蕴含于物质中的能量分为两大类，一为自由能，二为束缚能;自由能是物质在场的作用下或者物质运动时才存在，例如重力场中物质的势能

来源: marketreflections 于 2009-11-14 17:43:53 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 阅读数 : (3142 bytes)

质量，能量和质能关系式

质量和能量是物质的两个基本属性，而这两个属性又有很大不同。质量是彰显性属性，可直接测量和直观感知；能量则是隐伏性属性，只有物质运动或互相转化时才能显现出来。一般说来，蕴含于物质中的能量分为两大类，一为自由能，二为束缚能。自由能是物质在场的作用下或者物质运动时才存在，例如重力场中物质的势能，物质以一定速度运动时产生动能，粒子高速运动产生热能等等，这时物质质量是物质蕴藏自由能量的度量。束缚能，也称潜能，则是物质储存能量的又一种形式，主要有化学能、原子能和核能等等。束缚能一般比较稳定，而且蕴含量却比自由能大得多，物质的束缚能只有在一定条件下（实物转化为场）才能释放出来，并能够转化为热、机械能或可供人类利用的其他形式的能量。

有一个不太恰当的比喻：质量之于物质，好比体重之于人；而能量之于物质，则好比灵魂之于人。可以说，没有不蕴藏能量的物质，也没有不依附物质存在的能量。经典物理学中物质不灭定律和能量守恒定律告诉我们，组成世界的物质是不灭的，能量也不会无缘无故的产生。从这种意义上说，物质是不会转化成能量的，同人灵魂一样，能量也不会离开物质独立存在。

再谈谈质量是否能转化成能量，从以上论述可知，质量是不会转化成能量的。我想之所以人们有此看法，大概是基于爱因斯坦质能联系式。其实只要认真考虑爱因斯坦质量联系式的物理意义，就不会有此想法，爱因斯坦质能联系式是建立在狭义相对论的质量随速度变化公式和动量关系式基础上的。以这两个公式为基础，经过简单的微分、积分运算，再适当考虑边界条件，就可得到质能关系式。这个关系式，是从质量作为物体所蕴含能量的度量定义出发的，只与物质相对运动有关，而不是表明质量、能量的互相转化。

至于大爆炸宇宙学从本质上也证明不了质量转化为能量，或者能量转化为质量。大爆炸宇宙学基本观点是宇宙是一切物质的总体，1917年德希特从爱因斯坦引力场方程得出一个真空静态宇宙模型，只要填加物质到这个模型中，宇宙就会膨胀，以此他提出宇宙膨胀模型；1948年美籍俄国科学家加莫夫，在总结大量实验数据基础上，提出宇宙大爆炸模型。加莫夫认为，宇宙大爆炸发生在大约150亿年前，宇宙是有限的，但是宇宙是无界的。将时间向前推移，当宇宙尺度为今天的百分之一时，宇宙密度将为今天的100万倍，大于星系密度，星系不能存在。由此推知，现存的宇宙空间结构在某时间以前是不存在的，宇宙空间结构只能是逐步演化产物。在没形成现在宇宙空间结构以前，宇宙是一大片由微观粒子构成的激烈运动着的均匀气体，温度很高，时间越早温度越高，密度越大。当温度高于10的四次方热力学温度（K)时,粒子热运动能量增大，中性原子不能形成。只有当宇宙不断膨胀，温度在3000K左右时，才能形成中性原子。随着宇宙的不断膨胀，粒子运动变得缓慢，温度逐步降低，物质密度也不断减小，当温度低于3000K时，电子与原子核结合成中性原子，大量散射光子的电子消失。宇宙失去大量电子，光子也不再受到电子的强烈的散射。于是宇宙开始透明，光子与物质失去了耦合。宇宙介质作为独立部分留了下来，逐渐衍生成众多的星系、星体、行星等，就变成今天这个样子，而我们能看到的最早的宇宙，就是作为历史遗迹的3K背景辐射光子。宇宙背景辐射、哈勃星系红移和当今宇宙中氦元素丰度（23.5%），都证明了这一说法。实际上，宇宙初期除了蕴含高能量的粒子（物质）团外，并不存在独立的于物质之外的能量，因此也就不能有从能量转化物质的说法，即俗话所说的：“皮之不存，毛将焉附”。说老实话，所谓“宇宙大爆炸”，不过是遗留下来的传统说法，实际上宇宙结构形成过程，是逐渐演变的，决不会像原子弹爆炸那样，瞬间形成。这里需要说的是，光子、中微子和各种基本粒子也是物质，按理应该具有质量，只是至今人们还不能精确测量它们而已。

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