当速度无限接近光速时 , 时间就会趋于停止 。
但是在这篇论文中 , 爱因斯坦漏掉了一个问题 ,
那就是质量与能量的关系 。
随后 , 爱因斯坦很快发表了另一篇补充论文 , 题为
《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》 。
在这篇论文种 , 诞生了著名的「质能方程 E=MC2」 ,
也就是能量等于质量乘以光速的平方 。
质能方程被誉为最简单也是最神奇的方程式 。
方程式中的E代表能量 , 但这个能量是指物体的总能量 ,
包括静止物体本身所具有的固有能量 , 又叫做相对论静能 ,
还包括动能、势能、热能、电能等等 。 M指的是物体的质量 , C是光速 。
质能方程可以解释日常生活中的很多现象 。
比如说 , 两辆完全相同的小汽车 ,
运动之后的小汽车的质量要比静止不动的小汽车的质量更大一些 。
为什么运动会导致质量的增加呢?这是因为车子开动后 ,
各种齿轮等都在运动 , 它们都具有动能 。
同时汽车在运动过程中势必会产生热量 ,
让组成汽车的亿万个微观粒子运动更加剧烈 , 形成热能 。
质能方程可以很容易地变形为M=E/C2 , 光速C是一个常数 。
那么总能量E越大 , 就代表着质量越大 。
所以动起来的车的质量是超过比静止的车的质量的 ,
但是由于分母光速的平方这个值实在太大了 ,
即便总能量有所增加 , 质量的变化也是很难察觉的 。
同样的 , 充满电的手机要比没电的手机稍微重一些 ,
因为充满电的手机是有电能的 。
打开开关的手电筒要比关上开关的手电筒稍微轻一些 ,
因为打开开关后 , 手电筒是在向外释放能量的 。
质能方程的另一个重要体现便是核反应了 。
核反应可以聚变 , 也可以裂变 。
比如说 , 一个超重元素U235 , 被一个中子n撞击 ,
生成了一个氪元素Kr、一个钡元素Ba、同时释放了三个中子n 。
这三个中子再跟其它U235撞击 , 又生成了9个中子 ,
以此类推便是核裂变链式反应 。
因为裂变前的质量比裂变后的质量大 ,
质量损失 , 就变成能量释放了出来 。
这就是原子弹的制造原理 。
再比如 , 太阳每秒钟都有6亿吨的氢核参与聚变 ,
融合为5.958亿吨的氦 , 其中发生了420万吨的质量亏损 ,
这些质量就转化为了能量 , 使太阳能够持续不断的发出光和热 ,
延续了50亿年 , 还能够这样再燃烧50亿年 。
质量方程告诉我们质量和能量之间是可以互相转换的 。
同时 , 有质量的物体高速运动的话 , 质量会增大 。
所以欧洲核子研究组织CERN的大型强子对撞机LHC不仅加速了粒子 ,
也使粒子的质量增大了 。 当有质量的物体速度接近光速时 ,
它的质量就会趋于无限大 。
就好像是这个物体作为一个“力点”要试图影响和拉动整个宇宙 。
在现实中这显然是不可能实现的情况 。
从这种角度来理解的话 , 质量方程也告诉了我们一个法则 ,
那就是:任何物体的速度都不会超越光速 , 光速就是一个束缚态法则 。
既然质量和能量之间是可以互相转换的 , 质量可以转化为能量 ,
那么理论上 , 能量也可以转化为质量 。
刚才我们说了 , 光是一种电磁波 , 电磁波都携带有电磁能 。
也就是说 , 质量方程也在表达一个看似违背了常理的观点:光可以产生物质 。
1934年 , 犹太裔美国物理学家Gregory Breit布莱特和
美国理论物理学家John A. Wheeler约翰. 惠勒发表论文提出 ,
如果把两个光子狠狠地撞在一起 , 就能产生正负电子对 , 即反物质和物质 。
这个过程被称为布莱特-惠勒(Breit-Wheeler)过程 。 但是布莱特和惠勒也意识到 ,
这种直接观察只涉及到两个光子的纯现象是通过实验很难实现的 。
因为这需要光子有极高的能量 ,
而人类迄今为止发现的最高能量的光子是伽马射线 ,
但我们还有没有技术来建造伽马射线激光器 。
更何况20世纪30年代 , 布莱特-惠勒(Breit-Wheeler)过程首次被提出的时候 ,
连激光都还没有被研究出来呢 。
不过 , 布莱特和惠勒在论文中也提出了一个替代实验方案 , 即加速重离子 。
然而 , 他们并没能等到实验的成功就先后去世了 。
时间慢慢来到了20世纪末 , 1995年 ,
俄罗斯量子物理学家康斯坦丁.科罗特科夫(Konstantin Korotkov)
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