第十五章质 量 与 能 量【１20】

19世纪末，正当物理界即将庆功全部物理学理论完成之时，出现的紫外灾将整个物理界一下子全部逼入困境。这是微观世界中的微粒在提出挑战。

物理界继牛顿之后，最伟大的科学家爱因斯坦，用量子理论为物理学解了难，他正确地解释了光电现象，也因此荣获了1921年度诺贝尔物理学奖。

爱因斯坦划时代地提出与创建了相对论。他在相对论中指出没有“绝对时间”、“绝对空间”。时间、空间、运动、质量、能量都是相对的，而不是绝对不变的，它们随着物质运动状态的变化而变化，速度越高、变化越大。

关于质量与能量的关系也是相对论中的一个重要研究结果。在论述物理界超光速的事物是不可能存在这一问题时，爱因斯坦指出，要把一个粒子加速到光速是不可能的，因为那需要无限大的能量。爱因斯坦著名的质能方程E=MC2阐明了质量与能量的等价关系。这也是以后发明核武器的重要理论基础。通俗点理解爱因斯坦推出这个方程的意思，他是指极小的物质可以转化为巨大的能量。

爱因斯坦在谈论空间与时间可以相互转换时，同时指出：质量与能量也可以相互转换。他说：“为了保留某些神圣不可侵犯的物理学原理——即能量守恒定律和动量守恒定律，有些直观概念必须放弃。质量本身不再是固定不变的而是能转变成能量。能量可以变成物质，物质也可以变成能量。能量的旧概念必须加以扩大。”

爱因斯坦在相对论中还提出了“静能量”的概念，也就是一个物体在静止不动时所具有的能量，它的数值依赖于自身的质量，也就是由质能方程所显示的那样E=MC2。

他又说，一个物体能量总和是由动能和静能量组成的。可表达成公式：E=MC2γ。而在日常速度中γ大约等于1，因而能量总和近似于等于静能量，但是当物体的速度接近光速时γ可比1大很多，也就是能量总和将增加许多。

总之，20世纪进入量子力学时代，人们的视野扩大了许多，物理学研究的对象可以说从几乎只有鼻子下的那么一点区域扩大到：从小到空间尺度为10－17米的亚核世界，直至大到150亿光年（1.439×1027米)的整个宇宙进行研究。物理学的观念也从经典物理转变到量子力学的观念来了。

从现代物质科学知识可知，物质具有复杂的层次结构，较低层次的粒子是通过相互作用力结合为较高的层次。物质科学也正在将最高层次的物质不断地一层一层地还原为更低层次的，也就是更微观层次的微粒及它们之间的相互作用力。希望能就此一直分解下去，直至找到最终的不可再分割的最基本的粒子及其基本相互作用力。

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