聊聊狭义相对论-第17部分
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我想你肯定会听过爱因斯坦那个著名的E=mc2公式吧！
它是司空见惯的；它是妇孺皆知的。
它出现在了很多书籍杂志上；它被刻在了路边的雕塑上；它被印在了时尚的衣服上；它甚至成为了某些人的口头禅……
只要一提起爱因斯坦，一提起相对论，人们就会想起这条公式——E=mc2！
出名归出名，它说的到底是什么玩意儿呢？
E，energy，代表能量；m，mass，说的是质量；而c呢，老规矩，是光速，299792458米每秒，或者说是30万公里每秒！
这也就是说，能量等于质量乘以光速的平方！
说到这，你或许认为它也没什么了不起呀。
呵呵，且听我细细说来。
等号意味着什么？意味着等价！等价就是说，能量其实和质量是一样的！也就是说，质量可以换成能量！
伟大吧？用这条公式可以把你变成能量，拿来烧开水、看电视……
这条公式告诉我们，原来质量就是能量，这就为我们的能源短缺打开了一条新的途径。
而且，在爱因斯坦之前，科学上还一直存在着能量守恒定律和化学上的质量守恒定律这么两条分家的定律。现在倒好，有了这么一条公式，两个守恒定律就可以划到同一个范畴了！
如此说来，E=mc2确实很厉害！
打个比方说，你的质量是50公斤（想想，这个质量指的是什么质量？），那么要是把你完全变成能量的话，有多大呢？
根据那个式子，不妨来算一下，
E=50×3000000002=4。5×10^18（焦耳）
这些能量究竟有多大呢？我们平时烧开一锅水，大约就用了10^6焦耳的能量。也就是说，如果拿“你”来烧开水的话，足以烧开4。5×10^12锅！按每天烧一锅水来算的话，足足可以应付10^10年！而从远古人类算起一直到今天，也不过才10^6年的历史！
怎样，厉害吧？50公斤的质量就可以干那么多事！是不是该考虑为人类的烧开水事业献身了呀？
质量蕴涵了那么庞大的能量，在爱因斯坦之前，我们还不知道哩！看来，这个公式还真像它的名气那样，确实很伟大！名副其实的“名副其实”呀！
你也许会问，这么拽的式子，爱因斯坦是怎么得来的呢？
爱因斯坦在1905年的那篇《物体的惯性同它所包含的能量有关吗？》论文里边提出了它，作为对《论动体的电动力学》的补充。
关于这个式子的推导过程，允许我再次略去了。因为，严格的推导需要用到微分等高等数学内容；而一些简单的推导的意义又不太明了，所以，折中一点，不要便罢。
E=mc2在科学中的运用非常广。
说到E=mc2，我们不得不提起原子弹。人们尊称爱因斯坦为原子能之父。小小的质量就蕴含极大的能量。所以，小小的原子核也应该可以放出很大很大的能量！原子弹正是以E=mc2作为理论依据而制造出来的。
我们知道，物质是由分子、原子组成的，而原子里边又有质子呀，中子呀，还有电子，质子和中子结合成了原子核，也正因如此，质子和中子又统称为核子。要知道，当原子核里边的核子分裂和结合时，就会出现质量的亏损，也就是说，分裂或者结合前后的质量不一样了！那，那些质量跑哪里去了呢？
正是变成能量释放出来了！所以，在这样的基础上，人们就可以制造出来原子弹，利用原子核里边的变化，瞬间释放巨大的能量，从而具有极大的杀伤力。
原子弹的诞生有非常多的背景，其中包括政治的、道德的、科学的……当时为了赶在德国法西斯之前制造出原子弹，防止法西斯力量进一步威胁世界的和平，爱因斯坦亲自写信给罗斯福总统，要求尽快研制原子弹。于是，一大批的科学家蜂拥而至，庞大的科学明星阵容，n颗闪耀着智慧光辉的头脑，最终缔造了这种足以毁灭人类文明的武器！
1945年，第一颗原子弹“小男孩”（Little Boy）在日本广岛爆炸，生灵涂炭。直至今天，世界的核武器数量惊人，人类最大的悲哀莫过于制造出来了可以毁灭人类自己的武器！今天，朝鲜、伊朗的核问题依旧摆在我们面前，而其他很多国家也拥有核武器。人类正生活在核武器的威胁当中。
由此看来，科学确实一把双刃剑。它可以造福人类，也可以置我们于死地，而至于应该发挥它的什么作用，这就不是科学所能够掌管的了，而必须依靠道德的力量！
不过，原子弹的过错不能归咎到爱因斯坦一个人的身上，其实E=mc2也一样是可以造福人类的。比如说，烧开水事业（^_^）。现在，人类正面临着能源的危机。随着人类掠夺式的开采，化石能源有一天终究会耗尽。而且，这些化石燃料也带来了严重的环境问题。如何找到新的、无污染的能源，是我们新世纪的重大课题。
而核能就是其中一种理想的能源。核能也是利用质量亏损所放出来的巨大能量，所以它的理论基础还是E=mc2呢！
这又是科学好的一面。
其实，任何事物的好坏关键在于我们怎样去对待。原子能的利用更是如此，希望我们可以自觉起来，坚守道德的高地，为人类的文明事业做出贡献。其实，这也是我们的责任所在。
呵呵，一下子提升到道德问题的讨论，似乎有偏题的倾向。
言归正传，你或许在琢磨着要怎样为烧开水事业做贡献了。原子能也不过仅仅能够利用那么一点亏损的质量，还有一些剩余的没有利用呀！有没有可以利用全部质量的方法呀？
有倒是有，我们就来看看！
E=mc2确实拥有很大的威力，50公斤的质量就可以烧上10^10年开水！然而，究竟有没有将质量100％转化成能量的方法呢？你究竟能不能实现那个伟大的为人类献身的理想呢？
这就不得不提到反物质了。
在《阿丽思镜中奇遇记》中，作者向我们展示了一个神奇美妙的镜中世界。在镜子里边，所有的一切都会跟我们现实生活相反。阿丽思读诗的时候，发现文字是反过来的，差点看不明白。而为了可以和王后说话，阿丽思又不得不听从玫瑰的建议，不能迎着往后走过去，而应该向相反的方向走去！
是呀，当你照镜子的时候，有没有想过这个世界会不会真的存在一个和你相反的“你”呢？平时，我们耳濡目染的物质都是由带正电的质子、带负电的电子和不带电的中子组成。会不会存在一种物质，仿佛照镜子那般，它是由带负电的质子、带正电的电子等组成的呢？那个“反你”跟你只是电荷上存在差异，而其它都一样？
人们将这种物质称为“反物质”。
在1928年，英国物理学家狄拉克就在理论上预言了反物质的存在。这种物质相当于物质的镜像，跟我们平时熟悉的物质的电荷正好相反。
1932年，美国科学家安德森找到了第一个反粒子——正电子！除了电荷带正电之外，这种电子跟我们平时司空见惯的电子没有什么两样，质量是一样的，寿命也相同。
接下来，1955年，人们又发现了反质子，这种质子带的是负电荷！之后又找到了反中子、反介子……值得一提的是，反∑超子的发现要归功到我们国人的身上——1959年中国科学家王淦昌填补了这一个空白（我们应该为此自豪，也应该以此为榜样！）。
最令人振奋的是，1996年1月，当西方人还沉浸在圣诞节的悠闲假期时，一条爆炸性的新闻响彻全球，各大媒体纷纷跟进报道——CERN奥勒特研究小组的科学家们制造出了人类首批“反氢原子”！这是第一次真正意义上的反物质（对于CERN，就是我们前面说到的那个欧洲粒子物理研究所）！次年，美国费米国立加速器实验室也成功地制造出了“反氢原子”！
从理论到实践，从预言到现实，人类将自己的聪明才智发挥到了及至。这是人类科学理论的又一次伟大胜利！向人类致敬！向科学致敬！我们有信心，也有理由走得更远！
现在，几乎每一种粒子，人们都已经找到了它的反粒子！不过，要真正制造出一个“反你”来，却还有很长的路要走呢！
但是，既然反物质是存在的，为什么我们一直都没有发现、没有遇到呢？我们周边都是物质来的呀？反物质又藏在哪里呢？这确实是一个问题，一个到现在还令物理学家头疼的大问题。为什么我们的宇宙中物质这么多，而反物质却那么少？这到现在都还没有确切的答案！是反物质集中在另一个地方，我们没有发现吗？很有可能！ 1997年科学家宣布在银河系中心附近发现了“银心反物质喷泉”现象，这极大地震撼了整个物理学界！1998年，美籍华人科学家、诺贝尔奖得主丁肇中领衔的AMS（Alpha Magnetic Spectrometer）计划，将试图寻找宇宙中的反物质。AMS计划是一个大型国际合作项目，共有美国、意大利、瑞士、中国、法国、德国等10多个国家、50多所高校和科研院所参加。值得关注的是，中国的东南大学、山东大学、中山大学、上海交通大学、中科院电工所等单位近期还加入了AMS科研项目。
物质和反物质具有这么一种特性：只要它们一碰头，就立即会湮灭，放射出辐射来。这就有点像梁山伯和祝英台了，生前两隔，相聚之时，竟已化蝶成仙！物质和反物质寻寻觅觅，难得一见，当两家一接触时，却会双双“化蝶”（湮灭），放出巨大的能量！
注意到了吗？这就将是我们将质量完全转化成能量的方法！
想不到物理学竟也存在着浪漫的梁祝姻缘，原来物理学也有甜蜜蜜的时候。
当物质和反物质相碰头的瞬间，就会互相湮灭，完全转化成巨大的辐射能量，不留下一点自身的痕迹。
比方说，当一个正电子和一个负电子（也就是我们“常见”的电子）相碰时，就会转化成一对γ光子，而辐射光子的能量就刚好对应正负电子的质量和与光速平方的乘积。
于是，我们就找到了一个献身的途径！只要找到一个“反你”或者一堆反物质，然后抱到一快，之后就会将你们的质量完全转化成能量了！这次呀，不再仅仅是50公斤了，而还得加上反物质的质量，也就是100公斤！呵呵，这下可以足足烧上两个10^10年了！
不过，这个方法的实现在现在看来依旧还是不太可能的。然而，这又为我们提供了一条新的、无污染的能源途径哟。
在此提醒一下，如果有一天，你偶然见到了“反你”，千万不要跟他握手，否则你们将相互湮灭，成为一堆能量！
而对于反物质和物质的不均衡之谜，如果你有兴趣的话，不妨在本次冒险完了之后，跟“旅游局”联系一下，去做一次反物质之旅！并且期待你的大功告捷！
也许你会问，爱因斯坦说E=mc2，那么这个E究竟指的是什么能量呢，是热能？势能？动能？……
其实呀，当那个质量是静止质量时，我们可以说E就是静能。静能是什么呢？它包括了该物体一切的能量！像物体的分子运动的动能啦，分子间相互作用的势能啦，使原子与原子之间结合到一起的化学能啦，使电子和原子核结合在一块的电磁能啦，原子核的核子间的结合能啦等等，都是包含在静能中！也就是说，E包括了物体里边所有所有的能量！凡是能量都要算进来！所以，一块小小的物质，也可以包含着巨大的能量！
你上面说静止质量，对应着静能。那要是物体在运动呢，它就有速度了呀，那E有得怎么算呀？
也很简单，静能就是物体静止时所具有的一切能量，当它运动起来之时，就多了动能呀，加上去就行了。其实，不是说物体运动时质量会增大吗，只要你用那个“膨胀”后的质量乘以光速的平方，就是这个时候物体所具有的总能量啦！
这个时候，我们另外有一条更加直观、简洁的式子来计算，那就是
E2=m02c^4＋p2c2
这个E呢，就是物体的总能量。m02c^4就是物体静能的平方，而p呢，就是我们熟悉的动量，p=mu，也就是质量乘以速度那个，这里m就是“膨胀”后的质量了。c，大家就熟悉啦，就是光速，那个299792458米每秒，或者说是30万公里每秒。
这就是相对论的能量与动量关系式。
这个式子的得来是非常简单的，只需要用到质速关系式。进行一些变形，就可以弄出来了。不过，这样“艰巨”的任务，还是交给你去完成吧！我相信你是一定可以办到的！加油哟！
看一下这个式子，我们得发扬从物理方程中找物理意义的精神！爱因斯坦曾经说，理论决定了我们所能观察到的东西！呵呵，如此说来，看懂一条方程，你将具有洞察世界的能力！
从能量与动量关系式中，我们可以看到，一个物体的总能量，其实是静能和动能之和。
当p等于0时，也就是说物体的速度u等于0时，E是物体的静能。
那，要是静能等于0呢？
可以存在这样的事情吗？
只要它还有能量，就有可能！因为，虽然你的静能等于0，但方程的右边还有一项！那一项可以不为0！
慢着，静能等于0意味着什么？！那就得静止质量为0！
你疯了？！
竟然想出这样荒唐的事情来！
非也，非也！一点也不荒唐……
先把那个式子再写一遍：
E2=m02c^4＋p2c2
倘若我们让m0等于0，回发生什么事情呢？
意味着E=pc！
意味着那个具有能量E的物质，它没有静止质量，但却在不停地运动！
存在这样的物质吗？！
p等于什么呢？
p=mu呀！而m=m0/√（1…u2/c2）！所以
p＝m0u/√（1…u2/c2）
现在m0＝0啦，而要使得p不等于0，有没有办法呢？
为了使动量p不等于0，注意一下分子、分母，运用极限的思想，当m0不断趋于0时，上面的分子不断趋于０，为了使动量p为�
