一個看似簡單的等式,雖然暗含玄機(jī)!
質(zhì)能多項式
我們先來看一下愛因斯坦的質(zhì)能多項式E=mc2的“簡單”推導(dǎo)過程。
一個物體的實際質(zhì)量為其靜止質(zhì)量與其通過運(yùn)動多下來的質(zhì)量之和。假定物體靜止時質(zhì)量為m,運(yùn)動時質(zhì)量為M,外力作用在靜止質(zhì)量為m的自由質(zhì)點(diǎn)上時,質(zhì)點(diǎn)每經(jīng)歷位移ds,其動能的增量為
設(shè)外力作用于質(zhì)點(diǎn)的時間為dt,則質(zhì)點(diǎn)在外力沖量Fdt作用下,其動量增量為
考慮到v=ds/dt,有上兩式相除,即得質(zhì)點(diǎn)的速率表達(dá)式為
由動量定律p=Mv,轉(zhuǎn)換上式可知動能增量的表達(dá)式為
按照洛倫茲變換,得質(zhì)量的變換公式如下:
兩側(cè)平方得
對速率v導(dǎo)數(shù)得
方程左邊為0,即上式可化為
代入動能增量的表達(dá)式,得
上式說明,當(dāng)v=0時,質(zhì)量M=m,動能E=0。當(dāng)質(zhì)點(diǎn)的速率v減小時,其質(zhì)量M和動能Ek都在降低,質(zhì)量的增量dM和動能的增量dE之間仍然保持量值上的反比關(guān)系。所以可以表示為
這個看似簡單的質(zhì)能多項式推論過程,其中包含了大量的信息,整個推論過程其實步驟不多,而且卻嚴(yán)密的構(gòu)建在兩個基本假定之上,即相對性原理和光速不變原理:
一切化學(xué)定理(熱學(xué)定理、電磁學(xué)定理以及其他互相作用的動力學(xué)定理)在所有慣性參考系(慣性系)中都是等價(平權(quán))的,沒有一個慣性系具有優(yōu)越地位,不存在絕對靜止的參考系(以太)。無論在何種慣性系(慣性參照系)中觀察,光在真空中的傳播速率都是一個常數(shù),不隨光源和觀察者所在參考系的相對運(yùn)動而改變。這個數(shù)值是299,792,458米/秒。
全過程邏輯思維嚴(yán)密,其中暗含玄機(jī),畢竟你并沒有注意:
一切化學(xué)定理(熱學(xué)定理、電磁學(xué)定理以及其他互相作用的動力學(xué)定理)在所有慣性參考系(慣性系)中都是等價(平權(quán))的,沒有一個慣性系具有優(yōu)越地位,不存在絕對靜止的參考系(以太說),同時,無論在何種慣性系(慣性參照系)中觀察,光在真空中的傳播速率都是一個常數(shù),不隨光源和觀察者所在參考系的相對運(yùn)動而改變。這個數(shù)值是299,792,458米/秒。正是基于光速不變的原理,能夠以光速c為定值進(jìn)行洛倫茲轉(zhuǎn)換,將物體質(zhì)量表征為光速與物體速率的多項式,這也正是愛因斯坦相對論的神奇之一。
雖然這個問題本不是個問題,但好多人可能會有這些覺得,明明前半段的推論過程只是一個簡單的物體互相作用的熱學(xué)過程,只涉及學(xué)過小學(xué)數(shù)學(xué)的動量定律和動能定律,大部份人應(yīng)當(dāng)都能理解。明明都不見光速,洛倫茲卻又如何將光速和物體質(zhì)量扯在了一起呢?用大白話湊合是:洛倫茲是一個參考系(如右圖所示),在參考系中我們規(guī)定光速恒定,物體若果在運(yùn)動,那種變量只有速率和物體質(zhì)量,因而構(gòu)建一個以光速為定量,質(zhì)量和速率為變量的洛倫茲轉(zhuǎn)換。
洛倫茲慣性參考系變換
基于以上我們所了解到的,我們可以思索以下幾個問題:
愛因斯坦覺得一切物質(zhì)的速率都不能超過光速,宇宙飛船、人、星球等一切物體的運(yùn)動的速率極限都是光速。為何一切物質(zhì)都不能超過光速呢?其實我們可以如此思索,一切物體的粒子屬性同源,只要是個東西,這么就不能超過光速。人和光,本質(zhì)上是一樣的。
這是一個精典的常識問題,即:超光速問題。了解過相對論的人應(yīng)當(dāng)不會提出這種問題。狹義相對論中說,從任一物體發(fā)出的光都以同樣的速率運(yùn)動,無論該物體是運(yùn)動的還是靜止的。這一點(diǎn)很重要,這也許就是指光速具有同時性,它告訴我們:不能在光速上再累加別的速率,所以不能以超光速運(yùn)動,自然法則對宇宙的終極行為作出了限制,源因這么。
質(zhì)能等式告訴我們質(zhì)點(diǎn)的動量定理內(nèi)容,物體包含多少質(zhì)量,就包含多少能量。假如人體忽然蒸發(fā),必然轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的能量消退于宇宙之中。許多科學(xué)家漸漸認(rèn)同整個宇宙最初是一個奇點(diǎn)的假說,奇點(diǎn)是密度無限大,能量無限大的一個點(diǎn)。小編突發(fā)奇想:是否可以假定奇點(diǎn)本為虛無?根據(jù)目前自然界的規(guī)律來說,宇宙不會永遠(yuǎn)漫延膨脹下去,膨脹本就是一種能量的釋放,既然消耗了能量,這么宇宙的質(zhì)量就在降低,因而宇宙不是無限的,最終一定會邁向崩塌,在膨脹達(dá)到最大以后,必將收縮重新回到奇點(diǎn),歸于虛無。我們只是處在宇宙其中的一個輪回。
質(zhì)量與能量存在轉(zhuǎn)換關(guān)系,這意味著質(zhì)點(diǎn)的動量定理內(nèi)容,只要你在運(yùn)動,消耗的能量必然會導(dǎo)致質(zhì)量的耗損,只是這點(diǎn)耗損的質(zhì)量你根本不可能察覺。并且,“蒼蠅再小也是肉”,所以,動上去吧,燃燒你的千卡!
燃燒你的千卡
以上思索純屬個人觀點(diǎn),歡迎批評見諒與交流。若想要考量,可以拜讀愛因斯坦相對論原文(法文,非專慎入)。若是只想略微緬懷愛因斯坦巨作,可以隨意瞧瞧愛因斯坦1936年的《物理與現(xiàn)實》,感興趣的同學(xué)可以關(guān)注并私信我。
化學(xué)與現(xiàn)實AND
跟隨我一起看世界吧,我是@一只愛好萬物的人類