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力學 標題:有關狹義相對論的E=mc^2
1:朱書寬 (高中職)張貼:2009-05-20 23:13:07:

在愛因斯坦的狹義相對論中E=Mc^2(M=rm) 動能則是K=(r-1)mc^2 r為勞倫茲因子

最後再這裡下了一個結論mc^2為物體靜止時質量所具有的能量

意思就是說mc^2是物體的內能(課本是這麼說的)

然而根據相對論的推導,其質量的增加是因為速度增加,動能也隨之增加,位能也可以作如此的計算嗎,我的問題是位能也可以用E=mc^2嗎?

我們可以說當一物體被加熱時,因為分子的動能增加而質量有所變化

但如果今天有一彈簧,我們對它施力作功,其質量是否因位能增加而增加,大部分的教科書及網路上的資料都說是

現在我們先假設會因為位能增加而質量增加

當我們擺\了兩個物體在太空中,忽略其他物體的影響,而這兩個物體視為質點,意思就是假設它不會有熱的現象也無法壓縮,它們受到的是彼此之間萬有引力的影響

假設它們作類似行星運動般的橢圓軌道運動,在彼此最接近的時後動能達到最大值,根據質能互換公式,兩者質量皆會增加,弱彼此遠離,動能便會減少,位能增加,根據能量不滅定律,減少的動能轉換成位能

根據我們的假設,因為位能也會有質量,所以整個系統質量不變,如果將整個系統去秤質量(忽略秤的原理,因為秤的方式會有第三者萬有引力的出現),會發現其位能最大時的質量會跟之前動能最大時的質量一模一樣

然而,如果今天我們有辦法只秤其中一個質點,其質量會不會因為在速度比較大時質量比較大(直接代E=rmc^2),而在速度小時質量較小,因為我們今天直接代公式,應該會有上述的效應,今天也對另一質點作同樣的事情,當我們把兩個質點的質量加起來會發現它比整個系統所秤的質量還要小,為了解釋這種效應,就說因為有位能儲存在這兩者之間,而位能也佔有質量。我們得到一個結論就是當我們把整個系統去秤質量時會比個別去秤得質量要大,而減少得質量就表現在不是物質的位能上,虛幻地存在兩者之間,不屬於任何一者。

事實上,我覺得我上述的解釋非常奇怪,但為了同時滿足我所知道的公式和理論,我不得不做出奇怪的假設,而這假設就是有一種質量就叫位能「虛幻地存在空間之中」。當然我沒有學過廣義相對論,所以不知道它有沒有解釋這種現象。

如果重力位能具有質量,那電場的電位差呢?應該也具有相同的性質。

我們將發現當一空間中有一堆東西時,我們去秤整個系統的質量會比個別去秤時的質量要大,而多出的質量就是因為那些雜七雜八的位能(彈力位能、重力位能、電位能、強作用力......),這將會是很麻煩的事。

我們知道位能都有所謂的參考點,而通常都是以距離無窮遠為0作為參考點越近越小,然而我不相信大自然也會說「我們也來把距離無窮遠作為參考點吧」,就算那是對的,但位能卻是負的,那質量就是負的囉!這是很可怕的!顯然不可能以無窮遠作為參考點,那參考點在哪!

這個問題讓我苦思很久,當然以上都是理想情況下的實驗,我也試著推翻我的理論,其中最有力的就是----根本就沒這回事,我們根本無法只測量一個質點的質量,因為我們或多或少都會不小心測到位能的部份、或是系統的其他質量(比方說另一質點的質量),而且質點這種東西只是人們所假想的理想工具,自然界沒有這種東西。還有一種可能,位能將會存在每個物體之中,便不會有系統質量和個別質量的差異了!(還有一種更詭異的解釋,因為根據測不準原理,我們根本別想知道他們的確切質量)

希望各位先進或是教授,甚至是專家們能不吝賜教!



[ 這篇文章被編輯過: 朱書寬 在 2009-05-20 23:14:26 ]