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E=mc² 使用说明书

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本文选自：wikiHow

评分：8.5

译/怪哉研究者

校/濮声莉

牧夫君按

阿尔伯特·爱因斯坦于1905年发表了一篇具有革命意义的论文，他在其中首次提出了E=mc²。该方程式中，E为能量，m为质量，c为真空中的光速。E=mc²家喻户晓，尽管如此，但很多人只知其表，不知其里。简单来说，E=mc²解释了物质与能量的相互关系：这两者本质上是同一事物的不同表现形式。E=mc²看似简单，却改变了我们对能量的思考，同时也促进了科学技术的进步。

步骤1/2

理解E=mc²

1

E=mc²中的变量。

对于任一方程，明确其中的变量为第一步。在E=mc²中，E表示物体静止时的能量，m是其质量，c是为真空中的光速。

●光速c为常数，其数值(≈3.00x108米/秒)在任意参考系中相同。在爱因斯坦的相对论中，尽管c²为常数，但其作用更接近于一个单位换算因子。在方程中，c²符合量纲分析的结果，而能量的单位是焦耳（J）或kg m2 s-2，所以质量m的量纲乘以c2的量纲就能保证质能关系在量纲上的一致。

2

能量的含义。

能量包括热能、电能、化学能、核能等。能量在系统间的传递过程就是吸收能量和释放能量的过程。

●能量不能凭空产生或消失。例如煤燃烧时，大量的化学能转化成热能。

3

质量的含义。

“质量”被普遍定义为物体中物质的量。

●质量还有其他的定义，如“不变质量”和“相对论性质量”。在任意参考系中，物体的不变质量都是固定的；而相对论性质量则取决于物体相对于观察者的速度。E=mc²中的m是不变质量，这一点十分重要，其意味着方程式中的质量并不随物体速度增大而增加。

●质量和重量的区别：重量是一物体所受到的重力，而质量为物体所包含的物质的量; 质量的变化必然是物体本身的改变引起的，而重量取决于它所在环境的重力。质量的单位是千克(kg)，而重量的单位是牛顿（N）。

●和能量性质相同，质量也不能凭空产生或消失; 其能在不同的形式间转化，例如冰块可以从固态融化成液态，但质量在两种物态下不发生变化。

4

质能相当性。

E=mc²阐释了质量和能量是等价的，并且确定了一定质量物体中所包含的能量。同时，该方程还揭示了即使小质量的物质，其中也可能蕴藏着巨大的能量。

步骤2/2

E=mc²的实际应用

5

可用能源。

我们日常消耗的能量大多来自煤或天然气的燃烧。其原理是对不同元素原子中价电子（原子最外层的不成对电子）间电子键的利用：在加热时，电子键断裂从而释放能量。

● 这种获取能量的方法效率并不高，还会造成环境污染。

6

利用E=mc²提高能量转换效率。

根据E=mc²，原子核中蕴藏的能量比价电子键更大，因此利用裂解原子来获得能量比电子键断裂效率更高。

● 核能原理：核反应堆收集利用原子裂变释放的巨大能量。

7

E=mc²与新技术的结合。

E=mc²的实践应用，使得许多和我们生活密不可分的高新技术成为了现实。

●正电子发射断层扫描仪利用放射现象来透视人体。

●E=mc²使得卫星远程通信成为了可能。

●以E=mc²为基础，利用放射性碳同位素来进行地质、古董、化石等年代测定。

●清洁高效的能源—核能。

— END —

责任编辑：强楠

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翻译：怪哉研究者 | 译校：濮声莉

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