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质能关系

机械能  爱因斯坦早在1905年发表狭义相对论的原始论文,作为相对论的一个推论,他又提出了质能关系。这种关系的发现,对解释原子能释放有重大意义。

  在知道原子能以前,只知道世界上有机械能,如汽车运动的动能;有化学能,如燃烧酒精放出热能转变为二氧化碳气体和水;有电能,当电流通过电炉丝以后,会发出热和光,等。这些能量的释放,都不会改变物质的质量,只会改变能量的形式。

化学能  例如,两辆完全相同的汽车,都是5吨,一辆在运动,一辆是静止的,运动的车虽然有动能,但其质量与静止的车是完全一样的,不会因为运动而发生变化;如果运动的车一旦与静止的车发生碰撞,猛然停止时,动能虽然失去了,可我们发现,汽车在相撞处变得很热。这是什么原因呢?汽车的动能转变成了撞击点金属的热能,而汽车的质量仍然没有改变,还是5吨。这是用我们的常识可以理解的。

  但爱因斯坦发现质能关系以后,他的理论是,质量也可以转变为能量,而且这种转变的能量非常巨大。

  例如,原子能比化学反应中释放的热能要大将近5千万倍:铀核裂变的这种原子能释放形式约为200,000,000电子伏特(一种能量单位),而碳的燃烧这种化学反应能量仅放出4.1电子伏特。原子能是怎样产生的呢?前面已经提到,铀核裂变以后产生碎片,我们发现,所有这些碎片质量加起来少于裂变以前的铀核,那么,少掉的质量到哪里去了,就是因为转变成了原子能。电能数学上用E=mc2 的公式来表示,即:能量等于质量乘以光速的平方。由于光速是个很大的数字(c=30,000,000,000厘米/秒),所以质量转变为能量后会是个非常巨大的数量。爱因斯坦的理论超出了人们的常识范围,这正是他的过人之处。

  爱因斯坦的这个质能关系正确地解释了原子能的来源,奠定了原子能理论的基础。

爱因斯坦  费米的少年时代

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