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爱因斯坦的相对论无法被推翻的原因1,狭义相对论中的质能方程

  关于相对论大家应该并不陌生,它主要分为狭义相对论和广义相对论,它是由德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出。由于相对论打破了时间、空间和质量的不变性,既相同物体如果运动速度越大,物体所处的时间就越慢,空间的距离就越大,物体的质量也会趟大。因为这些观点在我们的认知以外,所以关于爱因斯坦的相对论既有同意的人,也有反对的人。爱因斯坦的相对论又为什么没有被推翻呢?
  相对论
  狭义相对论指出了牛顿的经典力学定律的局限性。牛顿认为惯性是物体的基本属性,牛顿第一定律指出物体的质量越大惯性也就越大,物体的惯性不会因为物体运动速度的变化而变化,故质量是描述物体惯性大小的物理量,既惯性不变定律。该定律在很长一段时间内人们都认为绝对正确。
  牛顿
  直到19世纪末,科学家发现高速运动的微观粒子发生的现象,牛顿的经典力学定律却无法解释,人们这时也开始对经典力学的正确性产生了怀疑。
  微观粒子
  这时德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦提出了狭义相对论,指出了质量和能量之间可以相互转化,既物体的质量可以不守恒,但质量和能量之间存在换算关系,该关系换算出来的总和是守恒的。
  爱因斯坦
  爱因斯坦认为真空状态下的光速并不会因为参考系的选择而变化,因为这是通过麦克斯韦方程组运用 高度数学推算得出来的结论,而不是通过测量得出的结论,如果它是错误的那么这就证明了麦克斯韦方程组也是错误的。而数学家在这之前就已经证明出麦克斯韦方程组是正确的,故这点是正确的。
  爱因斯坦
  现在人类已经知道光既是粒子也是波(光子既组成光的粒子),如果直空中有一个光子在受恒定外力的状态下运动。
  设:光子的运动的初光速为c0 ,运动的末速度为c,合力大小为F,光子的质量为m;光子的初动能大小为E0 ,恒定外力对光子做功后,光子的末动能大小为E;光子运动的距离大小为l。
  通过计算得:
  E=Fl,E=E0 + E
  再根据动能定理计算得:
  E=1/2m(c^2+c0 ^2)
  因为光速的大小是不变的,所以c=c0
  故E=mc^2
  这里我们外力对光子实际做了功,但光子的运动速度却并没有变化。
  c=c0 与牛顿第二定律相违背,牛顿第二定律指出当物体所受的合外力F 0时,物体速度变化的快慢与F成正比,也就是加速度定律。既a=F/m。
  a为物体的加速度,也就是描述物体速度变化快速的物理量。
  简单来说惯性一定的物体所受的合外力如果不为0,物体的运动速度就一定会变化。
  牛顿第二定律
  那么,为什么这里光子的运动速度却没有变化呢?只有一点可以证明该现象,既光子的惯性发生了变化,变为了原来的2倍。因为质量是描述物体惯性大小的物理量,故光子的质量变为了原来的2倍。这表明了物体的质量并不是像牛顿所说的那样不会发生变化,而是质量和能量之间可以相互转化。
  E=mc^2也就是爱因斯坦在狭义相对论中提出的质能方程,当然爱因斯坦实际的推导过程并没有上面那么简单,这里只是为了让大家更容易理解。
  可以这么说,质量其实是能量的另一种表现形势。
  光速c 30万Km/s=3 10^8m/s
  这表示,有质量的物体如果想要达到光速,所需的能量就需要接近无限大,故有质量的物体不会达到光速。
  质能方程
  狭义相对论为人类发现黑洞的存在和核能的利用创造了理论基础,可以这么说,爱因斯坦的相对论是不会被推翻,只能随着人类的探索被不断的完善和修正。

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