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E=mc^2如何理解？

质量,物体,能量E=mc^2如何理解？

发布时间：2019-02-08加入收藏来源：互联网点击：

E=mc^2如何理解？

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

先简单了解质能方程如何来的吧

质能方程的推导需要用到狭义相对论中的质速关系（从洛伦兹变换中得到）：

质速关系表明，物体的惯性质量并非一个不变的常数，而是会随着速度v的加快而变大。当速度v趋于光速c时，原本静质量只有m0的物体，运动质量m会增大到无穷。这也是为什么对于那些拥有静质量的物体，光速是不可能达到的极限；而对于那些没有静质量的物体，光速就是它们的唯一所能运动的速度。

由于惯性质量会发生变化，所以需要对牛顿第二运动定律进行拓展：

结合上述两式，可以计算出物体在速度为v时所具有的动能：

在上式中，mc^2表示物体在速度为v时所具有的能量，m0c^2表示物体在相对静止时所具有的能量。于是，就能得到质能方程：E=mc^2。

从质能方程中可以看出，质量和能量在本质上是等价的。质量在某些情况下会转变为能量，例如，核裂变、核聚变和湮灭反应。反过来，能量在某些情况下也会转变为质量，例如，布莱特-惠勒过程、宇宙创生过程。

此外，需要注意的是，质能方程并非促使原子弹的诞生，而是人们制造出原子弹之后，利用该方程解释了原子弹的机理。不过，爱因斯坦对于原子弹的诞生还是起到了作用，因为他当年与另一位物理学家西拉德（核链式反应的真正提出者）联名写信给罗斯福总统，这多少促成了后来的曼哈顿计划。

对它的理解可以从下面简单入手：

相对比广义相对论公式，质能方程E=MC是很多人都熟悉的，一生至少见过一次吧。但此公式应该如何理解，包含什么样的深意，是我要告诉大家的。

质能方程表述如下：E=MC。其中，E是能量，单位是焦耳（J）。M是质量，单位是千克（Kg）。C是真空中光速(m/s)，c=299792458m/s

首先大家要知道的是——爱因斯坦这个公式是从狭义相对论中推得的。也就是必须基于狭义相对论的两个前提：光速不变和狭义相对性原理。该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，静止的物体是没有能量的。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。

爱氏质能方程，一般有以下三种表达。

表达形式1：E0=M0C2 。式中的M0为物体的静止质量，E0为物体的静止能量。中学物理教材中所讲的质能方程含义与此表达式相同，通常简写为E=MC。

表达形式2：Ev=MvC。Mv为随运动速度增大而增大了的质量。Ev为物体运动时的能量，即物体的静止能量和动能之和。

表达形式3：ΔE=ΔMvC。式中的Δm通常为物体静止质量的变化，即质量亏损。ΔE为物体静止能量的变化。实际上这种表达形式是表达形式1的微分形式。

注意有些术语使用中，质量单指静止质量，因为总质量和能量是等价的概念。若m指代静止质量，则公式应改写为E=MC。

而，因此， ym也就是总质量的表达式，其中 y 为洛伦兹因子。

我们都知道这个等式源于爱因斯坦对于物体惯性和它自身能量关系的研究。研究的著名结论就是物体质量实际上就是它自身能量的量度。为了便于理解此关系的重要性，可以比较一下电磁力和引力。

电磁学理论认为，能量包含于与力相关而与电荷无关的场（电场和磁场）中。在万有引力理论中，能量包含于物质本身。因此物质质量能够使时空扭曲。

这个方程对于原子弹的发展是关键性的。

物体的静止能量是它的总内能，包括分子运动的动能、分子间相互作用的

势能、使原子与原子结合在一起的化学能、原子内使原子核和电子结合在一起的电磁能，以及原子核内质子、中子的结合能…….物体静止能量的揭示是相对论最重要的推论之一，它指出，静止粒子内部仍然存在着运动。一定质量的粒子具有一定的内部运动能量，反过来，带有一定内部运动能量的粒子就表现出有一定的惯性质量。

在基本粒子转化过程中，有可能把粒子内部蕴藏着的全部静止能量释放出来，变为可以利用的动能。例如，当π介子衰变为两个光子时，由于光子的静止质量为零而没有静止能量，所以，π介子内部蕴藏着的是全部静止能量。