爱因斯坦最着名的方程E =mc²的三个含义

这不仅仅是质能等​​同，这是解开量子宇宙的关键。

几百年来，有一个永恒的物理学定律，从来没有受到挑战：在宇宙中发生的任何反应中，质量是守恒的。不管你放什么，什么反应，什么出来，你开始的总和和你结束的总和是平等的。但是在狭义相对论的定律下，质量根本不可能是最终的守恒量，因为不同的观察者会不同意系统的能量。相反，爱因斯坦能够推导出一个我们今天仍然使用的规律，由最简单但是最强大的方程式之一写成，E = mc²。

爱因斯坦最着名的陈述只有三个部分：

1、E或能量，它是方程一边的整体，代表系统的总能量。
2、m或质量，这与通过转换因子的能量有关。
3、而c²是光速的平方：我们需要使质量和能量相等的正确因素。

这个等式意味着什么是彻底的世界变化。正如爱因斯坦自己所说的那样：

从狭义相对论来看，质量和能量都是同一事物的不同表现形式 – 对于普通人来说，这是一种有些陌生的概念。

以下是这个简单方程的三个最大意义

即使是休息的群众也有一种固有的能量。你已经学习了所有类型的能量，包括机械能，化学能，电能以及动能。这些都是移动或反应物体固有的能量，这些能量形式可以用来做工作，例如运行引擎，给灯泡供电，或者把谷物磨成​​面粉。但即使是平静，古老，规则的静止物质也具有固有的能量：巨大的能量。这带有巨大的含义：牛顿的宇宙中的任何两个群众之间的万有引力也应该以能量为基础，这相当于通过E = mc 2的质量。

质量可以转化为纯能量。这是等式的第二个含义，其中E =mc²告诉我们从转换质量到多少能量。每转换1千克质量，你就能得到9×1018焦耳的能量，这相当于21兆吨的TNT。当我们经历放射性衰变，或者核裂变或者核聚变反应时，我们开始的质量大于我们碰到的质量; 质量守恒定律无效。但差额的多少是释放了多少能量！从衰变的铀到裂变炸弹，到太阳的核聚变，再到物质 – 反物质的歼灭，都是如此。你摧毁的质量成为能量，你得到的能量由E = mc 2给出。

能量可以用来从无到有，除了纯粹的能量之外，使物质成为可能。最后的意义是最深刻的。如果你拿两个台球把它们一起粉碎，你会得到两个台球。如果你把一个光子和一个电子一起粉碎，你会得到一个光子和一个电子。但是如果用足够的能量将它们粉碎在一起，就会得到一个光子，一个电子，一个新物质 – 反物质粒子。换句话说，你会创造两个新的巨大的粒子：

物质粒子，如电子，质子，中子等，
和反物质粒子，如正电子，反质子，反中子等，

如果你投入足够的精力开始，它的存在才会出现。这就是粒子加速器，就像欧洲核子研究中心的大型强子对撞机一样，首先要寻找新的，不稳定的高能​​粒子（如希格斯玻色子或顶夸克）：用纯能量制造新粒子。你得到的质量来自可用的能量：m = E /c²。这也意味着，如果您的颗粒具有有限的寿命，则由于海森堡不确定性，有一个固有不可知到它的质量，因为Δ È Δ 吨〜ħ，因此有一个对应的Δ 米从爱因斯坦方程，太。当物理学家谈论一个粒子的宽度时，这种固有的质量不确定性就是他们正在谈论的。

质能等价的事实也导致了爱因斯坦的最大成就：广义相对论。想象一下，你有一个物质的粒子和一个反物质的粒子，每个都有相同的休息质量。你可以消灭它们，它们会产生一定量的能量的光子，具体数量由E =mc²给出。现在想象一下，你们这颗粒子/反粒子快速地移动了，就好像它们已经从外太空掉下来一样，然后在接近地球表面的地方湮灭了。这些光子现在将有额外的能量：不仅是Ë从E =MC²，但附加Ë从动能他们获得了由下降量。

如果我们要节约能源，我们必须明白，引力红移（和蓝移）一定是真实的。牛顿的引力无法解释这一点，但在爱因斯坦的广义相对论中，空间的曲率意味着落入引力场使你获得能量，爬出引力场使你失去能量。那么，对于任何移动的物体来说，完整的和一般的关系不仅仅是E =mc²，而且E²= m2c4 + pc2。（其中p是动量）只有通过概括包括能量，动量和引力在内的东西，才能真实地描述宇宙。

爱因斯坦最伟大的等式，E =mc²，是基础物理的力量和简单的胜利。物质具有固有的能量，质量可以在正确的条件下被转化为纯能量，并且能量可以用来创造以前不存在的大量物体。以这种方式思考问题使我们能够发现构成我们宇宙的基本粒子，发明核能和核武器，并发现描述宇宙中每个物体如何相互作用的重力理论。而要找出这个等式的关键呢？一个不起眼的思想实验，基于一个简单的概念：即能量和动量都守恒。其余的部分？这只是宇宙的一个不可避免的结果。

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

作者：Ethan Siegel

宝宝起名