解释E=mc2或者用数学模型

解释E=mc2或者用数学模型
解释E=mc2
或者用数学模型

解释E=mc2或者用数学模型
质能等价理论是爱因斯坦狭义相对论的最重要的推论,即著名的方程式E=mC^2,式中为E能量,m为质量,C为光速；也就是说,一切物质都潜藏着质量乘于光速平方的能量. 由此可以解释为什么物体的运动速度不可能超过光速.
一个静止的物体,其全部的能量都包含在静止的质量中.一旦运动,就要产生动能.由于质量和能量等价,运动中所具有的能量应加到质量上,也就是说,运动的物体的质量会增加.当物体的运动速度远低于光速时,增加的质量微乎其微,如速度达到光速的0.1时,质量只增加0.5％.但随着速度接近光速,其增加的质量就显著了.如速度达到光速的0.9时,其质量增加了一倍多.这时,物体继续加速就需要更多的能量.当速度趋近光速时,质量随着速度的增加而直线上升,速度无限接近光速时,质量趋向于无限大,需要无限多的能量.因此,任何物体的运动速度不可能达到光速,只有质量为零的粒子才可以以光速运动,如光子.
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能量守恒定则.宇宙通用

一、质能方程的三种表达形式
表达形式1：E0=m0c2
上式中的m0为物体的静止质量，m0c2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=mc2.
表达形式2：E=mc2

随运动速度增大而增大的量.mc2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=Δmc...

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一、质能方程的三种表达形式
表达形式1：E0=m0c2
上式中的m0为物体的静止质量，m0c2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=mc2.
表达形式2：E=mc2

随运动速度增大而增大的量.mc2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=Δmc2
上式中的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.这种表达形式最常用，也是学生最容易产生误解的表达形式.
二、物体的静止能量
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π0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，π0介子内部蕴藏着的全部静止能量
三、质量和能量的联系
在经典力学中，质量和能量之间是相互独立、没有关系的，但在相对论力学中，能量和质量只不过是物体力学性质的两个不同方面而已.这样，在相对论中质量这一概念的外延就被大大地扩展了.爱因斯坦指出：“如果有一物体以辐射形式放出能量ΔE，那么它的质量就要减少ΔE/c2.至于物体所失去的能量是否恰好变成辐射能，在这里显然是无关紧要的，于是我们被引到了这样一个更加普遍的结论上来.物体的质量是它所含能量的量度.”他还指出：“这个结果有着特殊的理论重要性，因为在这个结果中，物体系的惯性质量和能量以同一种东西的姿态出现……，我们无论如何也不可能明确地区分体系的‘真实’质量和‘表现’质量.把任何惯性质量理解为能量的一种储藏，看来要自然得多.”这样，原来在经典力学中彼此独立的质量守恒和能量守恒定律结合起来，成了统一的“质能守恒定律”，它充分反映了物质和运动的统一性.
质能方程说明，质量和能量是不可分割而联系着的.一方面，任何物质系统既可用质量m来标志它的数量，也可用能量E来标志它的数量；另一方面，一个系统的能量减少时，其质量也相应减少，另一个系统接受而增加了能量时，其质量也相应地增加.
四、质量亏损与质量守恒
当一组粒子构成复合物体时，由于各粒子之间有相互作用能以及有相对运动的动能，因而，当物体整体静止时，它的总能量一般不等于所有粒子的静止能量之和，即E0≠∑mioc2，其中mi0为第i个粒子的静止质量.两者之差称为物体的结合能：ΔE=∑mioc2-E0.与此对应，物体的静止质量M0=E0/c2亦不等于组成它的各粒子的静止质量之和，两者之差称为质量亏损：Δm=∑mio-M0.质量亏损与结合能之间有关系：ΔE=Δmc2.
由于在中学物理教材中，对此式的解释较浅，因此，有些学生就误认为，核反应过程中，质量不再守恒，且少掉的质量转化为能量了.
我们知道，质量的转换与守恒是物体系统运动过程中的最基本规律.通常情况下，质量守恒是在低速条件下的静止质量守恒，在高速情况下，静止质量与运动质量相互转化，总质量仍然守恒.如在电子光子簇现象中，当一个高能电子或光子进入原子序数较高的物质中，在很短距离内就可以产生许多电子和光子.在这个级联过程中，粒子的静止质量与运动质量相互转化.但在级联前后，总质量保持守恒.又如光的辐射过程是辐射系统的内能转变为辐射能的过程，辐射系统质量的相应减少，不过表示它的一部分质量转化为光子的质量而已.

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