只见质量转化为能量,没见能量转化为质量,质能真能等价交换吗?( 二 )


如果只是一个原子失去了一部分质量 , 释放出来的能量可能并不会太大 , 但是重核原子的原子核被撞散后 , 并不是简单地立刻就一分为二 。 而是会以伽马射线的方式用强大的能量射出光子 , 高速撞击下一个重核原子 , 这种撞击会呈指数级的增长 , 在短时间内就会将所有的重核原子都撞烂 , 让所有的重核原子都释放出高强度的能量 , 这就是核裂变 。

受到原子弹轰炸的日本广岛
除了核裂变 , 核聚变也同样是利用令原子失去质量的方法让物质释放出能量 , 简单来说就是制造一个高温高压的环境 , 强行将两个很轻的原子聚合成一个更重一些的原子 , 比如现在的氢弹 , 就是用氢气的同位素氚和氘让其聚变为氦元素 , 聚变出来的氦元素质量低于两个氢元素质量之和 , 于是同样会产生巨大的能量 。
而这种产生出来的能量也会帮助维持高温高压环境的环境 , 进一步加剧核聚变的速度 , 一直到产生聚变的元素全都转化为重一点的元素 , 聚变才会结束 。
能量真的无法转化为质量吗?如上所述 , 我们了解到人类是如何通过将质量减少的方式来获得能量的 , 通过这些方式 , 我们制造了原子弹、氢弹、核电厂以及未来的可控核聚变 。 这些技术对于之前只会利用燃烧这种低效能量释放方式的人类而言 , 已经是得到质的飞跃了 。

核电厂
因此质量转化为能量实际上并不如我们想象中的简单 , 所以更加不要提能量转化为质量了 。 实际上质能方程也包括了能量转化为质量的公式 , 我们只需要简单地使用初中数学知识 , 将质能方程的数值调换一下 , 就可以得出m=E÷c2 。
也就是说 , 想要将任何能量转化为质量 , 都必须除以光速的平方这个巨大的常数 。 简单来说沙皇大炸弹释放出来的能量 , 很可能也只能转化成跟五斤水果差不多的物质 , 这绝对是十分困难的事情 。
当然理论上能量是有可能转化为质量的 , 只是这个转换可能与我们所熟知的并不一样 。 我们熟知的质量 , 都是我们生活中常见物体的重量 , 而在爱因斯坦质能方程中的质量 , 实际与物质的重量不太一样 。

能量只能通过外物来体现存在
如果存在两个一模一样的机械手表 , 其中一个手表的因为太久没上发条 , 所以已经停止了运转 , 但另一个手表刚刚才上发条 , 秒表正在跳动着计时 。 请问这两只表哪一只更重一些?
在我们的常识中 , 无论两只表是否有运转 , 它们都是由同样的物质所构成 , 因此它们的重量按理说应该是一样的 , 实际上即便我们拿上十分精准的称去测量这两个表 , 都不会发现它们重量的区别 。
但在狭义相对论中 , 正在运转的表会拥有更大的质量 。 因为爱因斯坦的相对论认为 , 所谓的质量其实不过是能量的另一种表现 , 因此质量才有可能转化为能量 。

指针的运动是能量的体现
但是对于物质而言 , 质量其实可以分为静止质量和动量 , 静止质量其实也不是称重时得到的质量 , 而是指物质本身蕴含着的能量数值 , 因为如果我们换一个参照系 , 我们的重量也会随之变化 , 在月球上称得的体重也才二三十斤 。
动量则是物质运动起来后 , 被附加的能量 , 这部分能量可以算作物体质量的一部分 。 举两个例子 , 大家就能更明白一些:

  • 光子的动量
光子是一种奇特的存在 , 无数的光子组成了我们生活中所有的光芒 , 它是一种没有静止质量的粒子 , 因此它才能以光速运动 , 但在运动过程中它产生了动量 , 所以实际上光是有质量的 。

光子
在许多科学博物馆中 , 都经常能看到一个很神奇的装置——光子风车 , 这是在完全密闭的玻璃罩中用金属片制作的小风车 , 没有空气流动 , 风车应该是无法旋转的 , 但是使用光去照射它时 , 风车却神奇的旋转起来了 。
当然光子的动量极低 , 光子风车实际是利用光热辐射的差异才让其旋转起来的 , 并不是真正由光子推动了风车 , 毕竟能够推动风车转动的力量 , 我们在日常生活中也必然可以感觉到 。
现实生活中利用并证明了光子拥有动量的设备是太阳帆 , 在太空中展开一片巨大的薄膜镜片 , 在光线的照射下 , 会得到极其小的加速度 , 航天器可以利用这个原理无需消耗能源地加速和改变方向 。

太阳帆