大家有都知道,這個公式是由物理學家Einstein 提出來的。質能互換的概念就是質量和能量是等價的。而且兩者存在著一定的比例關係,也就是上述的公式所描述的。但是這個想法到底是從哪來的呢?其實這個概念就是從它著名的理論 (狹義相對論) 裡得出的結論。
為甚麼質量和能量會是同樣的概念而且能夠互換呢? 首先,我們要對質量的認知進行調整。一般我們認為的質量就是物體所含有物質的量。物體都是由一顆顆的分子成的,含有的分子越多,質量也越大。但是,在物理學裡,質量被認為是讓物體加速所需要的力量的質。
再來,我們要知道靜止質量與相對論質量的不同。靜止質量M0 就是物體靜止時具有的質量。 如果今天我們看到一個物體對我們的觀察點有相對的運動 (跟著物體一起運動的觀察者會以為物體是靜止的,所以任何被觀察到的運動都是相對的概念),那麼我們會發現這個物體具有的質量比他的靜止質量大。(我剛才提到,跟著物體一起動的觀察者認為物體是靜止的,所以他觀察到的質量還是等於靜止質量) 而相對論質量和靜止質量的關係為
C為光速 ,V為物體的速度,m=相對論質量
如果物體的運動速率(V)為0,靜止質量就等於相對論質量。當能量被施加在物體上時,物體會被加速,而物體加速的同時,質量在增加。所以,我們才可以說兩者是等價的。但是,現在物理學家們不再用這種質量增加的概念,而是朝向能量的方向去想。
越多的能量被施加在系統上時,系統被加速的難度也增加,也就需要更多的能量來讓物體被加速,物體接近光速時,所需要的能量變成無限大,因此,具有質量的物體是無法達到甚至超越光速的。
質能互換的概念被應用在核能發電。讓質量較大的力子分裂成兩顆質量較小的粒子,而且,這兩棵質量較小的粒子加起來的質量小於原本質量較大的粒子之質量。而虧損的質量轉變成了能量,如此一來並不違反質量守恆以及能量守恆(系統的質量不會憑空消失,能量也不會憑空出現或消失)。這樣的概念更進一步地結合了質量守恆以及能量守恆的原理。
同理,太陽之所以能發光也是因為質能互換。不同的是,太陽的核反應是將兩顆質量較小的粒子結合形成一顆粒子。而原本的兩顆粒子之質量總和大於反應後產生的那一顆粒子。中間的質量虧損一樣轉為能量的形式。
以上就是質能等價的大略概念了。
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