第125章 解释三：质能方程，横空出世！震惊众人！
    证明完动量守恒定律在相对论中依然成立后，李奇维没有停下，他继续说道：“同理，能量也是如此。”
    “普朗克教授所谓的能量指的就是动能，物体运动后所具有的能量。”
    “按照牛顿力学的定义，动能的表达方式为【e=1/2mv】。”
    “一个质量为m的小滑块静止在地面，则它的动能为0。”
    “当我们用恒力f去推动滑块，滑块移动了距离s，然后均匀加速到速度v。”
    “如果我们计算力f在距离s上做的功，会发现它正好等于滑块的动能1/2mv。”
    “这也是动能定理的内容，即外力对物体做的功，等于物体的动能改变量。”
    “如果想要经过lqw变换后，依然满足守恒，则动能需要经过以下改变。”
    “首先，我们用【力乘以位移】来计算外力的功，即【e=fs】。”
    “虽然力f可以用【f=ma】表示，但是刚刚我已经推导了相对论中的新动量定义。”
    “所以，我用动量的变化率【△p/△t】表示f。”
    “这样可以节省大量的运算，而且符合逻辑。”
    “前面我们假设力f是不变的，滑块在做均匀加速运动，但这只是一种特例。”
    “为了保证普适性，我们假设f和s在变化，则这里还需要用到微积分。”
    “如图所示，我要开始计算了。”
    “咔咔咔、咔咔咔”
    “经过计算后，我就得到了在相对论中，新动能的定义方式。”
    在众人起初不在意，然后渐渐皱眉，最后瞪大双眼的震惊下。
    李奇维最后推导出来的公式为：【e=γmc-mc】。
    他继续解释道：“这就是坚持相对论的基本原理，认为物理定律应该满足lqw变换后，得出的新动能定义。”
    “这个公式中，γ称为相对论因子，与物体的速度v有关，γ=1/√（1-v/c）。”
    “我知道，大家可能不太习惯这种动能的表示方法。”
    “但是，牛顿力学就是相对论的近似，不信你们看。”
    “我只要将γ进行泰勒展开，一阶.二阶”
    “成了，这时候就变成了我们熟悉的牛顿力学定义的动能形式：e=1/2mv。”
    “这证明了，牛顿力学动能只是相对论动能的二阶近似。”
    “m依然是我们知道的质量，是一个不随速度和参考系变化而变化的物理量。”
    “而e就是物体因为运动，而具有的动能。”
    “仔细看这个公式，如果当物体的速度v等于0时，那么γ就等于1。”
    “动能就变成e=mc-mc=0。即静止物体的动能为0，这很符合我们的认知。”
    “但是，当物体速度逐渐增大时，相对论因子γ就开始大于1。”
    “γmc与mc的差值越来越大，结果就是物体的动能不断增大。”
    “mc可以理解为质量为m的物体在静止时具有的能量，我把它简称为【静能】。”
    “而e是物体的动能，动能加静能自然就是物体的总能量。”
    “即：【e+mc=γmc】，γmc就是物体因为运动，而具有的总能量。”
    “当然，如果我们把方程换个形式，也可以理解为物体的质量会随着速度增大而增大。”
    “但我认为这种理解，会丢失某些重要的物理信息。”
    “所以，经过以上的推导后，我们可以得到一个简约的公式。”
    “一个静止的物体依然具有能量，统称为静能。”
    “且物体的静能与质量有对应关系，即【e=mc】，c为光速。”
    “我把这个方程叫做【质能方程】。”
    当这个著名的方程，被李奇维通过相对论循序渐进推出来后。
    “嘶！”
    无数人倒吸一口凉气。
    “轰！”
    紧接着就是会场内彻底沸腾。
    所有人都看着那个仿佛上帝亲手写下的公式。
    内心止不住疯狂呐喊：什么情况？能量和质量不应该是相互独立的概念吗？怎么会有等式关系。
    这与牛顿力学根本不符合。
    在牛顿力学中，物体静止时，能量为0才对。
    “不可能，绝对不可能。”
    “这岂不是说质量可以转换成能量？”
    按照这个公式，一个物体哪怕在静止时，依然具有能量，而且能量大小还与质量有关。
    最关键的是，还要乘以一个光速的平方，这是什么概念？那岂不是说，一个小小的苹果，其蕴含的能量就是一个天文数字了？
    诺贝尔先生曾经发明一种炸药，名为tnt。（注：实际上不是诺尔贝发明的，但当时的人们认为是他发明的。）一千克的tnt爆炸所产生的能量为四百万焦耳。
    按照质能方程计算，一个苹果蕴含的能量大概相当于.500万吨tnt爆炸的能量。
    “嘶！”
    计算出结果的物理学者们，顿时被震惊的麻木了，呆呆的不敢置信。
    这简直就是天方夜谭啊！
    一时间，就连汤姆逊等资深物理学家们也懵逼了。
    布鲁斯到底推导出一个什么物理怪胎啊！刚刚在计算动量时，还在众人的接受范围内，而且大家认为思路没什么问题。
    不过怎么到动能时，竟然会得出这样一个结果。
    那些受传统物理影响很深的物理学家，此刻都在喃喃自语。
    开尔文勋爵、瑞利勋爵、凯斯教授。
    他们不约而同地反对：“怎么可能，质量和能量完全就是两个概念啊？”
    这一刻，哪怕是之前支持李奇维的人，也被震撼的无语了。
    潜意识认为一定是哪里出错了。
    e=mc？
    岂不是说，通过质量亏损可以得到能量？而且是巨大无比的能量，因为需要乘以光速平方这个天文数字。
    李奇维将众人的表情，一切尽收眼底。
    他甚至已经预感到大家会产生什么联想了。
    包括但不限于：
    【质量可以转化成能量。】
    【质量是能量的一种形式。】
    【质量亏损可以变为能量。】
    可惜，以上这些认知全部是错误的。
    这时，开尔文勋爵忍不住站了出来，“布鲁斯，你前面的推导非常精彩，但是关于质能方程，我有点问题。”“第一，静止的物体，它的能量从何而来？”
    “第二，根据质能方程，岂不是说亏损质量就能得到能量？”
    李奇维淡淡一笑，果然像开尔文勋爵这样的老一辈物理学家，是接受不了质能方程的。
    因为它实在太匪夷所思了，可以说完全颠覆了牛顿体系的想象。
    这就是相对论的魅力之处。
    在其他人和开尔文勋爵一样的迷茫下，李奇维笑道：“勋爵，感谢你的提问，我想很多人都有这个疑惑。”
    “第一，一个物体静止时，它的能量是多种多样的，有内能、化学能、各种势能等。”这时候，他可不敢说核能。
    “但是我不关心种类，把它们都加起来后，除以c，就能得到物体的质量m。”
    “【质量是能量的量度】。这一句话非常关键，大家可以仔细揣摩。”
    开尔文勋爵脸上的疑惑依然很深，他一时半会很难体会这句话的深刻内涵。
    倒是卢瑟福若有所思的点点头，好像明白了什么。
    “至于第二个问题，所谓的【质量亏损】、【质量可以转换成能量】，其实都是一种误解。”
    “我想问大家一个问题，质量是什么？”
    众人交头接耳，觉得李奇维有点莫名其妙，质量就是质量啊，还能是什么。
    不过，资深物理学家大佬们全都在冥思苦想，体味李奇维的深意。
    没办法，现在的李奇维感觉和他们不是一个次元的了。
    任何一句话都包含惊天动地、颠覆一切的信息。
    李奇维没有等回答，继续说道：“在牛顿时代，宇宙万物都是由实物粒子组成。”
    “各种物理现象，只是这些粒子的排列组合和运动变化。”
    “而粒子的运动规律，则由牛顿力学支配。”
    “在这种情况下，人们认为组成物质的粒子是不可摧毁的。”
    “后来化学家们，发现化学反应前后，物质的总质量不变，这就是大名鼎鼎的质量守恒定律。”
    “化学反应只是原子间的排列组合，只要原子的种类和数目没变，自然总质量就不会变。”
    “这个定律更加证明了物质不可摧毁的观点。”
    “只要我们认为【一个物体的质量等于组成这个物体的所有粒子质量之和】，那么质量就是物质的代名词。”
    “因为人的潜意识就认为，只要是物质，肯定由粒子组成。”
    “但是！”李奇维忽然提高了声音。
    “在这种语境下，能量又是什么呢？”
    “我们以一个化学反应，煤炭燃烧为例。”
    “在化学家眼里，燃烧就是煤炭里的碳原子和空气中的氧原子结合成二氧化碳分子，然后这个过程释放了能量。”
    “但燃烧前后，原子的种类和数目都没有变化，所以质量不变。”
    “在这种经典体系下，质量和能量是明显不同的两个东西。”
    “质量是所有原子的质量之和，而能量不过是反应的副产品而已。”
    “所以，对于质能方程，开尔文勋爵的理解是，组成物质的原子被摧毁了，这部分被摧毁的原子质量，就转换成了能量。”
    “这种想法当然是错误的。”
    “因为在相对论的体系里，物质不能再被看成仅仅是一堆原子组成，质量也不再是组成原子的质量之和。”
    “一个静止的物体，除了包含其组成原子的能量，还包含原子之间因为相互作用而具有的能量。”
    “而物体的质量就是表征所有这些能量的量度。”
    说道这里，其实李奇维不敢深入，他没有提到【电磁场】这种无法看成实物粒子的存在。
    如何把实物微粒和电磁场统一起来呢？牛顿力学不行，相对论也不行，甚至量子力学也不行。
    只有相对论、量子力学、场论思想三者结合，形成的【量子场论】才能解释这个问题。
    后世熟知的【粒子物理标准模型】就是基于量子场论建立起来的。
    不过，相对论的质能方程，这样解释已经足够了，不需要更多的细节。
    于是，他继续说道：
    “还以煤炭燃烧为例，在这个化学反应中，其实质量也是发生了改变的。”
    “碳原子和氧原子结合形成二氧化碳分子，释放了能量，于是度量能量的质量自然也减少了。”
    “只不过因为化学反应释放的能量很少，除以c后，质量的减少非常非常小，以至于我们觉察不到。”
    “但在木炭燃烧中，也是依然需要满足e=mc的。”
    “当然以上的所有推导，都是指物体的静能，而非动能。”
    “随着速度的增加，物体的动能就会增大，能量增加了，质量自然也跟着增大，这就是所谓的动质量。”
    “但是，我希望大家不要过度关注动质量这个词，质量本来就是跟物体的运动状态无关的。”
    当李奇维解释完后，会场内死一般的寂静。
    所有人的表情都已经凝固了，仿佛时间被按下了暂停键。
    开尔文勋爵已经完全失去了思考能力，他不问还好，一问更懵逼了。
    整个场内，此刻能无障碍理解李奇维的，恐怕只有爱因斯坦一个人了。
    至于其他人，必须需要消化一段时间。
    于是，就出现了一幅诡异的画面。
    李奇维直直站在台上，一言不发，静静地看着下面的人。
    台下众人，连同主持人洛伦兹在内，就一直保持着张大嘴思考的样子，目光全部集中在李奇维身上。
    一分钟两分钟.足足三分钟后。
    会场内终于爆发出一阵阵响天彻地的讨论声。
    “哦，我的上帝啊，连质量这个概念都有问题，我感觉物理学不存在了。”
    “我以为质能方程已经足够离谱，没想到布鲁斯·李的解释更加离谱，伱跟我说质量不是粒子质量之和？”
    “哎，我还以为能凭空造出大威力武器呢，我本来以为只要想办法让苹果质量亏损，那岂不是就能获得能量。”
    “现在看来，完全不是那么一回事啊。”
    这一刻，所有人的脑海里，只能想到一个词：惊为天人。
    不然完全无法解释李奇维的大脑，到底是怎么想出来这些东西的。
    此时，资深物理学家们已经回过神来。
    只要一直保持相对论的思维，摒弃掉牛顿的经典力学观点，那么李奇维的分析就完全是正确的。
    虽然结果很魔幻，很离奇，但那就是相对论体系下的物理定律，与牛顿体系定律有着本质的区别。
    普朗克、汤姆逊两人苦笑地看着李奇维。
    前者感叹，李奇维已经完全超越了自己这个老师，将迈上更高的台阶。
    而后者则唏嘘，这个博士生还咋带啊，干脆回去就让对方毕业得了。
    相对论第三轮学术交锋，李奇维完胜！
    然而，争议还未结束(本章完)