365bet娱乐投注,爱因斯坦的相对论是如何从质量能方程E = mc2推导出来的?

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1905年9月26日,爱因斯坦发表了《关于运动物体的电动力学》。这是著名的论文,后来被称为《相对论》。9月27日,他发表了一篇文章《物体的惯性是一样”是能量吗?“这是后来被称为质量能方程式的论文。今天,穆莱特简要介绍了这篇论文,该论文只有几页长,但它解释了几十年来解释物质原因的原理。能量方程E = mc2,即能量等于质量乘以光速的平方,这个方程是什么意思,它是如何产生的,为什么不能超过光速?
在理解质量能方程之前,我们必须首先在相对论中引入另一种特殊效果,即相对于地面上的观察者而言,移动物体的质量会增加,效果虽然更为复杂,但是我们仍然可以尝试理解。
1.保持动量
1.1冲动的定义
首先,我们将介绍物理动力学中的一个重要概念。什么是动量?简而言之,物体的质量乘以它的速度就是物体的动量。可以粗略地假设一个物体的动量与停止移动物体的难度成正比。当然,物体越快,停止的难度就越大。例如,快速行驶的汽车很难刹车,而以相同的速度停止时,质量越大就越困难.100 km / h的大型卡车与以100 km / h的速度行驶的汽车相比,停车绝对更难,因此冲动的公式是质量乘以速度。
1.2保持动量
有一个铁动量定律,称为动量守恒定律,它是一个物理系统。在没有外力影响的情况下,整个系统的冲动从头到尾都不会改变,无论内部发生何种相互作用系统,无论是碰撞还是融合。
例如,如果一个小球的质量为m且运动速度为v,则它将以质量M击中一个大球,而大球的速度为V。在第一种情况下,这两个是小球碰撞后,它们分开并得到两种不同的速度,小球的速度从v变为v1,大球的速度从V变为V1。然后,动量守恒告诉我们,无论v1和V1如何,碰撞mv1 + MV1之后的总动量必须等于碰撞mv + MV之前的总脉冲。
同样,假设口香糖位于两个小球之间,并且在碰撞后它们不再分离并获得共同的速度V2,那么碰撞后的总脉冲mV2 + MV2必须等于mv + MV,因为如果这两个小球是一个整体,碰撞前后的整体不受外力的影响,必须保留脉冲。
实际上,即使将这两个小球反向粘贴在一起,动量仍会保留。例如,有一个大球M以速度V移动,其中包含炸药,炸药爆炸后,M分为两个小球体,质量分别为m1和m2,速度为v1和v2。无论这些值如何,在这种情况下,它们都必须满足MV = m1v1 + m2v2,因为在大球爆炸之前和之后,整个系统不受外力影响。
2.为什么质量会提高?
知道动量守恒可以解释为什么运动物体的质量增加。
2.1还是一个思想实验
我们想象这样一个物理过程:假设有一个大球M相对于普朗克观察者以速度v在地面上运动。在大球爱因斯坦上也有一个观察者,他没有相对于大球M进行运动。此时,爱因斯坦在大球上放了一颗炸弹,并操纵它突然爆炸,爆炸成两个大小相同的小球,飞向了任一侧。当他们飞出时,它们相对于爱因斯坦的速度始终为v,而爱因斯坦相对于普朗克的速度保持不变,即原始v。在地面上的普朗克爆炸后,左侧的小球获得了左侧的速度v只是使速度v向右偏移,该速度最初是较大球的一部分。对于普朗克来说,球停了下来,速度为0另一个球向右移动。与爱因斯坦相比,他的运动速度为向右v,但此时普朗克正在看球的速度,但并不是2v。考虑相对论效应后的速度重叠与前面提到的传送带问题相同。大球爆炸后,它相对于普朗克向右移动的小球的速度小于2V。
2.2动量守恒定律此时可以使用动量守恒。由于整个系统不受外力影响,因此相对于普朗克的脉冲在爆炸前后应保持不变。爆炸前的脉冲是大球的质量乘以大球的速度,等于Mv。爆炸后,左侧的球停了下来,速度为零,因此没有推动力。但是,对于右边的滑块,假定质量为m,速度小于2 V.如果要保留动量,则可以得出结论,m的质量大于M的一半。
在不考虑相对论效应的情况下,M被分解为两个质量相同的小块,每个小块的质量应该恰好是M的一半,但是现在它大于M的一半,因此移动物体的质量增加了,从而得出了重大结论。
3.质量能方程是如何产生的?
现在我们知道运动物体的质量会增加,我们可以得出爱因斯坦著名的质量能方程E = mc2。
3.1经典力学中的动能
我们都从中学到了动能的概念,在牛顿系统中努力研究一个物体并将其推开一定的距离,然后通过定义动能并结合牛顿秒定律和简单的计算,增加了物体的动能,动能等于动量等于质量乘以速度的平方再除以2。在经典力学中,物体的动能就是这种形式。
3.2相对论质量不是恒定的
在经典力学中,质量是恒定的。以上证明了质量随物体的速度而增加,因此如果我们真的想充分表达物体的能量,就必须计算质量的增加。如果将质量随速度的变化插入动力学公式中能量,然后执行相对复杂的算术运算,很容易获得对象的总能量E = mc2,其中m是考虑相对论效应后的质量。
3.3质量能方程告诉我们什么?
质量能方程告诉我们一些非常重要的东西:能量就是质量,质量就是能量。它们是同一事物的两个体现,可以相互转化。尽管在现代实验室中,我们仅看到了将质量转换为能量的过程,并且尚不清楚将能量转换为质量的过程,但不难确定将质量转换为能量的过程会释放大量的能量。
一个简单的计算表明,光速是一个非常大的数字,乘以8的10倍的3倍,然后乘以16的10倍的9倍。即使只有一公斤的质量,您也可以释放全部9万亿焦耳转换成能量的水,足以煮沸200亿吨沸水。值得注意的是,原子弹和氢弹爆炸之所以如此强大,是因为它们使用能量方程将质量转换为能量。
4.为什么不能超过光速?
现在我们已经掌握了质量能方程,让我们看一个重要的结论:光速不能超过。4.1速度越高,能量越大。当我们加速粒子时,粒子的质量增加得越快。现在让我们写一个质量随速度增加的公式不难确定速度与光速之比低时质量的变化几乎可以忽略不计。但是,随着速度接近光速,分母上的值越来越接近0,并且整个质量越来越接近无穷大。
最后,当物体的速度无限接近光速时,物体的总质量趋于无穷大。但是,很明显自然不可能拥有无限的能量,因此,在静止状态下,不可能将质量不为零的物体加速到光速。
4.2静态质量和动态质量
如果您的静止质量也不为零,则当分子和分母都为0时,整个表达式可以给出一个有限值。这就是为什么光本身可以达到光速的原因,因为光没有静态质量并且没有光速。它移动时,光速必须是。在最小的文章中,我们将提到一种称为胶子的粒子,其静止质量也为零,因此其运动速度就是光速。
4.3整体能量这种现象是在欧洲核研究组织(CERN)的强子对撞机(LHC)中发现的,科学家将两个质子加速到亚光速并在粒子管道中发生碰撞,当这两个高能质子在散射过程中发生碰撞时。,观察到该现象:这两个质子没有改变,但是新的粒子正在出现,例如我们相对熟悉的“ J /ψ介子”。
“ J /ψ-介子”由一个夸克和一个反夸克组成。如上所述,质子由两个上夸克和一个下夸克组成。这意味着在这个碰撞过程中产生的“ J /ψ介子”不是“质子碎片”。它们直接由质子携带的能量组成。反应公式为:
得出以下结论:
爱因斯坦的狭义相对论只有一个对变化无反应的原理,即光速原理:在每个参考系中,无论运动有多快,测得的光速都是一个恒定值。
我们从光速恒定的原理中获得了许多神奇的效果,例如时钟的慢速效果:机芯速度越快,时间越慢,尺子减少效果:机芯速度越快,长度和长度越短。运动越快,质量就越大。通过这些结论,可以直接导出爱因斯坦的质能方程E = mc2。它告诉我们能量和质量是相同的,同一事物的两个侧面,并且物体的速度就是光速不能超过。
相对论还告诉我们,时间和空间不是彼此独立的,而是相互关联的。运动状态决定了时间的变化。
那么为什么称其为相对论呢?它表明在我们的宇宙中所有观测都必须表明它们与谁有关,并且没有绝对存在。

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