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物质的质量是如何定义的?  

2018-01-27 18:48:08|  分类: 【科普技术】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    我们知道,自然界的物质形态有很多种。实物、场、暗物质、暗能量等都是自然界中普遍的物质存在形式。其中,暗物质暗能量占据了整个宇宙的约96%。我们日常所提到的物质,严格地讲应该叫实物__即由原子、分子构成的物质。场是传递相互作用的物质,譬如引力场、电场、磁场等。 

    宇宙三要素——时间、空间、质量的定义:

    时间、空间、质量合称宇宙三要素,质量是三要素中的原生要素,没有质量就没有空间,没有空间就没有时间,即:原生质,质生空、空生时,时生万物。现代理论推测,宇宙是在距今134亿年前才诞生的!也就是说,只是在宇宙诞生那一刻起,所有的一切(包括时间、空间、物质)才会从无到有、生生不息的!

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时空质的依存关系确立了事物的演化秩序。如果在测度上以绝对常量光速c为共尺,此秩序可由以下爱因斯坦狭义相对论公式具量表达:

T=γ(t-vr/c^2),动时间T,静时间t, 相对运动下钟变慢;

R=γ(r-vt), 动距离R,静距离r, 相对运动下尺变短;

M=γm, 动后静质量M,动前静质量m,相对运动下质变大。

其中γ=1/√(1-v^2/c^2)

===================

  物理学「物质」稍微狭义一点。物理上把所有粒子按一种叫「自旋」的特征量分为两大类——

1.「费米子」,即自旋为半整数的粒子;绝大部分粒子都是「费米子」。比如电子、质子就是费米子。通常「费米子」被认为是「实物粒子」,即构成实体物质的材料。

2.「波色子」,即自旋为整数的粒子。只有很少几种粒子是「波色子」。「波色子」是传递物质之间相互作用的媒介,而不是物质本身。

   比如 「光子」,就是一个自旋为 1 质量为零的规范玻色子。而从这个意义上,光不是物质。这一点就跟引力一样。引力对应的引力子也是波色子,是传递引力的媒介。光是传递电磁力的媒介。我们不会把引力当成物质,所以在同样的意义下,光也不被视为物质。

   光子具有能量ε=hν和动量p=hν∕c,是自旋为1的玻色子。它是电磁场的量子,是传递电磁相互作用的传播子。原子中的电子在发生能级跃迁时,会发射或吸收能量等于其能级差的光子。正反粒子相遇时将发生湮灭,转化成为几个光子。光子本身不带电,它的反粒子就是它自己。光子的静止质量为零,在真空中永远以光速c运动,而与观察者的运动状态无关。由于光速不变的特殊重要性,成为建立狭义相对论的两个基本原理之一。

   与大多数基本粒子(如电子和夸克)相比,光子没有静止质量(爱因斯坦的运动质量公式m=m0/sqr[1-(v/c)]中,光子的v = C,使得公式分母为0,但光子的运动质量m具有有限值,故光子的静止质量必须为零。

   光虽然没有静质量,但是运动时是有能量的。而能量和质量是一体的——爱因斯坦的质能方程E=MC^2已经得出他们两者之间的关系。比如原子弹爆炸,重的原子核裂变成为轻的原子核,这个过程中会产生质量差。于是差的质量就转换成了能量。上式中C为光速,是个很大的数值,所以原子弹爆炸才能产生这么大的威力。同样,如果你要把轻原子核捏起来成为一个重核,你也需要给相同的能量才行,你给的能量就变成了质量了,所以一个重核要比组成它的几个轻核加起来重一点。事实上,光也有动量,被光照射的物体会感受到光压,向后发射光可以产生反作用力推进飞行器。

    根据计算:质子、中子和电子的质量

自由质子质量Mp≈1.6735777674525×10^(-27)Kg;

自由中子质量Mn=≈1.6749726577605×10^(-27)Kg;

电子质量Me≈9.1031122704375×10^(-31)Kg。

光子质量:(一项由中国科学家罗俊等完成的新的实验表明,在任何情况下,光子的静止质量都不会超过10^(-54)Kg);

   当光的质量大于临界质量时,很容易被电子所吸收或散射;当光的质量小于临界质量时,不太容易被电子所吸收,即很容易被电子很快发射掉;而处于临界质量附近的光子较容易被电子吸收,并向不同方向发射,由此而形成青蓝色的天空。光能子通过超穿越,进行物质能量传换,平衡宇宙。

   量子电动力学确立后,确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。根据量子场论,一对正反粒子可发生湮灭变成一对高能伽马光子,而一对高能伽马光子在高温下亦可发生反应产生一对正反粒子。比如在T=10K的温度下可发生光子向质子和中子等重子的转化。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用,正反带电粒子对可湮没转化为光子,它们也可以在电磁场中产生。一个光子能量的多少正比于光波的频率大小,频率越高, 能量越高。当一个光子被原子吸收时,就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的原子就从基态变成了激发态。光子具有能量,也具有动量,更具有质量,按照质能方程,E=MC2=hν,求出M=hν/C2,(C为真空中光速). 

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