為什麼物體運動時質量會增大?
廣義相對論重新定義了我們的時空觀,將牛頓萬有引力定律提升到更精確的程度,讓我們對周圍的世界有了全新而不同於感官所看到的認識,所以問世以來一直很少有人能掌握其精髓和要義。雖然一百多年來,廣義相對論經歷了最嚴格的實踐檢驗,依然沒有任何一個事例能推翻它,但由於其闡述的現象在近光速和巨大引力條件下才有明顯效應,因而普通人很難理解,甚至一些幾乎連普通物理知識也不具備的人也要試圖推翻它,廣義相對論可以說欲哭無淚。這些比較難以理解的現象就包括物體運動速度越快,質量會越大這一現象。
廣義相對論一個最基本的假設就是光速不變,在這樣的情況下自然就會誕生很多匪夷所思的現象,因為一個方程里有了一個本該千變萬化卻在任何情況下都不變化的量,其它量就必須去適應它的變化,到最後就會導致方程本身的崩潰。具體到質量上,我們需要用到的一個方程是相對論質量公式:
在這個公式里,當物體運動速度很慢的時候,由於其速度和光速相比非常小,所以方程的分母就無限趨近於1,因而不會對其質量產生什麼影響;但當物體運動速度越來越接近光速的時候,方程的分母就會變得越來越小,這時候其質量就會越來越大,這個質量我們就稱之為相對論質量。
可能有人會說,你這是用方程算出來的,實際上可能不是這樣的。科學家們已經用很多實驗驗證了這個方程所得出的結論,包括日全食時測遠方星光的偏折、GPS時鐘的相對論效應等等,迄今為止,沒有一例不符合這個方程計算的結果,所以我們可以一直相信廣義相對論的正確性,直到有一個新的理論來修正或完善,甚至推翻它。
愛因斯坦的公式E=mc2,c是不變的常數,運動的物體能量變大,所以質量也變大。
其實,愛因斯坦認為質量和能量是可以相互轉換的,質量其實也是能量。
以牛頓為基礎的經典物理學提出了很多概念,比如動能、勢能、質量。經典物理學認為質量是物體固有的真實存在的感知。而動能、勢能更像是一種概念。
其實質量和動能、勢能一樣,都是人類為了表示物質某種物理特性,而提出的概念。它們並不具備客觀存在性。舉個例子,假如有另一種外星高級智慧生物,他們的物理知識裡面,不一定有質量這個概念。也許他們的物理體系和我們的完全不一樣。
順便再說下,為什麼牛頓那些叫做「經典物理學」,因為其實到了愛因斯坦的時候,已經證明牛頓的F=ma公式是不準確的。也就是說是錯的,但又不能把牛頓力學廢掉,因為它雖然不夠精準,但是在日常生活的很多方面已經夠用,學起來也簡單。所以將它們劃為「經典物理學」做以區分。
原來咱們辛辛苦苦學好多年的牛頓物理是錯的,他們竟然還一直教。哈哈,也許當物理學到比愛因斯坦的相對論還高一個層次的時候,會發現質量本身就是錯誤的概念,相對論也是錯的。所以,愛因斯坦晚年才會有原來神學早已在前面等著物理學的說法。
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