核反應背後的質能方程,其實很多人理解錯了,真正的解讀在這裡

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很多人都知道,質能方程是愛因斯坦提出的,用公式表示為E=mc^2。其實很多人對它的理解是存在誤區的,很多人認為:在核反應中發生質量虧損,少掉的質量轉變為能量釋放出來,就以為核反應質量不守恆,其實這種觀點不正確,那真正的質能方程的含義是什麼?這得從方程的起源說起。

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從本質說起

質量指的是物體所含物質的多少,比如一塊鐵,它所含的鐵物質越多,那就說它的質量越大。如果稍微深入一點來講,質量是物體平動的慣性的度量,我們常說質量越大,慣性也越大就是這個意思。

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而能量是一個更廣的量,它的含義非常豐富。比如有兩個一樣大的鐵球,兩個的溫度分別是200℃和600℃,那我們說溫度高的能量更多,其實這裡的能量就是溫度的一個體現。而對於物體來說,能量的含義應該是它所含的能量的總和,從內部來看,就是分子動能和分子勢能,從外部來看,包括物體的機械能等,當然這些能量都是力學的具體體現。

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在愛因斯坦之前,或者說物理處於牛頓的經典物理時代,科學界都認為質量與能量是沒有聯絡的,兩者相互獨立。事實上中學階段所學習的基本都是經典物理,近代物理學習不多,也就會讓很多人對兩者的關係認識不透,有些以為沒什麼聯絡,另外一些就只知道質能方程,但是侷限於對質能方程的描述不夠,導致這部分人認識只侷限於E=mc^2。

質能方程的真正解讀

任何靜止的物質都具有能量,這些能量包括內能(分子動能和勢能的總和)、原子內部粒子之間的結合能等。靜止物體具有能量是相對論的一個重要結論,這說明物質內部的分子永不停息地做運動。因此,反過來說,內部形成的能量也就反映了宏觀的慣性,而慣性唯一的度量就是我們俗稱的質量。換句話說,質量是和能量聯絡在一起的,這是經典物理所不具備的認知。

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質量的表現,在宏觀的層面來講,主要是慣性以及物質間的引力作用。而能量卻是透過對外做功或者熱傳遞表現出來。但是兩者其實密不可分,是完全能聯絡在一起的。所以質能方程的出現,絕對是對物質本身屬性的一種描述,這也是它最為偉大的地方。

核反應中的質量虧損的理解

前文我們講到,因為中學課本對質能方程的提及不夠深刻,導致很多人產生一種誤解,認為核反應中質量的虧損轉化成了能量,其實這種觀點不正確。如果認為虧損的質量轉變成了能量,那必定會得出核反應中的質量不守恆。而質量守恆是一個普遍性的規律,不只是化學反應質量守恆,核反應也應遵守這條規律。

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其實,核反應雖然發生了質量的虧損,但是這虧損的質量不應該理解為轉變成能量,而應該理解為輻射的質量,這裡的輻射就是釋放的核能。所以總的來說,質量並不是真的虧損,而是一種形式轉化為另一種形式的質量而已。

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科學發展歷來都是一個艱難的過程,我們在享受如今科學帶來便利的同時,也應緬懷對科學默默奉獻的無數科學巨人。在這裡,編者想說的是,雖然核反應對人類造成過一些不同程度影響的災難。但是,我們應該要明白絕大多數科學家對核本質的研究,也只是對科學的一種態度,對事物本質的一種好奇。核能雖然可怕,如果人類能合理的利用,這將是人類最為正確的選擇!