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爱因斯坦的质能方程E=MC2 , 很多人都听过说 , 公式中的M代表着质量 , 但那只是表面 , 很多人并不知道 , 里面还蕴藏着更深刻的宇宙奥秘 。
先从微观世界说起 。
我们都知道 , 一个氢原子包含一个质子和一个电子 , 按道理讲 , 氢原子的质量应该等于质子和电子的质量总和 , 但事实并非如此 , 氢原子的质量要比质子和电子质量综合小 , 为何会这样呢?
这里就必须重新解读爱因斯坦的质能方程E=MC2 。 我们经常听到这种说法:质量是能量的一种表现形式 , 或者说质量是被束缚的能量 , 质量可以转换成能量等等 。 其实这些说法都不是很严谨 。
质量应该包含两个方面 , 第一物体的组成结构 , 第二 , 物体的内部的运动方式 。
举个简单的例子 , 有两个完全一样的闹钟 , 除了一点:一个闹钟坏掉了 , 指针不走动了 。 另一个闹钟是好的 , 指针正常走动 。 这两个闹钟的质量一样大吗?
并不一样 , 指针走动的闹钟质量会大一些 。 为什么?
【E=MC2中的M到底是什么意思?并非指质量,隐藏着更深层的宇宙奥秘】
因为闹钟的指针在转动 , 具有动能 , 同时由于摩擦会产生热能 , 还有紧紧的弹簧也会产生势能 , 这些能量也是闹钟质量的一部分 , 用E=MC2可以计算出来对整个闹钟质量的贡献 。
不过由于光速是在太大了 , 能量除以光速的平方 , 得到的质量太小了 , 可以忽略不计 , 我们也很难测量到这种微小的差异 。
我们平时所说的质量指的是静止状态下的质量 , 也就是静质量 。 只不过我们通常不会说“静质量” , 而是用质量代替!而公式中E=MC2的M就是指的静质量 。
再举个通俗的例子 , 每当你打开手电筒 , 它的质量就开始变小 , 现在你应该知道为什么了吧?
因为光就是一种能量 , 这些能量是储存在电池里 , 以化学能的形式存在 。 当转变为光能释放出去之后 , 手电筒内部的能量就减少了 , 自然质量也会变小 。
回到文章开头提出的问题:氢原子的质量为什么比质子和电子的质量总和要小呢?
简单说 , 因为质子和电子的势能是负的 。 如何理解这句话?
来个思想实验 , 电子和质子相距无限远时的势能为零 , 由于两者相互吸引 , 必然相互靠近 , 势能当然也会变小 , 所以电子质子之间的势能是负的 。
虽然电子围绕质子运行过程中也有动能 , 但计算结果显示 , 势能更大 , 动能和势能综合起来还是负的 , 根据公式E=MC2 , M当然也是负的 , 所以氢原子的质量要比质子和电子的质量总和小一些!
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