¿Qué significa la famosa fórmula de Einstein E=mc2?
La ecuación masa-energía de Einstein E=mc^2 revela la relación entre la masa y la energía de la materia: la energía es proporcional a la masa del objeto, y la masa y la energía están inseparablemente ligadas. ¿La ecuación masa-energía E=mc^2 o ΔE=Δmc^2 refleja la relación de conversión cuantitativa entre masa y energía? ¿No se conservan la masa y la energía, pero sí la masa y la energía? ¿Cómo entender la "pérdida de calidad" relacionada?
Para entender estas cuestiones, debemos entender el significado de la ecuación masa-energía de Einstein. La ecuación masa-energía E=mc2 muestra que cuando la masa en movimiento de un objeto es m, la energía total contenida en su movimiento es E. La energía total E incluye la energía cinética y la energía estática del objeto. Cuando la velocidad de movimiento del objeto no es muy grande, la energía cinética Ek = (1/2) m0v^2, m0 es la masa en reposo. La energía estática E0 es la energía interna total de un objeto cuando está en reposo, incluida la energía cinética de las moléculas, la energía potencial entre moléculas, la energía química que une átomos con átomos, la energía electromagnética que une núcleos y electrones, como así como los protones y la energía neutra en el núcleo. La energía de enlace de la subunidad, etc., E0=m0c^2. Entonces E= mc^2= E0 Ek. E=mc^2 ilustra la relación entre la energía total contenida en un objeto y su masa.
ΔE=Δmc^2 muestra que cuando la masa de un sistema cambia en Δm, el cambio correspondiente en energía es ΔE. Cuando la energía de un sistema disminuye, su masa también disminuye; cuando otro sistema recibe y por tanto aumenta energía, su masa aumenta en consecuencia. ΔE=Δmc^2 muestra que cuando la masa de un objeto cambia, la energía total también cambia.
El significado de las dos ecuaciones muestra que la ecuación masa-energía no tiene el significado de "conversión masa-energía". La ecuación masa-energía solo refleja la relación entre masa y energía en magnitud, y los dos no pueden convertirse el uno en el otro. Para un sistema cerrado, la masa se conserva y también la energía. En el proceso de reacción y transformación material, la forma de existencia de la materia cambia y la forma de la energía también cambia, pero la masa no se convierte en energía. Tanto la masa como la energía representan las propiedades de la materia, la masa describe la inercia y la gravedad, y la energía describe el estado del sistema.
Entonces, ¿cuál es la pérdida de calidad?
Podemos ver que la pérdida de masa siempre ocurre cuando el sistema irradia energía hacia el exterior. Cuando la energía del sistema disminuye, la masa naturalmente disminuye. Cuando la masa del sistema se reduce en Δm, la energía del sistema se reduce en ΔE y la energía reducida se irradia hacia afuera. ¡La masa reducida se convierte en masa del fotón y la energía reducida se convierte en energía del fotón! Aunque la masa en reposo del fotón es 0, durante el proceso de radiación del fotón, tiene energía E = hυ, por lo que el fotón en movimiento tiene una cierta masa. La velocidad del movimiento del fotón es siempre c, E=hυ= mc^2, por lo que cuando la frecuencia de un fotón es υ, su masa es m= hυ/ c^2.