1934年,爱因斯坦给听众们推导狭义相对论,E=mc2,是一个简洁且意义重大的基础物理学公式,甚至彻底颠覆了人们的认知。它使人们意识到,质量和能量是同一事物的不同表现形式。以这种方式思考问题,使我们能够发现构成我们宇宙的基本粒子,利用核能,发明核武器,并发现描述宇宙中每个物体如何相互作用的重力理论。
几百年来,有一个永恒的物理定律,它从没有受到过挑战:在宇宙中发生的任何反应中,质量始终是守恒的。
无论发生反应的反应物是什么,反应的过程是如何进行的,最后有什么产物产出,发生反应的反应物的质量总和总是和反应后所有产物的质量总和相等。但是在狭义相对论中,质量根本不可能是一个守恒量,因为不同参考系的人会认为两个参考系的能量是不同的。相反,爱因斯坦从中推出了我们今天仍在使用的一个规律,这个规律由简单却又很强大的公式所记录,那就是:E=mc2。
这个方程仅仅由三项构成:E,也就是能量,方程的其中一边有且仅有这项,它代表的是系统的能量总和;m,也就是质量,通过一个转换因子就能将其和质量联系在一起;c2,光速的平方,是一个可以让E和m等同起来的因子。
这个等式意味着什么呢?毫不夸张的说,它彻底颠覆了人们的认知。正如爱因斯坦所说的那样:“从狭义相对论来看,质量和能量是同一事物的不同表现形式——对一般人来说,这可能是个不同寻常的概念。”
下面是这个简洁的方程的三个最大的意义。即使是静止的物体也具有属于它们的固有能量。质量能转化成纯粹的能量。能量不仅仅只能是能量了,而且可以转化成质量。
质能等价的事实也就催生了爱因斯坦的最大成就:广义相对论。想象一下,你有一个粒子和与其相对应的反粒子,每个都有相同的静止质量。你可以“消灭”它们,它们会产生一定数量的能量的光子,具体数量由E = mc2给出。
现在请你发挥想象,这颗粒子/反粒子快速地移动,就如它们从外太空掉下来一样,然后在接近地球表面的地方湮灭了。那些光子现在有额外的能量:不仅仅是来自E = mc2的E,而且还有来自下降过程中获得的动能E。
爱因斯坦质能方程E = mc2,是一个简洁且意义重大的基础物理学公式。物质具有固有的能量,质量可以在一定条件下转化为纯粹的能量,并且能量可以用来创造不曾发现过的“大质量”物体。以这种方式思考问题,使我们能够发现构成我们宇宙的基本粒子,利用核能,发明核武器,并发现描述宇宙中每个物体如何相互作用的重力理论。