质能方程

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质能方程E = mc²(读作E等于mc平方,亦称为质能转换公式、质能方程)是一种阐述能量(E)与质量(m)间相互关系的理论物理学公式,公式中的c是物理学中代表光速的常数。

质能方程的含义

质能方程E = mc²公式表明物体相对于一个参照系静止时仍然有能量,这是违反牛顿系统的,因为在牛顿系统中,静止物体是没有能量的。这就是为什么物体的质量被称为静止质量。公式中的E可以看成是物体总能量,它与物体总质量(该质量包括静止质量和运动所带来的质量)成正比,只有当物体静止时,它才与物体的(静止)质量(牛顿系统中的质量)成正比。这也表明物体的总质量和静止质量不同。

反过来讲,一束光子在真空中传播,其静止质量是0,但由于它们有运动能量,因此它们也有质量。

质能方程的意义

在狭义相对论里,这一公式表明能量和质量有比例关系,可等价描述,现今夸克等物质即以eV(电子伏特)此能量单位为常用单位。虽然很多人并不确切的知道这个公式的真实含义,但它已经成为人类历史上最有名的公式之一,并成为文化的一部分。有人认为这一公式直接导致了原子弹的设计和制造,但事实上质能转换公式对于原子理论和原子弹的设计和制造并无任何的直接或间接促进作用,而仅仅是后人用来解释原子弹原理的解释工具之一。而爱因斯坦本人对于原子弹制造的贡献在于:

“ 关于原子弹和罗斯福,我所做的仅仅是:鉴于希特勒可能首先拥有原子弹的危险,我签署了一封由西拉德起草给总统的信。 ”

— 《爱因斯坦文集》第三卷335页

质能方程与爱因斯坦

阿尔伯特·爱因斯坦没有在他的1905年论文中精确地表述这个方程”Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?”(“一个物体的惯性依赖于它所包含的能量吗?”,发表于《物理学年鉴》9月27日),这是他现在被称为《奇迹年论文》的文章之一。

该论文所说的确切内容是:‘若一个物体以辐射形式发射能量L,它的质量减少L/c²。’,这个情况下辐射的是动能,而质量是那时候通常所指的质量,也就是今天我们根据情况称为静能量或者不变质量。这是在发射能量前后的质量差,它等于L/c²,而不是物体的整个质量。在那时它仅仅是理论上的还未被实验证明。

爱因斯坦不是唯一将能量联系到质量的人,但他是第一个将这个作为更大的理论的一部分推出的,而且,是根据这个理论的前提所导出的结果。

根据Umberto Bartocci(佩鲁贾大学数学史家),该方程早在两年之前就由Olinto De Pretto发表了,他是一个意大利维琴查的工业家。但是没有主流史学家认为这个结论是真实的或者是重要的,他们认为即便De Pretto是首位发现该公式的人,但是只有在爱因斯坦真正将它和相对论建立联系之后,该公式才真正显示出价值。

E=mc²也是一部在2005年时播放的爱因斯坦电视传记之名称,该传记主要集中在讲述1905年间的事情。

高中物理知识点总结

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