超光速存在的話,質能守恆方程是不是就不成立了呢

時間 2022-10-30 00:50:03

1樓:匿名使用者

成立 無論超光速還是一般情況,質能守恆方程都成立。

因為愛因斯坦說:「質量就是能量,能量就是質量。時間就是空間,空間就是時間。」

關於質量和能量的關係:

質量和能量就是乙個東西,是乙個東西的兩種表述。質量就是內斂的能量,能量就是外顯的質量。

質能方程 愛因斯坦著名的質能方程式e=mc^2,e表示能量,m代表質量,而c則表示光速。相對論的乙個重要結果是質量與能量的關係。質量和能量是不可互換的,是建立在狹義相對論基礎上,2023年他提出了廣義相對論。

愛因斯坦2023年6月發表的**《關於光的產生和轉化的乙個啟發性觀點》,解釋了光的本質,這也使他於2023年榮獲了諾貝爾物理學獎。

質能方程式的推導

首先要認可狹義相對論的兩個假設:1、任一光源所發之球狀光在一切慣性參照系中的速度都各向同性總為c 2、所有慣性參考係內的物理定律都是相同的。

如果你的行走速度是v,你在一輛以速度u行駛的公車上,那麼當你與車同向走時,你對地的速度為u+v,反向時為u-v,你在車上過了1分鐘,別人在地上也過了1分鐘——這就是我們腦袋裡的常識。也是物理學中著名的伽利略變換,整個經典力學的支柱。該理論認為空間是獨立的,與在其中運動的各種物體無關,而時間是均勻流逝的,線性的,在任何觀察者來看都是相同的。

而以上這個變幻恰恰與狹義相對論的假設相矛盾。

事實上,在愛因斯坦提出狹義相對論之前,人們就觀察到許多與常識不符的現象。物理學家洛倫茲為了修正將要傾倒的經典物理學大廈,提出了洛倫茲變換,但他並不能解釋這種現象為何發生,只是根據當時的觀察事實寫出的經驗公式——洛倫茲變換——而它卻可以通過相對論的純理論推導出來。

然後根據這個公式又可以推倒出質速關係,也就是時間會隨速度增加而變慢,質量變大,長度減小。

乙個物體的實際質量為其靜止質量與其通過運動多出來的質量之和。

當外力作用在靜止質量為m0的自由質點上時,質點每經歷位移ds,其動能的增量是dek=f·ds,如果外力與位移同方向,則上式成為dek=fds,設外力作用於質點的時間為dt,則質點在外力衝量fdt作用下,其動量增量是dp=fdt,考慮到v=ds/dt,有上兩式相除,即得質點的速度表示式為v=dek/dp,亦即 dek=vd(mv)=v^2dm+mvdv,把愛因斯坦的質量隨物體速度改變的那個公式平方,得m^2(c^2-v^2)=m0^2c^2,對它微分求出:mvdv=(c^2-v^2)dm,代入上式得dek=c^2dm。上式說明,當質點的速度v增大時,其質量m和動能ek都在增加,質量的增量dm和動能的增量dek之間始終保持dek=c^2dm所示的量值上的正比關係。

當v=0時,質量m=m0,動能ek=0,據此,將上式積分,即得∫ek0dek=∫m0m c^2dm(從m0積分到m)ek=mc^2-m0c^2

上式是相對論中的動能表示式。愛因斯坦在這裡引入了經典力學中從未有過的獨特見解,他把m0c^2叫做物體的靜止能量,把mc^2叫做運動時的能量,我們分別用e0和e表示:e=mc^2 , e0=m0c^2。

推導:首先是狹義相對論得到

洛倫茲因子γ=1/sqrt(1 - v^2/c^2)

所以,運動物體的質量 m(v) = γm0=m0/(1 - v^2/c^2)

然後利用泰勒

1/sqrt(1 - v^2/c^2)=1+1/2*v^2/c^2+....

得到m(v)c^2 = γm0c^2=m0c^2/(1 - v^2/c^2)=m0c^2+1/2m0v^2+...

其中m0c^2為靜止能,1/2m0v^2就是我們平時見到的在低速情況下的動能,後面的省略號是高階的能量。

單位e=mc^2 e是能量 單位是焦耳(j) m是質量 單位是千克(kg) c是光速!c=3*10^8

質能方程:e=mc^2是否違背了質量守恆定律?

質能方程並不違反質量守恆定律,質量守恆定律是指在任何與周圍隔絕的體系中,不論發生何種變化或過程,其總質量始終保持不變。或者說,化學變化只能改變物質的組成,但不能創造物質,也不能消滅物質,所以該定律又稱物質不滅定律。

而質能方程是表述了質量和能量之間關係,所以不違背質量守恆定律。同時公式說明物質可以轉變為輻射能,輻射能也可以轉變為物質。這一現象並不意味著物質會被消滅,而是物質的靜質量轉變成另外一種運動形式。

(由於當時科學的侷限,這條定律只在微觀世界得到驗證,後來又在核試驗中得到驗證)所以20世紀以後,因此而在原來質量守恆定律和能量守恆定律上發展出質量和能量守恆定律,合稱質能守恆定律。

關於質量和能量的關係:

質量和能量就是乙個東西,是乙個東西的兩種表述。質量就是內斂的能量,能量就是外顯的質量。

正如愛因斯坦而言:「質量就是能量,能量就是質量。時間就是空間,空間就是時間。」

質能方程的英文讀法

e equals m c squared.

e is equal to m c squared.

也可以用解釋的方法念

energy is equal to mass multiplied by the square of the speed of light.

質能方程分為總能量和靜止質量.

質能方程的三種表達形式

表達形式1:e0=m0c^2

上式中的m0為物體的靜止質量,m0c為物體的靜止能量.中學物理教材中所講的質能方程含義與此表示式相同,通常簡寫為

e=mc^2.

表達形式2:e=mc

隨運動速度增大而增大的量.mc為物體運動時的能量,即物體的靜止能量和動能之和.

表達形式3:δe=δmc^2

上式中的δm通常為物體靜止質量的變化,即質量虧損.δe為物體靜止能量的變化.實際上這種表達形式是表達形式1的微分形式.這種表達形式最常用,也是學生最容易產生誤解的表達形式.

物體的靜止能量

物體的靜止能量是它的總內能,包括分子運動的動能、分子間相互作用的勢能、使原子與原子結合在一起的化學能、原子內使原子核和電子結合在一起的電磁能,以及原子核內質子、中子的結合能…….物體靜止能量的揭示是相對論最重要的推論之一,它指出,靜止粒子內部仍然存在著運動.一定質量的粒子具有一定的內部運動能量,反過來,帶有一定內部運動能量的粒子就表現出有一定的慣性質量.

在基本粒子轉化過程中,有可能把粒子內部蘊藏著的全部靜止能量釋放出來,變為可以利用的動能.例如,當π介子衰變為兩個光子時,由於光子的靜止質量為零而沒有靜止能量,所以,π介子內部蘊藏著的全部靜止能量

質量和能量的聯絡

在經典力學中,質量和能量之間是相互獨立、沒有關係的,但在相對論力學中,能量和質量只不過是物體力學性質的兩個不同方面而已.這樣,在相對論中質量這一概念的外延就被大大地擴充套件了.愛因斯坦指出:

「如果有一物體以輻射形式放出能量δe,那麼它的質量就要減少δe/c.至於物體所失去的能量是否恰好變成輻射能,在這裡顯然是無關緊要的,於是我們被引到了這樣乙個更加普遍的結論上來.物體的質量是它所含能量的量度.

」他還指出:「這個結果有著特殊的理論重要性,因為在這個結果中,物體系的慣性質量和能量以同一種東西的姿態出現……,我們無論如何也不可能明確地區分體系的『真實』質量和『表現』質量.把任何慣性質量理解為能量的一種儲藏,看來要自然得多.

」這樣,原來在經典力學中彼此獨立的質量守恆和能量守恆定律結合起來,成了統一的「質能守恆定律」,它充分反映了物質和運動的統一性.

質能方程說明,質量和能量是不可分割而聯絡著的.一方面,任何物質系統既可用質量m來標誌它的數量,也可用能量e來標誌它的數量;另一方面,乙個系統的能量減少時,其質量也相應減少,另乙個系統接受而增加了能量時,其質量也相應地增加.

質量虧損與質量守恆

當一組粒子構成復合物體時,由於各粒子之間有相互作用能以及有相對運動的動能,因而,當物體整體靜止時,它的總能量一般不等於所有粒子的靜止能量之和,即e0≠∑mioc,其中mi0為第i個粒子的靜止質量.兩者之差稱為物體的結合能:δe=∑mioc-e0.

與此對應,物體的靜止質量m0=e0/c亦不等於組成它的各粒子的靜止質量之和,兩者之差稱為質量虧損:δm=∑mio-m0.質量虧損與結合能之間有關係:

δe=δmc.

由於在中學物理教材中,對此式的解釋較淺,因此,有些學生就誤認為,核反應過程中,質量不再守恆,且少掉的質量轉化為能量了.

我們知道,質量的轉換與守恆是物體系統運動過程中的最基本規律.通常情況下,質量守恆是在低速條件下的靜止質量守恆,在高速情況下,靜止質量與運動質量相互轉化,總質量仍然守恆.如在電子光子簇現象中,當乙個高能電子或光子進入原子序數較高的物質中,在很短距離內就可以產生許多電子和光子.

在這個級聯過程中,粒子的靜止質量與運動質量相互轉化.但在級聯前後,總質量保持守恆.又如光的輻射過程是輻射系統的內能轉變為輻射能的過程,輻射系統質量的相應減少,不過表示它的一部分質量轉化為光子的質量而已.

2樓:周公黑肩

事實是如此,因為如果超過光速,其空間和時間都有是負的,這樣荒謬的事都有能發生還怕質能守恆?

3樓:

當然成立,能量不可以創生,也不可以毀滅

只是從一種能量轉化為另一種能量

即使在超光速存在的話,許多著名的科學家,如愛因斯坦等的也只是理論質能守恆方程也成立

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