mc和ms有什么区别（为什么Emc）

这个关键方程通过光速将能量与质量联系起来。

阿尔伯特爱因斯坦的著名方程式 （图片来源：背景：Eskay Lim / EyeEm via Getty Images）

由爱因斯坦推导出的著名方程 E = mc^2 意味着能量等于质量乘以光速的平方。等效地，这也意味着任何数量的质量都等于能量除以光速的平方。这个小方程是狭义相对论的核心，也解释了核聚变和裂变如何产生能量。

在 1905 年的一篇著名论文中，阿尔伯特·爱因斯坦发现了质量和能量之间的相等性。他发现质量守恒定律（物理学中著名且重要的定律）与能量守恒是一样的，反之亦然。这些见解是他发展狭义相对论的一部分，狭义相对论描述了运动的相对论，特别是在接近光速的情况下。根据教育网站 Earthsky.org的说法，虽然爱因斯坦在那篇论文中并没有准确地写出 E = mc^2，但他确实写了一个具有相同含义的等效表达式。据美国自然历史博物馆称，他后来将其调整为现在著名的公式。

理解 E= mc^2 含义的一种方法是将光速简单地视为可以用任意一组单位表示的数字。如果你定义你的单位——例如，“米”和“秒”是什么——你可以说光速大约是每秒 3 亿米（或 6.7 亿英里/小时，尽管我们没有定义一英里）和一个小时）。

但也可以简单地将光速定义为…… 1。只有 1。没有英里，没有秒，没有两周，没有联赛。只是…… 1. 物理学允许这样做，因为它只是一个数字，而我们正在选择一个速度没有单位的系统。在这个系统中，喷气式客机以 0.000001 或 0.0001% 光速的蜗牛速度巡航。两个最快的人造物体，太阳神探测器，以高达 0.00025的速度在太阳系周围缩放！看他们走！

一旦光速被定义为 1，我们可以看看物理学中最著名的方程：E = mc^2。

我们知道所有的位，但让我们更新一下：E是能量，m是质量，c是恒定的光速。但在这个新定义的单位系统（称为几何单位）中，c等于 1，这个著名的方程归结为它的本质：

E = 米。

换句话说，能量=质量。

没有比这更清楚的了。能量是质量。质量就是能量。它们是等价的。根据联合大学的说法，它们是同一回事。

阿尔伯特·爱因斯坦在 1905 年首次编写了这个著名方程的一个版本。（图片来源：贝特曼/贡献者）

光呢？光子或光包没有任何质量，但它们有很多能量。

光子确实没有质量。但它们确实有动量，这就是像光帆（也称为太阳帆）这样的东西如何获得在太阳系周围滑行所需的动力：它们的推进力来自太阳的辐射压力。动量有能量。但是 E = m 的动量在哪里？看起来没有足够的字母来解释它。

混淆来自E = m 中使用的 m 。人们通常认为质量是具体而简单的东西。拿着一块石头；它有质量。扔它，它就有质量和动量。但这不是E = m中的m。相反，当爱因斯坦写下这个方程时，他的意思是不同的，通常被称为相对论质量。

现在这个词用得不多，因为它引起了很多人的头疼。但是爱因斯坦的意思是什么？

根据狭义相对论最基本的理解，“不可能以光速运动，因为东西跑得越快，它的质量就越大。要达到光速，就必须有无限大的质量，所以它根本推不动！” 宇宙的一个基本方面是存在一个普遍的速度限制：光速相同。无论如何，没有人能破解那个速度。

以下是该概念在实践中的表现：

假设我给你一个很好的、坚实的推动，它让你以 0.9 的速度飞走——也就是 90% 的光速。如果我追上你，给你同样的推力，同样，你不会以 180% 的光速前进，因为这是不允许的。你会接近光速，但你永远不会越过它。所以，对于同样的推力，我不会让你移动得那么快。我的钱少了。

而且你越接近光速，每次推动的效果就越差：第一次可能会让你达到 0.9，然后第二次达到 0.99，然后是 0.999，然后是 0.9999。事实上，就好像你变得更大了。这正是更多质量的含义：你变得更难推动。

发生什么了？答案是能量。您仍然拥有与往常一样的旧休息质量。但你走得非常非常快。而这个速度有一个与之相关的能量——动能。所以就像所有的动能都像额外的质量一样起作用；无论如何，由于基本的速度限制，您会变得更加难以推动。

换句话说，能量就是质量。现在，回到 E = m 中的m。当物理学家第一次开始研究这些方程时，他们很清楚普遍的速度限制及其非直觉的后果，即你越快越难推动。因此，他们将该概念封装为一个变量：相对论质量，它结合了正常的日常质量和从动能负载中获得的“有效”质量。

当我们将m分解成不同的部分时，我们得到这个方程，其中p是动量：

E2 = m2 p2

或者，带回光速c ，我们得到：

E2 = m2c4 p2c2

这就是为什么光子没有质量——但它们确实有动量，所以它们仍然可以获得能量，根据伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校物理系的说法。

考虑这种关系的一种方法是考虑静止物体仍在移动——也就是说，在时间上。例如，一块岩石可能完全静止。但它仍在以每秒 1 秒的速度迈向未来。宇宙中的所有其他物体也是如此。

虽然人们熟悉动能——运动的能量——但他们通常只根据空间运动来定义运动。但是相对论考虑的是通过整个四维时空结构的运动。完全静止在空间中的东西仍在随着时间移动，因此我们可以将动能与该运动联系起来。

这就是导致 E = mc^2 的原因：物理学家和博主 Chad Orzel 为《福布斯》撰写的一篇静止（在空间中）物体的能量，该物体仍在随着时间移动。

质量是一种能量。但是能量就像质量一样。那么有什么关系呢？我们只是在兜圈子吗？

不，质量就是能量。能量是质量。您可以按能量或质量计算事物。没关系。他们是同一个东西。

一杯热咖啡实际上比一杯冷咖啡更重。一艘快速移动的宇宙飞船实际上比一艘缓慢的宇宙飞船更重。原子核是一个紧凑的、捆绑在一起的能量球，有时我们可以将其中的一些能量提取出来，以产生巨大的轰动：核反应。

Cox, B. 和 Forshaw J. “为什么 E=mc2？” （德卡波出版社 2009 年）

Morris, D. “狭义相对论”（Mercury Learning and Information 2016）

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