81 质量和能量是一回事吗（第1页）

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81　质量和能量是一回事吗？

爱因斯坦最广为人知的贡献是相对论，相对论又分狭义相对论和广义相对论。狭义相对论只处理匀速直线运动的情况，而广义相对论则要处理存在加速和引力的情况。狭义相对论中，最著名的方程式是质能方程。这个方程式要如何理解呢？

E=mc2

这个方程要表达的意思很简单：能量即质量，也就是能量和质量等价。这个方程是怎么推导出来的呢？

这里面的逻辑还挺长的。首先要审视一下麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组看着非常完美，但里面却有一个悖论。我们知道电流能产生磁场，电流无非是电荷的定向移动，但如果观察者的速度跟电流的速度，也就是电荷定向运动的速度一样的话，对于观察者来说磁场就消失了，因为没有电流就没有磁场。也就是同样一条电线，静止在地面上的人看它，能感受到磁场的存在，但是运动着的人看它，却感受不到磁场的存在。但磁场的存在与否，应该是一个客观事实。这就是麦克斯韦方程组里的悖论。

要解释这个悖论，必须加入一个条件，就是光速不变原理。也就是不论观察者如何运动，他测量到的光速都是不变的。根据光速不变原理，就可以推导出狭义相对论的种种效果。这些效果非常神奇，比如物体的运动速度越快，它的时间流逝速度就越慢；它的长度会缩短，物体质量也会变大。

把“速度越快，质量越大”这一点加入计算，就能轻易地推论出，能量对质量是有贡献的。因为速度越快，意味着动能就越大，它同时对质量有贡献。由此再进行一轮数学推演，就能够推论出E=mc2的结论了。

从质能方程中，我们可以受到一个启发。也就是如果我们能把质量转化成能量的话，这种能量转化的效率是极高的。因为光速c是一个非常大的数字，它约等于3×108，也就是3亿。再平方一下，就是9×1016，也就是9亿亿。如果一千克的质量转化成能量的话，将产生9亿亿焦耳的能量，这些能量可以烧开两亿吨的水。

质能方程可以说是核能的理论根基，原子弹、氢弹、核电站之所以有如此大量的能量释放，就是因为它们的基本反应过程是质量转化为能量的过程。

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