E=mc^2是否意味着一克质量,就相当于原子弹的能量?

爱因斯坦提出的质能方程,阐释了我们宇宙中质能和能量是统一的,由于光速数值很大,所以很小质量的物体,其中蕴含的能量也是巨大的,但是要把静止质量转化为可供利用的能量是非常困难的。

E=mc^2

这就是大名鼎鼎的质能方程,如果只是单纯地理解为质量和能量可以相互转化,那么就是没有真正理解质能方程的含义,错在你把质量和能量看成两个完全独立的事物,实际上质量和能量是统一的。

如何理解质量和能量是统一的?

一个运动的物体,经典力学解释为物体质量为m,速度为v时,物体的动能为mv^2/2。

同样是这个物体,在相对论中动能为Δmc^2,其中Δm为动质量,此时物体总质量为(m+Δm)。

在相对论中,动能被解释为动质量,此时我们看到了能量和质量的统一,那么能量和质量到底谁更基本呢?

很多人会以为是质量,其实不然,能量才是我们世界最基本的物理量,质量只不过是能量的一种表现形式而已,而静质量和动质量又是我们对质量的不同划分。

我们生活中常见的物质均由原子构成,原子由核外电子与原子核构成,原子核又由强子(中子和质子)构成,强子又由夸克构成,比如三个夸克构成一个强子,但是我们会发现,一个强子的静止质量差不多是一个夸克的几百倍,而多出来的质量,其实是夸克间的强相互作用带来的,这部分质量本质上就是能量(结合能),但是我们生活中却把它看成了静止质量,这样的例子还有很多很多。

质能方程蕴含的能量

光速是人类定义的速度,数值为c≈3*10^8米/秒,根据质能方程,一克质量完全转化为能量为:

E=mc^2=9*10^13焦耳;

这相当于烧开4亿升的水,或者说相当于2万吨TNT炸药释放的能量,与广岛原子弹爆炸释放的能量相当。根据质能方程可以看见,小小的一点质量中,就蕴含了巨量的能量。

质能转换

虽然质量和能量是统一的,但实际当中我们还是喜欢说两者之间的转换,毕竟两者还是有明显区别的。

质能方程预言质量可以转化为能量,可实际上要把静止质量高效率转化为能量是非常困难的,原子弹和氢弹就是把静止质量转化为了能量,其中原子弹爆炸的质量亏损率为0.09%,氢弹爆炸的质量亏损率为0.7%,可以说转化效率非常低。

根据理论预言,普通物质和反物质相遇,能实现100%的质能转化效率,但是以人类目前的技术水平,根本无法大量获取反物质。