爱因斯坦相对论
从上高中开始接触到爱因斯坦的相对论,没有他的理论成就,我们怎么会想的到那么小小个的东西可以释放那么大的能量。那么根据相对论的说法,你知道吗?每种物质都会有能量。
是的,只不过其背后的道理非常深刻!
爱因斯坦的E=mc2是狭义相对论的结果,不管物体是运动的还是静止的都成立:对于静止的物体,m就是物体的固有质量或者静止质量,所以必然具有巨大的能量,而运动的物体的质量随速度增加,因此能量也增加(相当于增加了动能)。由于光子的速度是光速,所以光子不可能具有静止质量,而静止质量不为零的物体或者粒子的速度也不可能达到光速,速度趋近于光速时其能量趋近于无穷大。
那么E=mc2是否正确呢?正确
!因为大量的实验已经精确地验证了这个公式,比如小到实验室中的核裂变和核聚变反应都测量到了质量减少所产生的能量和E=mc2完全一致,而原子弹、氢弹、核电站都是对E=mc2的验证。反过来,实验室中也经常可以观察到m=c2/E,也就是能量向物质的转化,比如伽马射线光子产生正负电子对以及其它的正反物质对,真空涨落也不断通过能量的变化产生正反物质对。因此E=mc2已经得到了全面和大量的验证。
但是有一个问题非常重要:
是先有物质还是先有能量?
从宇宙的尺度上,很显然是先有能量再有物质,因为大爆炸开始的时候并没有我们现在的物质,甚至连组成我们的原子的电子、质子和中子都没有,这些都是大爆炸之后由能量根据m=c2/E变过来的,所以能量比质量更加基本。但是事情其实比上面解释的更加有趣!我们知道,质子和中子并不是基本粒子,其内部是夸克和胶子。胶子没有质量,夸克有质量,但是如果把其内部的夸克的质量都加起来,你立刻发现这远远不够质子和中子的质量。
质子和中子的质量是哪里来的?答案是能量!
由于质子的体积非常小,夸克和胶子要想在被困在这么小的体积里面,根据海森堡不确定性原理,它们就得具有很大的动量,因此就必须具有很大的能量。把这些能量加起来然后按照m=c2/E计算,就得到了质子和中子的质量!质子和中子的质量主要来自于其内部的夸克和胶子的能量!
但是夸克毕竟是有质量的,夸克的质量来自于哪里?实际上,这个问题对所有具有质量的基本粒子(包括电子)都不是一个简单的问题,因为最基本的粒子物理模型里面所有粒子的质量都是零。后来物理学家们就提出来有一种特殊的场(希格斯场,其存在已经被实验所证实),本来质量为零的基本粒子和这个场作用获得了质量,最终还是能量转化成了质量!
事实上,
爱因斯坦最早的表述就是m=c2/E,他想说的就是质量的来源是能量,只不过被后人逐渐写成了E=mc2
!爱因斯坦的深刻洞察力的确是远超同时代的人!今天我们利用E=mc2把物质变成能量,不过是自然造出物质的逆过程而已,并没有什么奇怪的。如前所述,E=mc2是狭义相对论的结果,但是却能够适用于所有尺度、所有作用力、所有粒子,没有发现任何的违背和偏离,因此是完全没缺陷。而其它所有已知的科学规律都有适用的范围,所以E=mc2又是极为不常见的。
笔者突然发现科学是这么的有趣,但是我们看到的只是一个成果,没有看到科学家背后付出的心血。还是努力做好自己吧!
爱因斯坦的相对论是什么?
世界的巨大进展根本在于科技的进步,而科技的研究很多都是来自科学家们的探索,就比如历史上著名的科学家爱因斯坦,一生研究很多,最被大家熟知的就是相对论,但是很多人还是疑惑爱因斯坦的相对论具体是什么?其实就是光速以及穿越的问题,我们来分析一下吧。
首先我们要知道虽然现在的我们解释起相对论并不难,但是当时根本就没几个人看得懂相对论,大家都觉得太过于高深莫测,根本就无法理解,甚至不少人反对相对论的概念,认为就是胡扯,但是科学是经得起历史时间考验的,现在来看很明显,我们能发现很多科幻电影情节都有相对论的概念,就比如电影“三体”,大家有兴趣可以去看一看,而相对论研究的是宇宙层次的了,简单来说宇宙就相当于一个巨大的空间,但是也需要进行物质信息的传输。
而光就是这个传输物质,一切的地方时间信息物质等等都是通过光去传播,光就是一个绝对的速度,没有任何参照物,我们研究的速度都是一个相对速度,就比如我们坐在车上,相对于车肯定是静止的,但是相对于车外的景色就是移动的,这就是我们认知的速度,但是相对论里面的光速并不是,这就是一个值,没有参考物。
这时候的宇宙可以看做两个世界,其中光就是一条分割线,进行传输着,而如果人类的速度可以超过光速,就可以在物质信息传输之前先达到这个地方,就可以实现穿越的效果,后来的科学家霍金对此也同意,并且说出还需要媒介的存在,就比如黑洞等,而想要实现超越光速其实还是很难的,不过大家可以想象一下。