13質量和能量的聯係
在狹義相對論中,愛因斯坦給出了一個優美的關係式
E=mc2,
這就是質能關係。這個關係把質量和能量聯係到一起,愛因斯坦通過它向人們揭示出物體所具有的全部能量正比於該物體的質量。所以,在粒子物理學中,所有粒子的質量都是用能量標度的。另外,當一個物體運動時,它的質量也不是一成不變的,它將隨著這個物體運動速度v的增加而增加。上式中的質量m就是這個變化的質量,它和我們平時所說的質量之間有如下的關係
在這個關係式中,m0被稱為靜止質量。當一個物體以接近真空光速的速度運動時,如果通過增加物體動量的辦法,如燃燒燃料等,想給物體加速,那麼實際上物體的速度增加不了多少,而能量都將耗費在增加物體的質量上。所以,當一個粒子以很高的速度運動時,想要繼續增加它的速度往往是一件很不容易的事。
對於任何一個運動著的質點,它都具有動量
P=mv,
因此,利用質能方程,可以得到關係式
如果將質點的總能量分為靜止能量,即靜止質量m0乘真空光速的平方,和運動能量,即動能T兩部分,那麼還可以得到動能的表達式
一般說來,當人們說能量為多少的某粒子時,指的就是它的總能量。
質能關係是研究高能物理中粒子的運動、產生和湮滅,以及它們之間的相互作用的基礎。而且,它的提出對世界發展產生了深遠的影響,為核能的利用、原子武器的研製奠定了理論基礎。現在核能已經成為一種最有發展前途的能量來源,如何更合理地利用核能源已經越來越受到人們的重視。
由於相對論是極具有革命性的理論,在科學界,就像普朗克的量子假說一樣,在其誕生之初也遇到過懷疑。但與量子假說不同的是,愛因斯坦對自己創立的相對論始終抱著堅信的態度。同時由於愛因斯坦是猶太人,相對論還曾受到納粹的攻擊,勒納(PhillipLenard)等一批科學家曾經聯合撰文,聲稱有100位教授證明愛因斯坦是錯的,對此,愛因斯坦認為,隻要能夠真正證明相對論是錯的,一個人出麵就足夠了。
事實上,我們在日常生活中所遇到的現象大多數用經典物理學就已經能夠很好地解釋了,但是在研究能量很高、速度很大的粒子的運動時,就不得不考慮到相對論性效應,而且在粒子的湮滅與產生時,也不得不利用那個優美的質能關係方程。
相對論的創立使物理學的研究擺脫了經典物理學思想的束縛,同量子力學一起完成了現代物理學上的一場深遠的革命,為現代物理學和天文學的研究展示了一個廣泛的前景。