质能方程E=mc^2中,光速c的平方有什么物理意义?

马克伯乐


1905年,爱因斯坦在狭义相对论中提出了质能转换方程,用来描述质量与能量之间的当量关系:E=mc²,而质能方程也是相对论最重要的应用,主要被用来解释核变反应中的质量亏损和计算高能物理中粒子的能量。

爱因斯坦认为,物质的质量是惯性的量度,能量又是是运动的量度,所以能量与质量是相互联系的,不可分割的。


随着物体质量的改变,会使能量发生相应的改变,而物体能量的改变,也会使质量发生相应的改变,于是爱因斯坦提出了著名的质能方程E=mc²,其中E代表着能量,m代表着质量,c代表光的速度,近似值为3×10^8m/s。

看着这个方程E=mc²,c²就是c×c而已,但是我们想过没有为什么能量会和光速掺上关系?而光速是一个定值,那c²不就也是一个定值,为什么不用a或者k这些常数值来表示呢?

这就要说到质量,在宇宙中还有一些完全没有质量的东西,比如光子,由于光可以和其他物体相互作用,被物体吸收,并且将能量传递给物体,这是取决于光的能量,所以粒子是携带一定的质量的。

如果我们将质能方程换成E=c²m,那肯定可以联想到E=kM,可以明显地发现c²就是比例常数k,而在此k的物理学含义是扩散程度,是一种形式和另一种形式之间的比例关系,是有形物质和无形物质之间的换算关系。

从哲学思想看有形的物体转化为另一种无形存在形式,之间会有一定的比例关系,而这个比例 k 一定是常数,而光的速度 C² 就体现了这种无阻碍的扩散程度,因此爱因斯坦先生寻找了 k 和 C ²的数值关系,发现k 的值经过测量和推导刚刚好是 c²,因此 k 和 c²是数值相似,本质不同而已。


星球上的科学


比如,2的平方,就是2乘以2,意思就是2个2;那么,光速的平方就是光速个光速,意思就是两个光速相乘,但其实不是它们两个相乘,而是质量乘了两次光速,但这是什么意思呢?答案很简单,质量乘一次光速的意思是那么多质量以光速运动时的动量,但物质是不可能达到光速的,在趋向于光速的加速过程中它就离散成能量态了,所以其实并不存在以光速运动的物质态存在,当然也就不存在对应的动量,那么存在的是什么呢?就是由物质态转化而来的能量,这些能量又是多少呢?当然就是那个不存在的动量的光速倍,所以要再乘一次光速,书写下来就成了光速的平方。[酷拽]为了证明以上阐述的合理性,特附上一张大前年本人打扫卫生过程中暂时歇息的照片!



宣宏宇


看了所有的回答,目前只有一个回答还稍微靠谱一点,我再说一说。

质能方程E=mc^2是根据狭义相对论里的质速关系(洛伦兹变换得到)推导出来的,具体如下:

ΔE = 力 x Δ位移 = 速度 x Δ动量

Δ动量 = Δ(质量 x 速度)

所以,ΔE = 质量 x 速度 x Δ速度 + 速度平方 x Δ质量

质速方程推导就不写了,有点长[捂脸]

因此,∑E = 积(质量从m0到m),c平方 x Δm,即mc^2 - m0c^2

取一个静止时刻,也就是不需要积分,则E0 = m0^2

对于c^2的来源,看下面的质速关系:

m = m0 / 根号下(1 - (v / c)^2)

从这里看可能对于v/c还是有疑惑,我们再换一个角度:

黑洞由奇点和事件视界组成,光只要进入事件视界则再也不会逃离黑洞。现在我们假想事件视界内是一个球体,也就是一个史瓦西半径为R的天体,其逃逸速度为光速(注意,这里就是关键了,为什么公式里会是c)。

根据牛顿力学,E = 动能 + 势能 = mv^2/2 + GmM/R

再把史瓦西半径公式带入,R = 2MG/v^2,上面定义v=c,即得到E = mc^2


EuphyWoNG


质能方程在实际应用中是毫无意义的,只是让一些无知的崇拜者感觉见到了尚方宝剑,可以吹捧一翻罢了!


常青久


严格讲,E=mc²有特定的适用条件,仅仅指物体所含的固有或内秉的势能,与物体的位移动能、旋进动能、震荡辐射能无关。

1. E=mc²中的c²,来自电子的光速自旋

以下分析固有势能与光速自旋的对应关系

① 实体质量(m)可折算为电子质量(m₀)的当量质量,即:m=nm₀,n是电子当量数;

② 电子以光速自旋,其自旋同时伴有南北极,南北两极外部真空被激发出负压差。

负压差有真空场引力F=m₀c²/r,r是场半径,当r=r₀(电子半径),对应基本常数:

电子最大引力:F₀=m₀c²/r₀,r₀=2.82fm

电子自旋势能:E₀=F₀r₀=m₀c²=0.511MeV

电子当量常量:m₀↔e↔E₀↔E₀↔H₀

由此可得,电子的质能比m₀/E₀,电子的荷质比e/m₀,电子的荷能比e/E₀,电子荷磁比e/H₀,电子的磁质比H₀/m₀。

以电子当量表述的固有势能,例如

物体质量对应势能:Ep=nm₀c²=nE₀

质子质量对应势能:Ep=1836E₀=938MeV

中子质量对应势能:Ep=1840E₀

地球质量对应势能:Ep=nE₀=mc²

2. E=mc²的本质,是质量守恒与转换

根据第1节推理,物体内在固有的势能,本质上是可以归因到电子以光速自旋的真空场势能阈值。

在特定温压条件或原子内空间约束条件下的,如果把电子本体看成一个封闭系统,那么,电子是宇宙中唯一最稳定的基元粒子

就此语境下,电子的超稳定性,决定电子有固定的电子体积,固定的电子质量,固定的基本电荷,固定的自旋磁矩,固定的电子势能,固定的光速自旋。

不可以用测不准△r·m₀△v≥h/4π说电子自旋超光速进而断言电子不自转。电子超稳定性决定:测不准公式对电子自旋无效❗❗❗

由此,我们有足够理由,把所有物质包括实介质与场介质的质量,折算为以电子质量为基元质量的当量质量。

如果把若干实体及其所在特定空间作为一个封闭体系,不管体系内部如何变化,该体系的总质量必然守恒,即电子当量质量守恒。

如果该体系内部发生了电子湮灭反应,正负电子分别加速到光速,获得总动能为2Ek=2×½m₀c²=1.02MeV。

电子极度挤压真空场,激发对应的电磁辐射能为Eγ=2hc/λ*,服从动能转换定律:Ek=Eγ,也就是:

½m₀c²=hc/λ*...(1)

λ*=4.85×10⁻¹²米=4.85皮米,是电磁波的最短波长,方程(1)推广为

½m₀v²=hc/λ...(2)

此称电子的场效应方程

与此同时,两个电子对撞,电子的高密度结构,迅速崩溃或急剧膨胀,变成引力子电中微子。引力子(g)可拓扑为正弦波的一个波节,是承载电磁波光子的基底量子

电子质量转换为引力子质量:既服从质量转换定律:m₀=m(g);又服从势能转换定律,即:

E₀=m₀c²↔Eg=hc/λ₀,故:

m₀c²=hc/λ₀...(3),进而有:

h=m₀cλ₀...(4),进而有:

λ₀=2.42×10⁻¹²m=2.42皮米,

显然λ₀=λc是电子康普顿波长,是电子光速自旋负压差翻卷并激发引力场(波)的最短波长

正负电子湮灭的物理意义,可以写成定性分析的关系式与定量分析的方程式,如下:

定性关系式,服从质量守恒与转换定律

±e + 2Ek → ±g + 2Eγ...(5)

定量关系式,服从能量守恒与转换定律

2m₀c²+2×½m₀c²→2hc/λ₀+2hc/λ*...(6)

请读者仔细琢磨(5)与(6)这两个基本法则。

3. E=mc²的禁区:滥用动能变质量

质能方程只用于内在势能、内在质量、内在电荷、内在磁矩、内在信息的对应关系。

不可用动能增量与物系质量的转换关系,否则违背电子稳定法则

各大守恒原理

例1,核衰变释放α粒子以v=0.1c,不可用质增效应说其质量变成m'=m/√(1-0.1²)

例2,核外电子速度有v=αc,不可以按质增效应说电子质量变成m=m₀/√(1-α²)。

例3,核内电子速度v=c,不可以按质增效应说电子质量变成m=m₀/√(1-0)=∞。

4. 用质增效应解释Higgs机制是死胡同

滥用质能方程导致希格斯假想用“能量造质量”的希格斯机制,嫣然走进死胡同。

杨振宁先生说THE PARTY IS OVER!(盛宴已过),他劝学子还是不要涉足高能物理。

关于核子的质量方程,笔者有基于电子音爆模型导致场密度增量效应。

核内电子以光速震荡,场密度增量为:

m'=m₀R³/r³...(7)

其中,R是核子半径,r是核内电子激发的光子半径。详细推导过程,恕不赘述。

结语

搞清楚某个科学原理的①来龙去脉与②适用条件与③应用动态,是学子的起码态度。

质能方程恰好“歪打正着”在自旋势能公式,这才有“岂有此理”的释然。

洛伦兹构造变换因子γ(v)=1/√(1-v²/c²)之初始条件有致命瑕疵:光源发射光子,光传无介质——早就过时了,至少标准粒子模型已经搞定:

真空场光子是电磁力传播子,真空场胶子是强核力传播子,真空场介子是弱核力传播子,真空场引力子是万有引力传播子。


物理新视野


质能方程是划时代的,其在定量上将原本是相互独立的两个不同概念有机地联系了起来,使我们人类的认识获得了巨大的进步,形成了一个有机的世界观。

在质能公式中有三个物理参量,它们是能量、质量和光速。为什么光速可以将能量与质量相联系呢?

对于质能公式,我们不必纠缠于具体的细节,如光速的平方以及光速在公式中的具体位置。这是由物理量纲的一致原则所规定的,是物理公式能够成立的必要条件。问题的关键,在于能量与质量之比的系数是等于光速的。

因此,若要回答上述问题,首先需要我们明确能量、质量和光速的物理概念。它们都是描述自然中各种物理现象的物理参变量。

为了避免能量的紫外灾变,所以能量并非是连续的,所以能量是关于粒子运动能力的度量。

能量的不连续性,意味着在我们的宇宙中,存在着不可再分的最小粒子,即存在着量子。我们的宇宙是一个由无数个离散的量子构成的相对独立的封闭体系。

此外,根据卢瑟福实验,原子也并非实体,其体积仅只是由电子的高速运动所形成的封闭体系。因此,质量是被封闭的粒子关于其空间效应的度量。

于是,能量与质量(物质)的关系,就好比是单身与家庭👪的关系。结婚🎎使两个单身的个人组成了家庭,而离婚则是家庭的解体,使个人又重新恢复了其单身的生活。

于是,离散的量子构成了宇宙的物理背景,成为量子空间,属于能量的范畴;而由数个高能量子组成的封闭体系,构成了宇宙中的物理对象,成为各种基本粒子、原子和分子,属于物质的范畴。

于是,能量与质量都是描述粒子运动所产生影响大小的物理参量。它们的区别仅在于粒子存在形式的不同。前者是自由的,后者则是封闭的。

至于光速,是受到激发的量子(光子)维持其相对于空间势能的速度。该速度的大小,主要取决于量子空间的密度,两者成反比的关系。所以,光速是描述空间密度的物理参量,而空间密度的大小决定了被封闭粒子空间效应的多少。

如果我们的宇宙是膨胀的,那么宇宙的量子空间密度就会有一个由大变小的过程。于是,光速以及作为空间效应的质量都会发生相应的变化。前者逐渐地增大,而后者却渐渐地变小。

所以,当高能的量子被封闭起来时,由能量转化为了质量,表现为量子由原来的光速运动转变为自由运动的消失;反之,当被封闭的量子重新获得自由的光速运动时,意味着封闭体系的解体,使质量转化为了能量。

综上所述,能量之所以能够与质量相互联系和互为转化,是因为量子存在状态的转变。而量子存在状态的重要标志,就是该量子是否具有自由运动的光速。这就是为什么,质能转换的比例是光速的原因。


淡漠乾坤


这个方程式是场的感应的极限程式,在不同情况下这个方程式应该是E=mv^2,可以通过以下全等量代换,通过作功,能量守恒定律,取得这个结果。这个不是小爱多高明,一般认为c为自然界的速度极限!但不同的场,这个变轨能量不同的!比如重力场!电磁场!不能统而论之,(比如一公斤汽油,煤油,食用油,淀粉,炸药的化学能,一公斤铀的核能这是不同的)但变轨能量不会大于mC^2。并且这个程式只能用于外场,这个能量,包括场势能,E=Ek十Ep!如果内场也计算这个公式不是这样!见图三!并且这个不能将之区分物理,化学,及核反应!只能归于场的感应而论之!





石鼎文


质能方程E=mc平方是狭义相对论的一个推论,它的数学形式是推导出来的,告诉我们物体的总能量与其质量成正比,至于为什么系数是光速,而且还是光速的平方,归根结底还是狭义相对论的两条基本原理,除此之外并无它意。

下图为质能方程的一种推导办法(利用质速关系、动能定义等)

其实质能方程之所以带有光速这个常量,本就是无可厚非的事,因为狭义相对论的突破就在于光速不变。两条基本原理:狭义相对性原理和光速不变原理

其中第一条相对性原理是伽利略力学相对性原理的升级版,将力学定律换做了一切物理定律(由此可见,狭义相对性原理是一条管定律的定律);

而第二条光速不变原理才是核心,我们将其换种说法:理解为光速不叠加,比如说某个观察者面前飞过去一架飞船,飞船前面开着灯,试问灯光的光速几何?在狭义相对论之前,人们普遍认为灯光的光速=飞船静止时的灯光光速+飞船飞行速度;然而光速不变原理告诉我们,光速在任何惯性系下都是定值

既然光速这么核心,那么狭义相对论的一切推论都包含光速c这一系数也是理所当然的了。最后再提一点,我们需要注意,E=MC平方只能在惯性系下成立。

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赛先生科普


磁场里高速流动的物质转化成金属态氢离子,金属态氢离子的磁力矩切割磁力线释放电磁波。

光速是金属态氢离子磁力矩的震荡。

等离子体聚合反应释放的能量只有C²才会与经典力学接轨。


金童希瑞


物理意义!“没有超光速的可能性存在”!这可能也是爱因斯坦当年犯下的最大的一个错误!如果时空本身的“流速”就超过光速,待在这个流速中的物质都是以超光速运动!百年前好不容易打下的地基出现致命危险系数!


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