作者：Ethan Siegel
翻译：Nuor
审校：Dannis
本文主要阐述：能量和质量并非只是简单的等价以及可以互换，其中还蕴含了关于质量的更基本性的事实。
在描述宇宙的所有方程式中，最著名且最深刻的也许就是方程式E =mc²了。一百多年前，爱因斯坦首次发现了这个方程，它教会了我们很多重要的东西：可以将物质转变为纯能量，比如说核裂变、核聚变或者物质和反物质的湮灭，可以利用纯能量来产生粒子（或者反粒子）。
更为有趣的是，任何有质量的物体，无论怎么冷却它、让它减速或者将它与其他物质相隔离，都不会丢失其固有的能量。但是这些能量是从何而来的呢？这就是我们不解的地方。
我的问题是，在方程 E = mc² 中，“m” 中的能量来自哪里？
让我们从最小的尺度开始探索它的来源。
混合物和基本粒子的大小，在已知粒子中可能存在更小的粒子。随着大型强子对撞机的出现，我们现在可以将夸克和电子的最小尺寸限制为10 ^ -19米，但我们仍不知道是否有更小的结构以及他们的形状是怎样的，是否为有限小或者是由其他粒子组合而成的。（费米实验室）
我们要做的第一件事是理解方程E =mc²，这意味着分别讨论其方程的每个项。
E 代表能量：表示所研究的粒子（或一组粒子）包含的总能量。
m 代表质量：表示粒子的总静止质量，其中“静止质量”是指静止且未通过任何已知力（引力，核力或电磁力）与任何其他粒子作用的粒子的质量。
c² 是光速的平方：在这种情况下，其代表一个转换因子，告诉我们如何将质量（以千克为单位）转换为能量（以焦耳为单位）。
我们可以从核反应中获取大量能量的直接原因就在于方程 E =mc²。
埃尼威托克环礁（位于西太平洋）上的核武器测试Mike（产量为10.4 Mt）。该测试是常春藤行动的一部分。Mike是有史以来测试的第一枚氢弹，其释放的能量相当于将大约500克物质转化为纯能量：如此少的物质发生了惊人的大爆炸。涉及裂变或聚变的核反应（或像Mike这样的测试）都可能产生非常危险的长期放射性废物。（NNATIONAL NUCLEAR SECURITY ADMINISTRATION / NEVADA SITE OFFICE）
即使仅将一千克的质量转换为能量，由于 c² [即（299,792,458 m / s）²]的度量，我们也将获得相当于 2150 万吨TNT（烈性炸药）的能量。这就解释了为什么太阳会输出这么多的能量、为什么核反应堆如此高效、为什么受控核聚变的实现是能源的“圣杯”， 以及为什么核弹如此强大又如此危险。
但是E =mc² 更让人兴奋的一个方面是，这意味着存在着一种能量形式，无论你对它做什么都无法将其从粒子中剥夺。只要这个粒子存在，这种能量形式就会一直存在。这个方程令无数人人为之着迷，其中最为有趣的一点可能就是其他的能量都能够去除，而这个形式的能量却不能。
宇宙中基本粒子的静止质量决定了它们在什么时候以及在什么条件下可以被创建，并描述了它们将如何在广义相对论中弯曲时空。粒子，场和时空的属性都是描述我们生活的宇宙所必需的。（来自UNIVERSE-REVIEW.CA）
比如说，运动中的粒子具有动能：动能是与其在空间中运动相关的能量。当快速移动的大型物体与另一个物体相撞时，无论碰撞如何发生，碰撞都会为其赋予能量和动量。这种形式的能量存在于粒子的静止质量能之外，它是粒子运动固有的能量形式。
但这是一种可以在不改变粒子本身性质的情况下将其去除的能量形式。只需使自己加速，达到与正在观看的粒子相同的精确速度（幅度和方向）移动，就可降低该粒子的总能量，最后降低到其最小值。但是，即使除去其所有动能，其静止质量能（由 E =mc² 定义的部分）也将保持不变。
发表于 2020-4-29 09:35
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