能量来自生命的四个维度（你的能量超乎你想象）

大家都听过一句话并且耳熟能详，那就是：你的能量超乎你的想象。以前听起来就是一句宣传语，但这其中蕴含着很深的科学道理。

根据牛顿大师的理论，如果某个物体处于静止状态，然后你用一个力作用于它一秒钟时间，它的速度会增加一个值，比如10米每秒。现在，用相同的力再作用一次。根据牛顿定律，以及日常经验，它的速度会再增加10米每秒。如果反复作用，物体速度会变得越来越快，不受限制。然而爱因斯坦认为，如果你能够非常精确地测量物体的速度，就会发现如果物体从静止开始第一次加速得到了10米每秒的速度，那么第二次受力加速后得到的速度增加会略微小于10米每秒；随着速度的增大，要对其加速会越来越难。如果物体速度接近光速，那么施加的力将几乎不能再对物体进行加速了。

只要我们面对的物体速度远小于光速，那么牛顿定律就是对宏观运动定律的一个非常近似的理论。由于光速高达30万公里每秒，所以日常生活中牛顿定律已经非常准确了；但是如果考虑粒子加速器中的电子，其速度接近光速的百分之一，此时就需要运用更复杂的爱因斯坦理论了。

在爱因斯坦相对论中，随着物体的速度增加，其质量也会增大。当接近光速时，质量增加会非常快，使得物体对于加速度的阻抗增大。最终，当物体达到光速，其质量就会变得无限大。所以如果一个物体有质量，那么就不可能被加速到光速；能以光速运动的物体一定是没有质量的，比如光本身！

诚然，惯性会随着速度变化这件事情不太符合我们的“常识”,但是多年的高能物理实验已经证实了它的真实性。在高能实验室中，比如欧洲核子研究中心，物质粒子沿着轨道飞行，突然与反方向飞来的反物质束线对撞，这种电光火石的反应，只能引入相对论才能研究其中的奥妙。能量与运动之间的关系，爱因斯坦相对论引出了一个惊人而又意义深远的结论：即使静止的物体也具有能量，只是被禁锢在了构成其本身的原子的内部。能量大小的值“E”可以表示为经典等式：E=mc²，其中，m表示质量，c表示光速。这是物质的内在性质，与运动状态无关。

对于运动中的物体，总能量还必须包括其动能。你大概会自然而然地想，只需要把动能和质能(mc²)加起来即可。这本身没什么问题，但当物体运动时其质量m会增加，导致mc²也会变化。虽然计算这种总能量的过程非常烦琐，但是计算得到的运动物体的总能量E的结果却很简单。首先将动能的平方和质能(mc²)的平方相加；其次，对这个和求平方根，就得到了所要的结果。下面举例，如果一个物体静止时能量为4焦耳，而运动起来后拥有了3焦耳的动能，那么总能量就是5焦耳(3的平方加4的平方，等于25;25开根号就等于5)。

对于这个总和，可以用一种形象的表示方式：画一个直角三角形，其每个边就可以和各个能量对应。三角形的底边代表质能(mc²);竖直边代表动能。那么斜边就代表了物体的总能量。想想我们古人的口诀“勾三股四弦五”,我们就能很容易计算出运动中的物体的总能量E:总能量值的平方，等于质能(mc²)的平方加上动能的平方。我们每走一步路，中间蕴含的能量是巨大的，（你的能量超乎你的想象这句话是有科学依据的）。

爱因斯坦相对论中关于能量本质的描述令人惊诧不已。首先，静止的质量物体内部具有能量mc²。其次，即使没有质量的物体，比如以光速运动的光子，运动也会导致它具有能量。由于总能量守恒，所以一束光中的能量有可能转化成物质中禁锢的能量。该过程也可以反过来进行：一个负电子和一个正电子可以互相湮灭，其特有的能量会以光子的形式向外以光速发射出去。

光是最单纯的能量，而由单纯能量产生物质的这种事情看起来近乎神一般的操作。爱因斯坦的相对论，结合其中能量本质的深刻蕴含，暗示了在时间之初物质是如何创造出来的。