温度与质量关系

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1、质能转化逆过程的初步讨论摘要：本文从三个方面讨论了能量和质量的转化关系，并推导出了两个实验的结果用以验证，丰富了相对论质能等价关系的涵义，关键词：质量能量相对论正文：在相对论中，质量和能量存在一种等价关系。质量为m的物体具有相对论总能量E，即（1）物体的质量减少转化为巨大的能量释放。如原子核的裂变和聚变、正反物质的湮灭。那么，上述过程的逆过程是否存在呢？是否可以给予物体能量使其质量增加，或者让能量巨大的激光全部干涉向消而产生出粒子呢？把方程（1）做一个变换，得（2）仅从数学上考虑，可以看出，如果使物体的相对论总能量增大，可使其质量增加。狭义相对论中，因物体的运动而

2、使其相对论质量增大。但未对其他形式的能量进行讨论。现在我们可以把方程（2）理解为任何形式的总能量增加将导致物体相对论质量或静止质量的增加。下面分别从三个方面加以讨论。I.对宏观系统（由大量粒子组成的系统）的讨论首先构造一个理想模型。设一个由同一种理想气体粒子组成的系统：粒子为单原子分子，只有平动自由度且为3，没有转动自由度；每个粒子的静质量相同；粒子之间除了碰撞，没有其他相互作用；系统体积和形状恒定（容器壁忽略，只考虑理想气体组成的系统）；所选参考系都是实验室参考系,系统的质心总是想对其静止。因该系统是有无相互作用（除碰撞外）的气体粒子组成，系统的总能量等于各粒子

3、能量之和。当系统为孤立系统时，有：(3)表示系统的总能量，表示第i个粒子的能量，为常数。单独考虑每一个气体粒子时，由相对论质能方程，可知组成理想气体的第个粒子的相对论质量为：(4)式中，表示每个粒子的相对论质量，为每个粒子的静质量。当把系统作为一个整体考虑时，系统是静止的。则其相对论质量就是静止质量。由方程（2）：（5）表示系统静质量，为系统具有的总能量。综合（2）、（3）、（4）、（5），得（6）由方程（6）可以得出，系统的静止质量是一个跟组成他的粒子的速率大小和分布有关的函数。下面用能量均分定理对系统质量随内能的变化作定量的讨论。热力学中，用温度作为理想气体分

4、子平均动能的量度。该系统粒子之间除了碰撞无其他相互作用，因而系统的内能就是组成它的粒子的动能总和。以N表示一定的理想气体的粒子总数，则系统内能就是每个分子的平均动能之和。对于总自由度为3的理想气体，其平均动能计算公式为：（7）为平均动能，为玻尔兹曼常数。所以该系统的内能为：（8）设该系统静止时除内能外的其他能量为（亦即每个粒子在静止时具有的总能量和），则有（9）由方程（9）可以看出，系统的静止质量是温度的函数，并且是线性关系。在量子场理论中，像电子和它的反粒子正电子的两个粒子碰撞。在这个过程中，它们在一次能量迸发时短暂地相互湮灭，而且创生一个光子。光子再释放能量，

5、产生了另一电子-正电子对。