质能方程深入理解

质能方程E=MC²，是狭义相对论的重要推论！其通常被理解为质量与能量的换算关系，甚至说成是质量与能量的转化关系。真是这样吗？它到底应该表示什么样的含义？

要看出质能关系的含义，首先要看它是怎样产生出来的。质能关系有多种推导方法，但最能体现其含义的是4维形式，由4维协变的要求先导出相对论能量公式E²=P²C²+M0²C⁴，静止时动量P=0，于是有静能量E=M₀C²。

由其导出的过程可以看出，质能关系是光速不变性和4维协变性的要求。而4维协变性表示的是坐标系之间的洛伦兹变换，那么质能关系所反映的应该就是质量与坐标系的关系。由相对论的假设：光速相对于所有参照系不变，那么反过来也可以说所有参照系相对于光速不变，如此参照系内的静止物体相对于光速也是C。又由于在相对论框架内，两参照系间的转换是用光来作为纽带的，那么参照系内的物体要先换算成相对于光速，然后才能换算到其它参照系里去。

因此E=MC²所表示的含义仅是：参照系里的物体相对于光速的动能，而不是什么质量与能量的换算关系，更不是质量与能量的转化关系。动能有1/2的系数，由于不区分光速的方向，有左右方向两种，所以乘以2，就是MC²。

说到质能关系一定绕不过原子弹，很多人说原子弹爆炸就是质能关系最好的证明。但是若仔细了解一下原子弹的发展历史就会发现，原子弹的爆炸是量子力学和原子物理学发展的自然结果，和质能方程没有一点关系。

那么有些人又会说，既然和原子弹爆炸没有关系那为什么算出的能量和原子弹一样？我想这其中应该存在着什么差错！表示的是物体相对于光速的动能，是一个很大的数字；原子弹反映的是原子核内的强相互作用力的裂变能，也是一个很大的数字，再者原子核裂变能，主要靠实验来测量，这么大的爆炸实验也是难以精确测量，差几个数量级，在客观上也是难以分辨。

 作者：王东迪

 2020年3月9日