式說明了什么,而應該在實際測試的基礎上加深理解。 后兩種寫法本質上沒有區別,只是思考問題的方法和角度略有不同。 后兩種寫法和解釋都體現了物質在質變過程中質量和能量可以相互轉化的思想。 因為作為一個系統愛因斯坦質能關系式說明了什么,當質量增加時,能量就會被吸收; 當質量減少時,能量被釋放。 質量的增加與所包含的能量成正比,質量的減少也與釋放的能量成正比。 一種解釋不一定比另一種解釋更精彩或更優越。 對于第三種寫法,很明顯,當系統質量減小時,系統釋放的能量增加; 當系統的質量增加時,系統吸收的能量增加。 這種情況只能用質量與能量的相互轉換關系來解釋。 這不是我們承認不承認的問題。