愛因斯坦最著名的方程E =mc2的三個含義

這不僅僅是質(zhì)能等??同，這是解開量子宇宙的關(guān)鍵。

幾百年來，有一個永恒的物理學定律，從來沒有受到挑戰(zhàn)：在宇宙中發(fā)生的任何反應(yīng)中，質(zhì)量是守恒的。不管你放什么，什么反應(yīng)，什么出來，你開始的總和和你結(jié)束的總和是平等的。但是在狹義相對論的定律下，質(zhì)量根本不可能是最終的守恒量，因為不同的觀察者會不同意系統(tǒng)的能量。相反，愛因斯坦能夠推導出一個我們今天仍然使用的規(guī)律，由最簡單但是最強大的方程式之一寫成，E = mc2。

愛因斯坦最著名的陳述只有三個部分：

1、E或能量，它是方程一邊的整體，代表系統(tǒng)的總能量。
2、m或質(zhì)量，這與通過轉(zhuǎn)換因子的能量有關(guān)。
3、而c2是光速的平方：我們需要使質(zhì)量和能量相等的正確因素。

這個等式意味著什么是徹底的世界變化。正如愛因斯坦自己所說的那樣：

從狹義相對論來看，質(zhì)量和能量都是同一事物的不同表現(xiàn)形式 – 對于普通人來說，這是一種有些陌生的概念。

以下是這個簡單方程的三個最大意義

即使是休息的群眾也有一種固有的能量。你已經(jīng)學習了所有類型的能量，包括機械能，化學能，電能以及動能。這些都是移動或反應(yīng)物體固有的能量，這些能量形式可以用來做工作，例如運行引擎，給燈泡供電，或者把谷物磨成??面粉。但即使是平靜，古老，規(guī)則的靜止物質(zhì)也具有固有的能量：巨大的能量。這帶有巨大的含義：牛頓的宇宙中的任何兩個群眾之間的萬有引力也應(yīng)該以能量為基礎(chǔ)，這相當于通過E = mc 2的質(zhì)量。

質(zhì)量可以轉(zhuǎn)化為純能量。這是等式的第二個含義，其中E =mc2告訴我們從轉(zhuǎn)換質(zhì)量到多少能量。每轉(zhuǎn)換1千克質(zhì)量，你就能得到9×1018焦耳的能量，這相當于21兆噸的TNT。當我們經(jīng)歷放射性衰變，或者核裂變或者核聚變反應(yīng)時，我們開始的質(zhì)量大于我們碰到的質(zhì)量;?質(zhì)量守恒定律無效。但差額的多少是釋放了多少能量！從衰變的鈾到裂變炸彈，到太陽的核聚變，再到物質(zhì) – 反物質(zhì)的殲滅，都是如此。你摧毀的質(zhì)量成為能量，你得到的能量由E = mc 2給出。

能量可以用來從無到有，除了純粹的能量之外，使物質(zhì)成為可能。最后的意義是最深刻的。如果你拿兩個臺球把它們一起粉碎，你會得到兩個臺球。如果你把一個光子和一個電子一起粉碎，你會得到一個光子和一個電子。但是如果用足夠的能量將它們粉碎在一起，就會得到一個光子，一個電子，一個新物質(zhì) – 反物質(zhì)粒子。換句話說，你會創(chuàng)造兩個新的巨大的粒子：

物質(zhì)粒子，如電子，質(zhì)子，中子等，
和反物質(zhì)粒子，如正電子，反質(zhì)子，反中子等，

如果你投入足夠的精力開始，它的存在才會出現(xiàn)。這就是粒子加速器，就像歐洲核子研究中心的大型強子對撞機一樣，首先要尋找新的，不穩(wěn)定的高能??粒子（如希格斯玻色子或頂夸克）：用純能量制造新粒子。你得到的質(zhì)量來自可用的能量：m = E /c2。這也意味著，如果您的顆粒具有有限的壽命，則由于海森堡不確定性，有一個固有不可知到它的質(zhì)量，因為Δ?è?Δ?噸??，因此有一個對應(yīng)的Δ?米從愛因斯坦方程，太。當物理學家談?wù)撘粋€粒子的寬度時，這種固有的質(zhì)量不確定性就是他們正在談?wù)摰摹?/p>

質(zhì)能等價的事實也導致了愛因斯坦的最大成就：廣義相對論。想象一下，你有一個物質(zhì)的粒子和一個反物質(zhì)的粒子，每個都有相同的休息質(zhì)量。你可以消滅它們，它們會產(chǎn)生一定量的能量的光子，具體數(shù)量由E =mc2給出?，F(xiàn)在想象一下，你們這顆粒子/反粒子快速地移動了，就好像它們已經(jīng)從外太空掉下來一樣，然后在接近地球表面的地方湮滅了。這些光子現(xiàn)在將有額外的能量：不僅是?從E =MC2，但附加?從動能他們獲得了由下降量。

如果我們要節(jié)約能源，我們必須明白，引力紅移（和藍移）一定是真實的。牛頓的引力無法解釋這一點，但在愛因斯坦的廣義相對論中，空間的曲率意味著落入引力場使你獲得能量，爬出引力場使你失去能量。那么，對于任何移動的物體來說，完整的和一般的關(guān)系不僅僅是E =mc2，而且E2= m2c4?+?pc2。（其中p是動量）只有通過概括包括能量，動量和引力在內(nèi)的東西，才能真實地描述宇宙。

愛因斯坦最偉大的等式，E =mc2，是基礎(chǔ)物理的力量和簡單的勝利。物質(zhì)具有固有的能量，質(zhì)量可以在正確的條件下被轉(zhuǎn)化為純能量，并且能量可以用來創(chuàng)造以前不存在的大量物體。以這種方式思考問題使我們能夠發(fā)現(xiàn)構(gòu)成我們宇宙的基本粒子，發(fā)明核能和核武器，并發(fā)現(xiàn)描述宇宙中每個物體如何相互作用的重力理論。而要找出這個等式的關(guān)鍵呢？一個不起眼的思想實驗，基于一個簡單的概念：即能量和動量都守恒。其余的部分？這只是宇宙的一個不可避免的結(jié)果。

文章來源：https://medium.com/starts-with-a-bang/the-three-meanings-of-e-mc%C2%B2-einsteins-most-famous-equation-a0ec1549b4cd

作者：Ethan Siegel

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