如何理解E=mc2: 7 步骤

发布时间：2025-04-19 10:58

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爱因斯坦在1905年发表的一篇革命性科学论文中提出了方程式E=mc2；其中E代表能量，m代表质量，c是光在真空中的速度。[1] 从那以后，E=mc2成为了世界上最著名的方程式。即使没有物理学背景的人也至少听说过这个方程式，并且知道它对我们所生活的这个世界产生的巨大影响。但是，很多人并没有真正理解这个方程式的含义。简单来说，这个方程式表示的是能量与质量的关系：实际上，能量和质量只不过是同一种东西的两种不同形式。 [2] 这个相对简单的方程式改变了我们对能量的思考方式，帮助我们实现了大量的技术进步。

要理解一个方程式，首先要知道每个变量的含义。在本例中，E是一个物体静止时的能量，c是光在真空中的速度。

光速c在所有参考系中都是一个常数，大约等于每秒3.00x108米。在爱因斯坦的相对论中，c2更多的是用作一个单位转换系数，而不是常数。因此，它的平方是量纲分析的结果——能量是采用焦耳或kg m2 s-2来计量，所以增加c2可确保能量和质量之间的关系在量纲上是一致。 Step 2 理解能量的含义。

能量有很多形式，包括热能、电能、化学能、核能等。[3] 能量是通过从一个系统获取力量，并作用到另外一个系统，来实现在不同系统之间的转移。

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能转换形式。例如，煤含有大量的能量，可以在燃烧时转换成热能。 Step 3 定义质量的含义。

通常质量是定义为一个物体的物质的量。[4]

质量还有其它一些定义。有“不变质量”和“相对论质量”。不变质量是无论处在什么参考系中都不会变化的质量。而相对论质量却取决于物体的速度。在方程式E=mc2中，m指的是不变质量。这是非常重要的，因为这意味着在加速的过程中，质量不会增大，这和我们通常的观点是不同的。理解质量和重量的差别是非常重要的。重量是一个物体感受到的重力，而质量是该物体中物质的量。只有在物体发生物理变化时它的质量才会改变，而重量会随着物体所处重力环境而改变。质量是用千克（kg）计量，而重量是用牛顿（N）计量。和能量一样，质量既不能凭空产生，也不会凭空消失。例如，冰块可以融化成液体，但是两种形态的质量相同。 Step 4 知道质量和能量是相等的。