錯(cuò)誤的認(rèn)知
常常聽(tīng)到有好多人在述說(shuō)核彈或則原子彈爆燃時(shí)這樣說(shuō)：
反應(yīng)前后，原子核質(zhì)量降低了，這部份降低的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。
至于你要問(wèn)為何？他會(huì)說(shuō)，依據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能多項(xiàng)式：
那這個(gè)說(shuō)法對(duì)還是不對(duì)呢？我們直接給出解釋?zhuān)翰⒉粚?duì)。
假如非要推選一個(gè)人類(lèi)史上最知名的公式，這個(gè)質(zhì)能多項(xiàng)式很有可能是第一名，實(shí)在太好記了。但若果要推選一個(gè)人類(lèi)史上誤解最深的公式，那質(zhì)能多項(xiàng)式應(yīng)當(dāng)可以躋身第一名。
明天，我們就來(lái)聊一聊：質(zhì)能多項(xiàng)式以及關(guān)于質(zhì)能多項(xiàng)式的誤會(huì)。
質(zhì)能多項(xiàng)式是哪些？
這要從1905年說(shuō)起，這一年被稱(chēng)為愛(ài)因斯坦的奇跡年，在這一年愛(ài)因斯坦發(fā)表了四篇可以被載入史冊(cè)的論文，其中第三篇《論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)熱學(xué)》就是我們熟悉的狹義相對(duì)論。
而在當(dāng)初的晚些時(shí)侯，愛(ài)因斯坦又發(fā)覺(jué)了一篇論文《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎？》作為狹義相對(duì)論的補(bǔ)充，在這一篇當(dāng)中就出現(xiàn)了我們熟悉的質(zhì)能多項(xiàng)式，只不過(guò)，當(dāng)時(shí)愛(ài)因斯坦敘述并不是我們熟悉的樣子，而是m=E/c^2。
那這個(gè)公式究竟想抒發(fā)的是哪些呢？
這件事就要回溯到牛頓時(shí)期了，牛頓寫(xiě)了一本專(zhuān)著《自然哲學(xué)的物理原理》，開(kāi)篇就給“質(zhì)量”下了一個(gè)定義。
物質(zhì)的量是起源于同一物質(zhì)密度和大小聯(lián)合上去的一種測(cè)度。
總之不管咋說(shuō)，牛頓的敘述起碼讓我們明白一點(diǎn)，那就是“質(zhì)量”和“運(yùn)動(dòng)”無(wú)關(guān)，無(wú)論你跑多快，你的質(zhì)量就在哪里，不增也不減。牛頓的想法或許也是20世紀(jì)之前，科學(xué)界的普遍想法。
除此之外，牛頓還是留下了一個(gè)挺好的工作方式沿襲至今，那就是凡事先下定義。他的《自然哲學(xué)的物理原理》前面10多頁(yè)都在下定義，我們熟悉的好多化學(xué)量都是牛頓給下的。所以，后來(lái)的科學(xué)研究，的第一步都是給研究物下定義。
然而，愛(ài)因斯坦就是出了名的愛(ài)搞顛覆，雖然之前牛頓還覺(jué)得：
時(shí)間和空間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)。
說(shuō)白了就是，無(wú)論你跑得有多快，你和站在地面上一動(dòng)不動(dòng)的男子伴，感遭到的時(shí)間和空間都是一樣的。更直小白點(diǎn)說(shuō)，就是對(duì)于你和他來(lái)說(shuō)，一米和1秒是一模一樣的。這當(dāng)然也很符合我們的常識(shí)。
可愛(ài)因斯坦說(shuō)，這是不對(duì)的。由于你還跑得不夠快，假如你做一艘飛船快速劃過(guò)去，那你和地面上的男子伴感遭到的時(shí)間和空間都會(huì)不同。我們可以看空間上的不同，右圖就是10%光速的情況：
這是80%光速的情況：
而這是95%光速的情況：
這也就是知名的尺縮效應(yīng)。而時(shí)間呢？飛船上的時(shí)間相對(duì)于地面就有時(shí)間膨脹的效應(yīng)。
無(wú)論是尺縮效應(yīng)還是時(shí)間膨脹效應(yīng)，都是因?yàn)閼T性參考系的不同造成的，這兒就不想詳盡贅言了。
我們回歸題外話(huà)，實(shí)際上，愛(ài)因斯坦是統(tǒng)一了“時(shí)間”和“空間”。可他后來(lái)，逐步反應(yīng)過(guò)來(lái)，他發(fā)覺(jué)似乎能夠統(tǒng)一“質(zhì)量”和“能量”。
具體來(lái)說(shuō)是這樣的，他通過(guò)狹義相對(duì)論最基礎(chǔ)的兩條假定，去推演運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量m，之后就得出了下邊這樣一個(gè)公式，（假如不想看公式的童鞋，可以直接拉到質(zhì)能等價(jià)那部份，也不會(huì)影響到閱讀）
質(zhì)量m稱(chēng)作相對(duì)論質(zhì)量，它隨著速率v的減小而減小。而質(zhì)量m0，雖然就是v=0的時(shí)侯質(zhì)能方程的公式，也就是靜止的時(shí)侯的質(zhì)量。這個(gè)m0似乎就是牛頓定義的質(zhì)量，它和物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，我們管這個(gè)質(zhì)量稱(chēng)作靜止質(zhì)量。
假如我們把速率取0.9945倍光速，那這時(shí)侯的m≈9.55m0，具體來(lái)說(shuō)就是，假如以0.9945倍光速運(yùn)動(dòng)，那這個(gè)時(shí)侯的相對(duì)論質(zhì)量m都會(huì)減小到方式的靜止時(shí)的9.55倍。
所以，我們很容易得出這樣的推論：
速率越快，相對(duì)論質(zhì)量越大，要降低物體加速度就越困難。要使物體的速率達(dá)到無(wú)限接近光速，則質(zhì)量也會(huì)趨近于正無(wú)窮，理論上，所須要的能量也就是無(wú)窮大，所以才說(shuō)光速是一切物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的極限速率。
在三體中，歌者文明搗毀三體星球時(shí)，就提及了一種稱(chēng)作“質(zhì)量點(diǎn)”的東西，它是一種極端接近光速的小物體。這似乎就是借用到相對(duì)論中的質(zhì)量膨脹來(lái)?yè)v毀星體。
這時(shí)侯，愛(ài)因斯坦就想：
運(yùn)動(dòng)時(shí)物體質(zhì)量會(huì)減小，但是運(yùn)動(dòng)的時(shí)侯還有動(dòng)能，質(zhì)量和動(dòng)能就會(huì)隨著速率減小而減小。
于是，愛(ài)因斯坦通過(guò)動(dòng)能公式，假定物體是靜止的，也就是速率為0，動(dòng)能為0，m=m0。于是推導(dǎo)入了：E=mc^2。(推論的過(guò)程涉及到一點(diǎn)微積分，雖然并不復(fù)雜）
質(zhì)能等價(jià)
那質(zhì)能多項(xiàng)式E=mc^2，究竟有哪些含意呢？
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：
質(zhì)量和能量并不是獨(dú)立存在的化學(xué)量。一切能量都有質(zhì)量質(zhì)能方程的公式，一切質(zhì)量都有能量。
E=mc^2只是告訴我們，一個(gè)系統(tǒng)能量和質(zhì)量的等價(jià)關(guān)系，而不是轉(zhuǎn)換關(guān)系式。所以好多人所謂的“質(zhì)量不守恒，能量不守恒，質(zhì)能才守恒”的看法是不對(duì)的，實(shí)際上有多少能量就對(duì)應(yīng)相應(yīng)的質(zhì)量，所以質(zhì)量是守恒的，能量也是守恒的，因而質(zhì)能才是守恒。
我們可以舉個(gè)反例：
就還拿好多人喜歡用的核武帶來(lái)舉例，假如有個(gè)非常理想的袋子，一顆原子彈置于上面，但是置于一個(gè)足夠大的秤上。
假如袋子是完全和外界隔絕的，沒(méi)有任何能量交換，爆燃以后質(zhì)量不會(huì)發(fā)生任何變化，秤原先多大，爆燃以后還多大。
假如袋子不是完全和外界隔絕的，能量可以以光或則熱的方式逃逸出去，那這個(gè)時(shí)侯，質(zhì)量都會(huì)降低，秤的示數(shù)都會(huì)降低。也就是說(shuō)，逃逸的能量雖然帶走了它對(duì)應(yīng)的質(zhì)量。
所以，質(zhì)量，能量似乎都不能被剿滅，只能從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)地方。
所以，愛(ài)因斯坦想告訴我們并不是“能量和質(zhì)量能互相轉(zhuǎn)化”，而是“質(zhì)量和能量似乎是同一樣的東西，只是以不同的單位進(jìn)行檢測(cè)而已，也就是說(shuō)能量和質(zhì)量是一體兩面的。”
在高能化學(xué)領(lǐng)域中，
科學(xué)家就發(fā)覺(jué)，
物質(zhì)的99%的質(zhì)量來(lái)始于禁錮夸克的強(qiáng)互相作用輸出的能量，通過(guò)質(zhì)能等價(jià)E=mc^2，我們可估算出它所表現(xiàn)出的質(zhì)量。剩余的1%則是來(lái)自于粒子和希格斯場(chǎng)的互相作用。
也就是說(shuō)，物質(zhì)的質(zhì)量來(lái)始于運(yùn)動(dòng)的能量和非實(shí)物的場(chǎng)。
關(guān)于質(zhì)量多項(xiàng)式，我們就說(shuō)到這兒。