质能方程E=mc2的理论证明

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  质能方程E=mc2,E表示能量,m代表质量,而c则表示光速(常量,c=300000km/s)。由阿尔伯特?爱因斯坦提出,是爱因斯坦相对论中的一个著名公式。该公式反映了物质粒子在结合或分裂转变前后,能量和质量变化数量的等价关系。它是核爆炸的基础理论,也是原子弹和氢弹的基石。其能量是巨大的,是个天文数字。美国人根据这个理论而发明了原子弹,并在日本进行了两次爆炸,威力巨大,造成了无数平民的伤亡,损失惨重。这两次核爆炸后间接的证明了其理论的正确性。毫无疑问,爱因斯坦的这个着名方程是最光彩夺目的科学发现之一,但同时也是最令人不安的公式之一。公式中诠释的力量主要在于c2,即光速(每秒30万公里)的平方。以此为乘数90000000000,你无需多少物质(微量的钚足矣)产生的能量就能毁灭一座城市。可见一次核爆炸的威力有多大。这个公式是爱因斯坦在1905年提出来的,他首先提出用放射性物质来检验质能关系。虽然这个方程发明有一百多年了,但至今没有一个很好的实验物理方法来予以证明它的正确性。因为一次核爆炸所產生的能量是很难实际完全测量出来的。核爆炸只能定性证明它的正确性。那还有没有一个简单的办法就可以证明该方程的正确性呢?本人采用量纲运算法则对这个方程进行了简单证明,证明这个方程是正确的。见如下所述:(注意:这里只进行量纲运算,而不进行任何数字运算)
  求证:E = mc2量纲为焦耳(这里的m为质量)
  证明:已知能量的单位为焦耳,质量的单位为千克(kg),
   焦耳 = 牛顿?米(即N?M,这里的M为米)
   根据牛顿第二力学定理(F = ma,这里的m为质量)的量纲有:
   牛顿 = kg?M /s2(这里的M为米),代入后得:
   焦耳 = kg?M /s2?M = kg?M2/s2(这里的M为米)
   根据爱因斯坦的质能公式并取其量纲有:
   E = mc2(这里的m为质量)
   = kg?(M /s)2 = kg?M2/s2(这里的M为米)
   = 焦耳(注意:是量纲相等,并未考虑任何数字)。 证明完毕。
  从以上证明中可以看出,最后得到能量(E)的量纲(即单位)为焦耳,说明经过E = mc2的公式运算后,得到的结果数据就是能量值。这一点毋庸置疑。现在假设E = mc2(即n次方),当n 2时(即不等于2),无论如何其量纲是不可能等于焦耳的,这也可从反面证明这个公式也是正确的。即只有n = 2时才是能量计算公式,其他的都不是。所以E = mc2是完全正确的。考虑将爱因斯坦的质能方程推广到一般质能方程有:
  E = kmc2,其中k是一个纯标量系数,此时E的量纲皆为焦耳。
  这是一个由本人提出的一般通用(广义)质能方程。而爱因斯坦所提出的质能公式只是k = 1时的特例,那么k还会不会等于其他的数值呢?理论上是完全有可能的,到底有没有?本人也不得而知,这个必须经过实验物理的测试才能最后求得。我预测理论上是存在这样的常数的,这有待专业专业物理学家进一步的研究和探讨。本人只是提出一个理论预测模型而已。我猜测:k的取值范围应该是在0~1之间。因为光速是世界上最快的速度,没有任何其他速度可以超过光速,因而就是说爱因斯坦的方程所计算出来的能量值是最大值,同时能量不可能为负值,所以k的取值是在0和1之间。能量的取值范围:Emax = mc2,Emin = 0 。
  结论:本文利用量纲法则对爰因施坦智能公式从理论上进行了证明,具有一定的科学意义和理论价值。量纲正确即可说明该方程是正确的,这是公式成立的基本要求,如果量纲不正确,这个公式是不会成立的。在文中还加了一个系数k很有意义,这就把智能方程推广到一般情况下也正确,而不仅仅是在核爆炸中才正确,这也许具有划时代的意义,或许不同物质k值有所不同。
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