质能方程常数(c²)刚好是光速的平方,如此巧合是否暗藏更深层的宇宙规则?
▍质能方程常数(c²)刚好是光速的平方,如此巧合是否暗藏更深层的宇宙规则?
质能方程也许是人类开起认识宇宙规则的上一时刻,△E=Mc平方是否与宇宙有关呢?光速在宇宙中无处不在,然而c这个常数爱因斯坦规定是在真空中光速,宇宙有真正的真空区域吗?即是按有型物态体来划分,真空中有物态体吗?真空中没有物态体,方程中的M为零,质能方程还有意义吗?
光速在不同介质中其速度是不相同的,如果用质能方程关系式来研究宇宙问题也就没有什么价值,不客气的讲质能方程与中国古代的五行学说差不多,严格来说质能方程反应的宇宙自然观比不上五行,五行的金木水火土在地球上还有可圈可点的广大自然区域,大海中无火无木,用五行来解释就不行了,离开地球的五行到处都不行,质能方程来解释宇宙问题比五行还差劲。
五行学说与质能方程是人类的时代认知产物,未来人类认识自然肯定会更全面,自然界的万事万物是时刻都在演化,那么人类的认知理应用动态的逻辑去看待宇宙,不能用定质定态的思维逻辑去对待宇宙,更不能用定质定态的公理定理定律规律规则去研究宇宙的深层次,否则都是白费劲。例如1+1=2是人类大家都认可的,如果用它去观测研究自然的本质规律也就没有用处。比如1(滴水)+1(滴水)=?(滴水),幼儿班的孩子会完成得很好,因为是老师教他们那么做,老师大人认可的,并非自然现象认可。什么是科学规律呢?人为建立的数学逻辑方程式必须要获得自然现象认可,所以本题的质能方程关系式与宇宙自然界现象没有半毛钱关系。
▍质能方程常数(c²)刚好是光速的平方,如此巧合是否暗藏更深层的宇宙规则?
是光速的平方还是立方什么的,这些都不重要,如果非要提暗含的深层的宇宙规则,那就得先说质能方程本身了,基于狭义相对论通过光速这一常数的联系,给出了物质质量与自身包含能量的简洁关系,称得上是惊人的发现。
我们要知道质能方程是基于狭义相对论提出的,也就是狭义相对论的推论,所以即便质能方程再怎么符合物理和数学上的美感,那都是狭义相对论给予的,所以质能方程中的光速平方并没有代表什么特殊规则。
质能方程的推导也不是很困难,一点高数知识加上狭义相对论的一些推论足以,或者更加严格一些就利用四维语言去分析,总的来说,质能方程中的光速平方完全是数学推到的结论,这与狭义相对论的几个基本原理相关。
实际上,我们刚才一直再强调质能方程E=mc平方是狭义相对论的结论,那是因为这个简单的等式只在特殊情况下严格成立,而在广义相对论中,质能方程这个概念指的是能动张量,如果取一个局部瞬时惯性系,那么才会退化为我们熟知的E=mc平方。
所以说,所谓的深层宇宙规则并非光速平方那么直白,而是其基于的理论本身,但理论本身又是基于几条基本原理发展来的,所以那些原理才是宇宙规则。
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▍质能方程常数(c²)刚好是光速的平方,如此巧合是否暗藏更深层的宇宙规则?
质能方程是爱因斯坦推导出来的,只有三个参数,非常简洁。首先我来说一说我对这个公式的看法:这个公式是正确的;这个公式的含义其实爱因斯坦本人也没有真正理解透彻,这个公式让我们都知道质量本身就是能量,但为何是C2?基本上都说不上来,你让爱因斯坦说他也说不上来。C2确实说明了我们宇宙的本质,宇宙空间是以光速运动的,有质量的物质运动速度虽然小于光速,但物体对空间的影响依然是光速。C2是什么?球形的表面积!质量是什么?质量就是物体对空间影响的结果!物体是如何影响空间的?是以球形表面积的方式向外发散对空间造成影响的,这实际就是爱因斯坦所说的空间弯曲。空间弯曲说说容易,请问这世界谁人能懂?爱因斯坦说光速是有质量物体运动的上限,我说这个说法并不完全正确。光速是我们这个宇宙的本源速度!物质形成的初期速度最快接近光速,后来随着宇宙的膨胀冷却、物质的演化,物质向低能级(重物质)演化,物体的质量越来越大,运动速度也越来越低,以致我们认为物体的初始速度是零,在受力后才会加速运动才有了速度。这也是我们常识上的错误,爱因斯坦是惯于打破常规看问题的人,他也同样范了这个常识错误。质能方程非常了不起,每个参数都有其背后的物理含义,如果你不懂这个宇宙运动的本质,你是想破头也不知其内在含义的。这个公式中的C2你理解不了,其实这个公式中的M比C2更难理解,C是一个常数,M却是一个变量,它不是一个固定值,任何物体放在空间的不同位置它的值就不同,运动速度不同这个值也会变化,即使物体的位置和速度不变,物体的质量也是一个动态平衡,不是一个固定值。这也超出了普通人的认知了吧?是的。这个世界除了光速是恒定的,没有一个物理参数的值是恒定的,我们这个世界没有一个实物是确定的。不管你相不相信,一个不但变化的世界却创造出我们,而我们却认为整个宇宙都是永恒的。
▍质能方程常数(c²)刚好是光速的平方,如此巧合是否暗藏更深层的宇宙规则?
这个c²根本上来自于四维速度和四维动量的定义,我们先不管这个四维动量,我们先用其它取巧的方式来解释:
从量纲分析来解释
这个解释是最简单的(当然你会不服这种解释方式),从在爱因斯坦之前就得到的动能公式就可以简单推导为什么爱因斯坦必须用c²。所以爱因斯坦不用出生,我们也应该知道这个宇宙的深层规则。
动能公式是:
E=mv²/2
(注意这里有一个1/2的原因是能量是动量的积分,或者说动量是能量的导数)。
上图:量纲分析,最后一项是能量,由质量、长度和时间的三种量构成。
我们知道能量的单位是焦耳,根据上述公式可以推导出焦耳的量纲是千克·米平方每秒平方(kg·m²/s²),也就是说,焦耳是每平方秒上质量与距离平方的乘积。所有能量算出来的单位必须包含米平方这个量纲。
所以,在爱因斯坦的质能方程中,唯一带有长度量纲的量就是光速c,所以就算我们没搞清楚质能方程式如何推导出来的,我们也必需给c加上一个平方以配平量纲。
但你可能对此不服,那么我们下面还有其它更精妙的解释,但是会更难懂一些:
从光子能量的角度来解释
第二种解释方式,也采用了一种投机取巧的办法来解释这个c²问题。我们找一个没有静态质量的东西来说事——光子。为了推导出质能方程,我们需要先介绍两个非常有名的关于光子的公式。
光子的动量公式:
p = h/λ,其中,p是动量,h是普朗克常量,λ是波长。此公式说明光子的动量只与其波长有关。
上图:光子能量公式。
光子的动量也可以表示为p=mc;(由于光子没有静态质量,所以这里的m是光子的全部相对论质量)
光子能量公式:
E=hf,其中,E是能量,h是普朗克常量,f是频率。
频率f实际上=c/λ,即光速除以波长,也就是一秒内光振动的周期数。
由此,把动量公式带入能量公式,过程如下:
把频率f代换一下:E=hc/λ;
把h/λ代换成动量:E=pc;
再把动量p代换成mc:E=mc·c=mc²。
搞定。这个解释利用了光子没有静质量的特性,简化了推导逻辑。如果你还不服的话,那下面只好用最难懂的方式来解释了。
通过四维时空当中的速度和动量来推导质能方程中的那个c²
我们知道三维空间中的距离计算公式是想x,y,z的函数,几何意义如下图所示:
而在四维时空当中的距离计算公式则是x,y,z,t的函数(这个不好用图表示几何意义):
这个实际上是闵可夫斯基度规的行列式:
上面行列式跟度规矩阵的关系推导过程如下:
根据上面关于四维距离的定义,我们是完全可以定义出四维速度和四维动量的。因为推导这两个定义的过程有点复杂,这里也不需要涉及那个过程。简单点说,这里只需要知道我们日常所谓的速度和动量实际上是三维速度和动量,因为没有把时间流逝带来的距离改变算进去。如果把时间流逝一旦算进去,那么静止的物体也是有速度的,而且这个速度就是c。
再回头来看,实际上闵可夫斯基度规矩阵的涵义是说,任何静止的物体(肯定质量不为0)实际上都是在以光速(在时间轴上)运动。
物体的四维动量的计算公式是p = m u,其中u是物体的四维速度。
而四维动量的分量定义如下:其中,p0是在时间轴上的分量。
如果物体没有三维动量(即在三维中静止),但仍然会有四维动量——因为时间还在以光速流逝(u=c)。
那么上述公式可以变换为:
E/c=mc,因为在光速下总动量p=E/c。
由此可以推导出,在四维时空中总能量E=mc²。
这个c²对于静止物体来说是指其在时间轴上以光速运动所拥有的动能,这就是为什么静质量仍然具有能量的原因——时间流逝。
而对于运动的物体来说,其三维动量会贡献一部分能量,这部分能量可换算成相对论质量。
总结
我们用三种方式解释甚至推导了质能方程,虽然不是从最基础的定义开始推导,但大致给出了质能方程的逻辑。从推导中我们可以发现,条条大路通“光速”的根本原因,是光速就是我们的时间流逝的速度。静止物体仍然以光速运动,而能量是动量或者说速度的积分,因此能量中的这个c自然就带上了二次方的帽子(理解这个需要有点点高数基础,主要是导数的涵义和在代数上的表现)。
▍质能方程常数(c²)刚好是光速的平方,如此巧合是否暗藏更深层的宇宙规则?
光速是金属态氢离子“磁力矩”的震荡。
物质是金属态氢离子聚合形成的。
磁场里高速流动的物质转化为金属态氢离子,金属态氢离子的“磁力矩”相互切割聚合形成新元素的同时释放电磁波——能量。
物质不会转化为能量,热核反应质量守恒;链式反应是冲击波层流里高速流动的物质转化的金属态氢离子聚合的新元素反复裂解为金属态氢离子产生了连续的爆炸。
质能方程的ⅽ²是为了与经典力学的计算公式完美衔接而已。
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