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| 从现在开始,我们要站在一个更高的角度来认识“质量和能量”的正确关系:质量就是锁闭的能量,能量就是释放了的质量。
这种认识的改变,是爱因斯坦带给我们的。古人说:物质不灭!这是传统的哲学思想。现在回过头来看,这种思想是错的。除非我们加上一个条件:物质=能量,物质不灭才是正确的。爱因斯坦就这样改变了我们的哲学观,而他用的却是物理的方式,我们不禁要问,物理学家和哲学家到底是什么关系? I· BerylhaPll说:“在许多意义上,理论物理学家只是穿了工作服的哲学家。” 1905年,爱因斯坦在3月和9月发表了四篇论文,人们把这四篇论文说成是“划过黑夜的闪电”。其中,有一篇的论文题目是《物体的惯性与它所含的能量有关吗?》。这里所说的惯性就是物体的质量。爱因斯坦根据相对论的理论计算,推导出了那个著名的质能公式E=mc2。 在那篇论文中,爱因斯坦得出了几个惊世骇俗的结论: 物体的质量是它所含能量的一种量度,如果能量改变了,其质量也就改变了。 如果物体以辐射的形式放出能量,那么辐射就在辐射体和吸收体之间传递着能量。 通过这些结论,我们可以得出一些有趣的现象。比如,你坐在炉火边烤火,因为你接受炉火的热辐射,体温升高,所以你的体重会增加。 你坐在一高速飞行的飞机上,你跟飞机有着同样的速度,因此你的动能增加了,所以你也变重了。 现在我们已经知道,质量和能量,其实就是同一个物理量的不同名称。质量可以转化成能量,能量也可以生成质量。它们之间的转化系数是c2,即光速的平方,也即300000×300000。所以,从另一个角度来说,我们每个人都具有无比巨大的能量(体重乘以光速的平方)。 在很多人的眼里,爱因斯坦的理论似乎只跟核能有关,这是不对的,实际上它通用于日常生活的方方面面,虽然这种效应很小很小,但总归是发生了。我们可以视而不见,但有必要去懂得它的原理,并把质量能转化成能量当成一种常识。 根据爱因斯坦的理论,只要有能量转移,就有质量转移。所以在一般的燃烧过程中,质量也会减少,只是减少的非常小,我们难于观察而已。 “事实上,在烧一节木头时,如果我们仔细地称量木块,灰烬,碳渣和闪着火焰的热气的质量,就会发现,有一小部分质量消失了:它们被转化成能量了。(选自《可怕的对称》)” 另外,用能量生成物质的例子也很平常。在现代的粒子加速器里,人们把电子加速到接近光速时,就会发现它们增重了十几倍。还有,物理学家保罗·狄拉克在1930年曾预言:假如我们在某个地方聚集起足够的能量,那么在这个地方就会生出以前不存在的粒子。并且这些粒子是以物质与反物质的形式出现的,即创生出一个电子的同时必会生出一个反电子。当时人们还不知道反物质是什么玩意儿,后来科学家们在宇宙射线里发现了反电子,并且陆续地,人们在实验室里用能量制造出了各种反粒子,如反质子,反中子等等。至此,保罗·狄拉克才因他的大胆预言而跟另一科学家同获诺贝尔物理奖。 因为爱因斯坦是如此著名,以至人们总是认为 : 核武器的巨大威力是根据相对论得来的,没有爱因斯坦,就不会有原子弹,氢弹和核电站。 萨根说,这是不对的,就算没有爱因斯坦的E=mc2,各种核武器也照样可以造出来。而大名鼎鼎的量子力学奠基人海森堡也说,这是误会。在他那本《物理学和哲学》的书中,海森堡是这样说的:“原子爆炸中,能量的大量释放是爱因斯坦方程正确性的另一个更为惊人的证明。但我们可以在这里补充一点批判性的历史评论。 时常有人说,原子爆炸的巨大能量是由于质量直接转化为能量,并且只有根据相对论,人们才能预计这些能量。然而,这是一种误解。原子核中可利用的巨大能量早在贝克勒耳、居里和卢瑟福的放射性衰变的实验中就已经知道了。任何象镭一样的衰变物质产生的热量差不多比同等数量的质料,在化学变化过程中释放的热量大一百万倍………” |
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