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质量的起源  

2018-02-05 12:21:24|  分类: 【科普知识】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        关于质量的概念,牛顿的第二运动定律说,一个物体的加速度等于作用于其上的力除以它的质量,因此一个没有质量的物体就不知道如何运动了,因为你要除以零。还有,在牛顿的引力定律中,一个物体的质量决定了它所施加的力的强度。我们不可能用没有引力作用的材料构造出一个有引力作用的物体,所以无法取消质量而不同时取消引力。最后,经典力学中质量的最基本属性是它是守恒的,比如说,当你把两个物体放到一起,总的质量就是单个质量的和。这个假定在我们的头脑中是如此根深蒂固,以至于它并没有作为一个定律被明确地提出来。总之,在牛顿力学的框架中很难想象什么东西能构成一个“质量的起源”,或者甚至于这话可能是什么意思,在这一框架中质量就是质量一一一个本原的概念。

        物理学后来的发展使得质量的概念显得不那么本原了,爱因斯坦狭义相对论的著名的质能公式通常写成 E = mc2 的形式,这反映了我们应当用质量来表示能量的偏见。但是我们也可以把同一个方程改写成 m = E/c2 的形式,写成这种形式后,它就暗示了用能量解释质量的可能性。爱因斯坦从一开始就认识到了这种可能性。事实上,他的那篇1905年的原始论文的标题是《一个物体的惯性是否和它所包含的能量有关?》,论文推导出了m = E/c2 ,而不是 E = mc2。爱因斯坦当时脑子中考虑的是物理学的根本问题,而不是原子弹。 

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             阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein, 1879 - 1955)

            在现代粒子加速器中,方程 m = E/c2 变成了现实。比方说,在位于日内瓦附近的欧洲核子研究中心(CERN)实验室的大型正负电子对撞机 LEP 中,电子和反电子(即正电子)曾被加速到巨大的能量,强大的特别设计的磁体控制粒子的轨迹,使它们顺着一个巨大的存储环以相反的方向打转。这些粒子束的轨迹在几个相互作用区相交,在那里就会发生碰撞。2000年,LEP 的机器被拆卸了,它要让位于大型强子对撞机 LHC ,后者将使用同一个隧道。LHC 要碰撞的是质子而不是电子,它将会在高得多的能量级上运行。当一个高能电子和一个高能正电子发生碰撞的时候,我们常常观测到事后会产生大量粒子,这些粒子的总质量可能是原来的电子和正电子质量的几千倍。这样一来,我们就真的在现实世界中由能量创造出了质量。

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