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我们已经领教了爱因斯坦方程的威力
它迫使我们重新审视对待质量的方式
我们认识到
质量不仅是物体所含物质的亮度
它还是物体蕴含智能的亮度
我们还认识到
如果能够释放这被封印的能量
那么我们脚下便有一个巨大的能源
存量惊人
本章中
我们将探索释放智能的方式
在讨论这些实用技术之前
再多花点时间来仔细研究下我们刚才得到的方程
e等于MC平方加二分之一MV平方
还记得吗
这个方程只是e等于伽马MC平方的一个近似
当物体的速度不高于光速的百分之二十时
这个近似是相当不错的
写成这样的形式
便于我们把智能和动能分开
还是需要再强调下
这只是e等于伽马MC平方一个近似表述
还记得吗
可以在时空中构造一个矢量
它在空间方向的分量代表一个守恒量
当速度较小于光速时
它可以近似为传统的动量守恒
同样
这个时空动量矢量在时间方向上的分量也是守恒量
对应的长度是e等于MC平方加二分之一MV平方
可以看到
二分之一MV平方为科学家所熟知
它是动能的表达式
据此
我们可以确定
这个时间方向的分量是能量
我们得出了能量守恒
这点非常出乎意料
毕竟我们的初衷是寻找时空中的动量守恒定律
假如有一桶老鼠夹子
每个老鼠夹已装备完毕
能量便储存在他们的弹簧中
我们知道
弹簧中储存能量是因为老鼠夹陷阱被触发时
会发出响亮的声音
能量以声音的形式释放啪的一声一跃而起
能量转变为动能
现在想象一个老鼠夹触发奇余的老鼠夹的场景
当弹簧释放能量的过程中
老鼠夹啪的一声关上
响亮的声音传播开来
能量守恒定律告诉我们
老鼠夹关上之前的能量必须等于关上之后的能量
由于老鼠夹陷阱最初是静止的
所以总能量等于MC平方
m是一桶老鼠夹的总质量
之后是一堆闭合的老鼠夹和他们释放的能量
根据前后能量相等
可以得出结论
一桶蓄势待发的老鼠夹比一桶触发后的老鼠夹能量要大
现在让我们考虑另一个动能贡献质量的例子
装满热气的盒子比它在低温状态下的质量要大
温度测量的是分子在盒子中来回运动的速度
气体越热
分子运动的速度就越快
分子运动越快
这个盒子里的分子就具有更多的动能
也就是说
对热气来说
把每个分子的二分之一MV平方加在一起的结果更大
因此盒子有更大的质量
这个逻辑对所有的东西都适用
只要它储存有能量
一个新电池的质量比一个旧电池质量更大
一杯热咖啡的质量比一杯冷咖啡的质量更大
在一个湿冷的周六下午
在奥德姆足球场看比赛
中场休息时买一个热气腾腾的土豆肉馅饼
若在比赛结束后你还没吃
那么冷的馅饼的质量就减少了
因此
质量和能量的转变并不是千载难逢的过程
它每时每刻都在发生
坐在火堆旁
身心放松
火堆噼啪作响
你正在从燃烧的煤中吸收热量
正是这些热量带走了煤中的能量
等到早上
火熄灭了
煤燃烧殆尽
你若执拗的打扫灰烬
收集所有的残渣
然后用最精确的天平称重
即使你考虑到每一个灰烬的原子
你都会发现它比燃烧前的煤轻
这个差值就等于释放出的能量除以光速的平方
换句话说
我们可以根据m等于e除以c平方
快速计算出夜晚加热房间的煤炭质量的变化
如果煤炭燃烧释放能量的速度是一千瓦每小时
一共持续了八个小时
那么一共输出了一千乘以八乘以六十乘以六十焦耳的总能量
差一点不到三千万焦耳
因为我们必须以秒为单位计算时间
而不是用小时
所以才能得到以焦耳为单位的总能量
因此
相应的质量损失必须等于三千万焦耳除以光速的平方
结果不到百万分之一克
这种质量的微小减少
必须用能量守恒来解释
煤在点燃之前的总能量等于煤的总质量乘以光速的平方
当煤炭燃烧时
能量离开火堆
最终火熄灭了
留下的只是灰烬
根据能量守恒定律
灰烬的总能量必须小于酶的总能量
减少的量进入房间
制造了温暖的氛围
总之
灰烬的能量等于它的质量乘以光速的平方
一定比酶的少
减少的量等于刚才计算的值
因此
质量和能量的相互转换每天都在发生
它是大自然最为基本的物理过程
事实上
对于宇宙中的任何事情
质量和能量都在不断的变来变去
在我们知道了自然界这一基本事实之前
人们究竟是怎样解释与能量相关的事情的呢
应该知道的是
当爱因斯坦在一九零五年第一次写下e等于mc平方时
已是一个远离原始世界的时代了
一八三零年
第一条城际铁路在利物浦和曼彻斯特之间开通
它是以燃煤蒸汽机车为动力的
那时
燃美远洋客轮横渡大西洋已近七十年
蒸汽机的黄金时代正如火如荼
先进的汽轮机动力客轮如毛里塔尼亚号和泰坦尼克号即将投入使用
维多利亚时的人们非常熟悉如何有效的燃烧煤炭
如何发挥它的惊人效果
但爱因斯坦之前的科学家是如何看待火燃烧背后的物理学的
一位十九世纪的工程师会认为煤炭中存储着能量
煤炭就像成千上万个微型老鼠夹
储存着能量
煤燃烧的化学过程触发着老鼠夹陷阱
并释放着能量
这个能量图像是可行的
它使得计算非常精确
足够设计出像远洋班轮或蒸汽快车这样完美的机器
后爱因斯坦时代的观点与这个图像并不矛盾
甚至是这幅图像的重要补充
我们现在明白了
能量与质量交织在一起
不可开交
物体蕴含能量越多
质量越大
在爱因斯坦之前
科学家不会想到质量与能量之间会有什么联系
他们没必要这样想
他们对自然的看法已经非常准确
足以解释眼前的世界
解决遇到的问题
毕竟
质量的变化如此之晓
不足以引起他们的注意
从这里可以看出对科学的新见解
随着理解事物的层次越深入
越准确的宇宙观将会呈现出来
并且现行的宇宙观不再是确定无疑的相信科学中没有绝对真理非常重要
任何时期的科学知识体系
包括现在的
都是理论和宇宙观的集合
只是尚未被证伪