能量和质量本来就是统一的,光子可以看成纯能量,科学家已经可以把高能光子对,转化为正负电子对。
在相对论中,质量和能量并没有明显的区分,甚至在广义相对论中,就完全以能量来描述引力场,只是在狭义相对论中,质量可以分静止质量和非静止质量。
由于在质能方程中,光速是一个非常大的值,所以只有在能量变化较大的地方,才会出现明显的质量亏损,比如以下几个例子。
原子核
原子核由中子和质子组成,两者通过强相互作用结合在一起:
(1)自由质子的相对原子质量为1.007u;
(2)自由中子的相对原子质量为1.0084u;
其中相对原子质量,定义为孤立碳-12原子为12u;然而由两个中子和两个质子组成的氦-4原子,静止质量为4.0026u,可是:
4.0026u<2*1.007u+2*1.0084u=4.0308u;
也就是说,在氦-4原子中,中子和质子的平均质量,要比自由中子和自由质子的平均质量低。
其中多出来的质量,就来源于核子间的强相互作用,强相互作用的传递粒子为无静止质量的饺子,所以强相互作用产生的能量,可以理解为饺子的能量。
质子和中子又由夸克组成,如果继续细分下去,中子和质子有90%以上的静止质量,都来源于夸克间的强相互作用,这些都可以看成能量表现为静止质量的例子。
光子转变为电子
英国科学家做过高能光子碰撞产生正负电子的实验,科学家首先用高能激光加速电子,当电子接近光速后撞击金箔,就可以产生能量更高的光子束。
然后科学家把高能光子引入黄金制作的容器中,使两个高能光子发生碰撞,就能产生正负电子被仪器探测到。
化学反应
从本质上说,化学反应也会伴随着质量亏损,吸热的化学反应,将吸收的热量转化为化学能,就会增加生成物的相对论质量。
化学能的本质是原子间的电磁相互作用,电磁相互作用储存了能量,对外也会表现出质量增加,只是化学反应当中的能量变化太小,质量亏损率小于十亿分之一,所以基本可以忽略掉。
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