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别头晕哦 来证明啥是质量?质子、中子和原子核原来是聚合粘结的致密巨能量

什么是质量?什么是能量?质量为什么会变成能量?质量与能量是什么关系?质量和能量哪个更基本?在认识能量和质量方面,由于概念上的问题,人们一直有不少困惑。

质量是量度物体惯性大小和含有物质多少(即物化能多少)的物理量。它不是一个恒量,而是一个可变动的量。1901年考夫曼以实验结果证明,当电子速度接近于光速时,其质量急剧增加,从而推翻了质量守恒原理。而能和物化能是客观存在,是实在的和可以守恒的,所以对于能和质量来说,能是本原。

我们来弄清楚爱因斯坦方程E = mc2 中的E是什么?m 是什么?

从质能等效方程E = mc2 可知E 与光速c 平方成正比,当c = 0 时,能量为0 ;由此可知E是动能,而不是静止能量。

前述核子结合成原子核、重核裂变和轻核聚变所释放的能量计算,都是以质量亏损数量为计算数据,由此可知方程E = mc2 中的m 是静止质量。因此爱因斯坦质能等效方程的准确表达式应为:

方程中V 是物体运动速度,C 是光速。

当V = 0 时,V 2 / c 2 = 0 ,则m 为静止质量, E为静止能量,于是,“能本原论”从方程(2 )导出一个重要结果:静止能量等于静止质量。

E 静 = m 静 ⑶

这是静止质能全等式。因此静止质量和静止能量实质上是同一样东西——物化能量。物化能量是能量的一种重要形式,是被束缚起来粘结致密的、具有质量并用质量量度的能量,它包括物态能量(简称物能)和亚物态能量(简称亚物能)。

将方程⑶代入方程⑴,可得出:

E 动 = E 静c 2

因为静止能量E 静是被束缚起来的物化能量,因此得出方程:

E 动 = E 物c2 ⑷

方程能本原论从爱因斯坦质能等效方程导出的物化能转化为动能的变换式和守恒方程。它揭示了所谓质能等效守恒定律,实质上是物化能转化为动能(能量从一种形式转化为另一种形式)的能量转化和守恒。

“能本原论”认为质子、中子和原子核是聚合粘结的致密巨能量。这个结论可以从下面一些科学实验成果得到有力的证明。

现代物理学通过试验已经测算出:一个中子和一个质子结合成氘核时,要放出2.22 兆电子伏的能量(相当于一个碳原子在燃烧过程中释放的能量的数十万倍 )。这个能量以r 光子的形式辐射出去。它的核反应方程是:

10n + 11 H → 21 H + r

物理学家研究发现,氘核虽然是由一个中子和一个质子组成。它的质量却不等于一个中子和一个质子的质量之和。比较精确的计算表明,氘核的质量比中子和质子质量之和要小0.002388u ( 注:u表示原子质量单位,1u = 1.660566 × 10 -27 千克 )。

爱因斯坦的质能等效方程E = mc2 告诉我们:物体具有的能量跟它的质量之间存在简单的正比关系。物体的能量增大了质量也增大,能量减少了质量也减少。核子在结合成原子核时出现的质量亏损△m ,表明它们在互相结合过程中放出了能量 △E=△mc2 。知道了原子核的质量亏损,就能够运用爱因斯坦质能方程计算出核子在结合成原子核时放出的能量。上述中子和质子结合成氘核时质量亏损△m = 0.002388u ,根据爱因斯坦质能方程:

0.002388×1.66×10-27×(3.00×108)2

△E=△mc2= ← 电子伏= 2.22

兆电子伏 1.60×10-19

计算的结果跟实际测算结果符合得很好。这个核反应表明一个中子和一个质子结合成氘核时。所亏损的0.002388u 质量转化为2. 22兆电子伏能量。

我们再以一个铀核裂变为例看看核裂变时质能变化。

235 92u + 10n → 9038Sr + 136 54Xe + 10 10n

在这个反应中释放的能量可以计算如下:

反应过程中质量减少了△m = 0.1510u

反应中释放的能量△E = △mc2 = 141兆电子伏

理论计算的结果跟实验测算的结果同样符合得很好。上述铀核裂变过程中减少的0. 1510u 质量转化为141兆电子伏能量。原子弹的爆炸其实就是原子核裂变时质量爆炸成动能。

重核裂变时原子核的质量要转化为巨大能量,某些轻核聚变结合成为质量较大的原子核时,要释放出更大的能量。例如一个氘核和一个氚核结合成一个氦核时,要释放出17.6兆电子伏能量。这个核聚变反应所释放出的巨能量,也是直接由聚变之前和聚变之后的静止质量之差产生的。

上述核子结合为原子核、重核裂变和轻核聚变反应的理论计算和实验结果都表明质量和能量在本质上是同一样的东西。

爱因斯坦发现了质能的密切关系和著名的质能等效方程,但对质能内在的一致性和区别仍缺乏彻底的认识,他没有弄明白静止质量就是物化能。乃至伸手可以逮住的“万物本原”和“第一推动”从他的眼皮底下溜掉了。他在晚年花了大量的时间和精力试图将相对论和麦克斯韦的电磁理论统一起来建立“统一场论”,结果无功而终,令人腕惜。

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