《大话物理——旅行到时与光的尽头》
第33节

作者: 一朵熊ss
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  日期:2014-12-16 17:25:00
  更新继续 与上一篇相隔好远啊 眺望~~
  关于时空的谜团还有许多未曾剥开,但此刻请暂时把目光移回力学最核心的概念——质量——上来,它的本质究竟是什么呢?运动中凭空增加的那一部分质量到底来自哪里?难道宇宙中真有免费的午餐?
  要理解质量的本质,首先得仔细研究一下牛顿在力之海洋中为我们找到的那个珍贵的不变量p,当时空在物体高速运行的状态下发生乾坤大挪移时,物体本身的动量p却纹丝不动摇。那么如何才能改变物体的动量呢?没错,施加外力。打破物体原先的匀速状态,也就毁掉了伽利略等效性的基础。沿物体的运动方向给它一个推力,此时,动量p必将增大。根据p=mv,可以预期两种效果:其一,质量增加;其二,运动速率加快。不论发生怎样的变化,从宏观上来说,都体现着力对时间的积累效应。

  而力既然能对时间产生影响,空间自然也逃不出它的手掌心。相应地,施加在时间之上的同一个力,对空间所产生的积累效应即是动能E。高速运动的物体,其体内蕴含的能量可以写作:
  E=γmc^2
  由附录一中推导过程,最终可得:
  E≈mc^2+ mv^2/2
  mv^2/2,牛顿如果看到方程中浮现出这一项大概会高兴得从睡梦中笑醒吧,他心爱的动能在狭义相对论中又复活了!当物体运动起来,就时刻怀揣着(mc^2+mv^2/2)的能量,这是力在空间的积累效应赐予它的神秘礼物,同时也是牛顿在二百三十九年前所做的预言,虽然式中多了个奇怪的“前缀”。
  但是,当物体相对静止的时候呢?
  E0=m0c^2
  什么?静止的物体也有“动能”?更准确地说,E应该叫做物体所拥有的“能量”——物体在静止状态同样贮藏着能量,因为质量本身就是能量的源泉——二者可以相互转化!所以,在上例中,随着速率不断提高,宇宙飞船所获得的质量并不是凭空冒出来的,而是飞船将外力传递给它的能量以质量的形式承载了下来。这么说来,我们身边所有的物件:一片枯叶、一滴雨露……当中都蕴藏着丰厚的能量,由于静止质量m0身旁站立着c^2这样骇人的卫士,再微小的物块所蕴含的能量都无比巨大!

  燧木取火,原来人类传承千年的能量采撷方式对物质来说不过是隔靴搔痒而已,破坏了分子价键,仅只能释放浮于最外层的化学能;而真正的魔鬼——E0——却潜藏在原子核内心深处。应该庆幸,我们亲爱的宇宙设计师想得如此周到,从一开始就把恶魔禁锢在封印之内;否则,随手抛起一粒小石子就足以引爆一个能量库,这样的世界与炼狱何异。
  同时,这个本星球知名度最高的方程也造就了有关爱因斯坦的第二条不实传闻:父辈们提起爱因斯坦这个名号,常常自动将其替换成奥本海默,无限敬仰(亦或无限畏惧)地把他唤作“原子『弹』他爹”。事实上,相对论发表之初,爱因斯坦本人并不相信人类短时期内就能从原子当中汲取能量,而如果没有战争催生,也许E=mc^2真的还将在理论之母的腹中沉睡很多年。
  关于爱因斯坦的另一传闻是:他因相对论而收获了一枚诺贝尔。事实却是,1922年,爱因斯坦在领取头一年就该颁发的奖牌时,相对论的意义尚未被世人所领悟,可以说,该理论不仅超越了时代,也超越了世间所有的荣耀。而爱因斯坦之所以拿到诺奖,凭借的是他在思维冲浪中的另一创见——光电效应。
  而今回望历史,人们才惊讶地发现:公元1905,不但是爱因斯坦的“奇迹年”、更是地球文明的“奇迹年”,这一年,他一口气写就了六篇论文(当年共发表五篇,最后一篇发表在1906年初),内容除了狭义相对论、分子热运动之外,还涉及到身份莫测的光。物质王国上下,一场源自最深层次的变革正在悄悄酝酿,就连爱因斯坦也不曾料想,自己将是那伏脉千里的导火索的引燃者……
  日期:2014-12-16 17:33:40
  附录:质能方程的简单推导
  由泰勒展开式可得:

  E=mc^2+(1/2)mc^2(v/c)^2+(3/8)mc^2(v/c)^4+……
  = mc^2+mv^2/2+(3/8)mv^4/c^2+……
  其中:mc^2与 mv^2/2分别是展开式的第一与第三项;第二项为零,第四、第五……直至第n项为高阶值,由于(v/c)^n值随着n的增大而迅速收缩,一般情形下,第四项往后可忽略不计。
  因此:
  E≈mc^2+ mv^2/2
  (第三单元完)
  日期:2014-12-16 17:42:37
  啊哈 又一章节完工鸟~~

  感谢大家暖暖的鼓励 因为你们 LZ才有了坚持下去的动力 Big Huuuuuuuuuug~~
  LZ照例要去小憩几日 顺便酝酿一下 争取把后面的内容讲述得更精彩 下一单元《广义相对论》见咯^^
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