網友問:E=mc^2是否意味著一克質量,就相當於原子彈的能量?

愛因斯坦提出的質能方程,闡釋了我們宇宙中質能和能量是統一的,由於光速數值很大,所以很小質量的物體,其中蘊含的能量也是巨大的,但是要把靜止質量轉化為可供利用的能量是非常困難的。

網友問:E=mc^2是否意味著一克質量,就相當於原子彈的能量?

E=mc^2

這就是大名鼎鼎的質能方程,如果只是單純地理解為質量和能量可以相互轉化,那麼就是沒有真正理解質能方程的含義,錯在你把質量和能量看成兩個完全獨立的事物,實際上質量和能量是統一的。

如何理解質量和能量是統一的?

一個運動的物體,經典力學解釋為物體質量為m,速度為v時,物體的動能為mv^2/2。

同樣是這個物體,在相對論中動能為Δmc^2,其中Δm為動質量,此時物體總質量為(m+Δm)。

網友問:E=mc^2是否意味著一克質量,就相當於原子彈的能量?

在相對論中,動能被解釋為動質量,此時我們看到了能量和質量的統一,那麼能量和質量到底誰更基本呢?

很多人會以為是質量,其實不然,能量才是我們世界最基本的物理量,質量只不過是能量的一種表現形式而已,而靜質量和動質量又是我們對質量的不同劃分。

網友問:E=mc^2是否意味著一克質量,就相當於原子彈的能量?

我們生活中常見的物質均由原子構成,原子由核外電子與原子核構成,原子核又由強子(中子和質子)構成,強子又由夸克構成,比如三個夸克構成一個強子,但是我們會發現,一個強子的靜止質量差不多是一個夸克的幾百倍,而多出來的質量,其實是夸克間的強相互作用帶來的,這部分質量本質上就是能量(結合能),但是我們生活中卻把它看成了靜止質量,這樣的例子還有很多很多。

質能方程蘊含的能量

光速是人類定義的速度,數值為c≈3*10^8米/秒,根據質能方程,一克質量完全轉化為能量為:

E=mc^2=9*10^13焦耳;

網友問:E=mc^2是否意味著一克質量,就相當於原子彈的能量?

這相當於燒開4億升的水,或者說相當於2萬噸TNT炸藥釋放的能量,與廣島原子彈爆炸釋放的能量相當。根據質能方程可以看見,小小的一點質量中,就蘊含了巨量的能量。

質能轉換

雖然質量和能量是統一的,但實際當中我們還是喜歡說兩者之間的轉換,畢竟兩者還是有明顯區別的。

網友問:E=mc^2是否意味著一克質量,就相當於原子彈的能量?

質能方程預言質量可以轉化為能量,可實際上要把靜止質量高效率轉化為能量是非常困難的,原子彈和氫彈就是把靜止質量轉化為了能量,其中原子彈爆炸的質量虧損率為0。09%,氫彈爆炸的質量虧損率為0。7%,可以說轉化效率非常低。

根據理論預言,普通物質和反物質相遇,能實現100%的質能轉化效率,但是以人類目前的技術水平,根本無法大量獲取反物質。

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