浅谈对质能方程的理解

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1、浅谈对质能方程的理解太和三中王俊摘要：爱因斯坦质能方程向我们揭示的是物体质量和能量之间的关系。作为物质属性的质量和能量是不能相互转化，而只是相应的变化。关键词：质量能量质能方程引言：在谈论核聚变、核裂变的能量来源与质量亏损现象时，都会谈到爱因斯坦的质能方程，但是很多人试图从物质世界的传统认识去理解它，造成对质能方程的误解。在解释有关问题时，常会陷入似是而非的困境。误解一：质量可以转化成能量，质量和能量守恒定律不再成立。依据：当一个中子和一个质子结合成氘核时，放出2.2MeV的能量，这个能量以光子

2、的形式辐射出去。精确计算表明，氘核的质量要比中子和质子质量之和小一些，这种现象叫质量亏损[1]。误解二：质能方程在表明质量能转化成能量的同时，也表明了物质和能量之间是可以转化的。本文从物质，以及质能方程中质量、能量的物理意义出发。通过对实例进行分析，揭示部分人对质能方程产生误解的原因，说明质能方程所反应的是物质两属性之间相应的数量关系。1：物质物质是指不依赖于我们的意识而独立存在，又能被意识所反应的客观实在。分子、原子、由分子原子组成的客观实体，以及质子、中子、电子、光子、场、超固态、固态、等离

3、子态······都是物质的具体形态。2：质量质量的概念有一个形成和发展的过程。由于牛顿受当时物质观（物质是由不可分割的刚性原子组成的）的影响，他在《自然哲学之数学原理》中给物体的质量是这样定义的，他指出：物体是由物质组成的，物体中含有物质的多少叫做质量。即质量是“物质之量”，它是物体本身的一种属性，它不随物体的形状、状态和位置的改变而改变。由于，这个概念与生活中使用的质量概念相符，容易接受，同时又是学生时代首先接触的质量概念，所以牛顿的质量定义在头脑中根深蒂固。又由于很多人对相对论力学中质量概念

4、内涵知道的较少，致使很多人认为，牛顿的质量概念内涵与质能方程中质量概念的内涵是相同的，产生了物体质量减小就意味着物体包含的物质减少的认识。实际上，质能方程中的质量是指物体的“惯性质量”。惯性质量，作为概念它是用来描述物体具有惯性的属性，作为物理量是描述物体平动惯性大小的物理量。在牛顿力学中，质量是一个特征量，它是物体惯性的量度，一个指定物体的惯性是不随物体运动状态的变化而变化的。即，对于指定的物体，惯性质量是一个恒量。质能方程中的质量依然是描述物体惯性的物理量，但对于指定的物体，其惯性不再是恒定

5、的，而与速度有一定的关系，衡量惯性大小的物理量-质量的大小也就成为与速度相关的物理量，表达式为表示物体相对于观察者静止时所具有的质量，称静止质量。ν表示物体相对观察者运动的速度，m表示静止质量为的物体相对于观察者以速度ν运动时所具有的质量，称运动质量。在相对论力学中，物体速度越大质量越大，即物体的惯性越大。当物体速度接近光速时，其质量必定无限制的增大，则物体加速所受到的“阻力”必定无限大，所以物体的速度不可能超过光速,这与狭义相对论的基本假设——光速不变原理一致。在物理学中，质量是物质的属性，不

6、能代替物质，质能方程中的物理量-质量，不能用来衡量物体所含物质的多少，它是与物体运动速度有关的惯性大小的量度，它的变化不一定是物体所含物质多少的变化引起的。所以在相对论力学中，物体质量的减小并不是一定意味其所含物质减少。3：能量能量是物理学中最为重要的概念之一，正如费曼所说，“那是一个最为抽象的概念，因为它为一数学方面的原则，它表明有一种数量当某些事情发生时它不变”。[2]我们“并不能认为能量是一定数量的滴状物”，也“不能把能量认为对某种东西的计数，而只能看作一种数的量”[3]。由此看来，能量不

7、是独立于物质以外的东西，它是物质的一种属性。根据物质不同的运动形式和不同的相互作用方式，把能量分成不同形式的能量，如：机械能、电磁能、原子和分子的动能、原子核之间强相互作用的核能……即使物体静止时，它的能量也不是零，而是，这个能量称为物体的静能，也是物体静止时的总能量，它不仅包括了该物体内部各微粒的动能和相互作用能，也包括了还没有发现的其他形式的能量。当物体运动时，物体具有的总能量由两部分组成：静止能量和动能(1)公式表达式或静能和动能是可以相互转化的，核聚变和核裂变所释放的能量就是物质静能转化

8、的新核子动能和各种辐射能。4：质量亏损不等于质量转化成能量中子和质子结合成氘的核反应中，损失的质量是指：静止的中子和静止的质子结合成氘核后，静止氘核的质量小于中子和质子的质量之和，所谓质量亏损是指静止质量亏损。我们可以用下列反应式表示此反应过程(2)考虑光子的运动质量，用、、、（表示普朗克常量，表示光子频率)别表示中子、质子、氘核的静止质量和光子的运动质量(光子没有静止质量）。根据质能方程计算出光子的质量后会得到：(3)所以，在核反应前后，并没有出现质量亏损的情况。(3)式两边同乘得(4)由质能