第十五章質 量 與 能 量【１20】

19世紀末，正當物理界即將慶功全部物理學理論完成之時，出現的紫外災將整個物理界一下子全部逼入困境。這是微觀世界中的微粒在提出挑戰。

物理界繼牛頓之後，最偉大的科學家愛因斯坦，用量子理論為物理學解了難，他正確地解釋了光電現象，也因此榮獲了1921年度諾貝爾物理學獎。

愛因斯坦劃時代地提出與創建了相對論。他在相對論中指出沒有「絕對時間」、「絕對空間」。時間、空間、運動、質量、能量都是相對的，而不是絕對不變的，它們隨著物質運動狀態的變化而變化，速度越高、變化越大。

關於質量與能量的關係也是相對論中的一個重要研究結果。在論述物理界超光速的事物是不可能存在這一問題時，愛因斯坦指出，要把一個粒子加速到光速是不可能的，因為那需要無限大的能量。愛因斯坦著名的質能方程E=MC2闡明了質量與能量的等價關係。這也是以後發明核武器的重要理論基礎。通俗點理解愛因斯坦推出這個方程的意思，他是指極小的物質可以轉化為巨大的能量。

愛因斯坦在談論空間與時間可以相互轉換時，同時指出：質量與能量也可以相互轉換。他說：「為了保留某些神聖不可侵犯的物理學原理——即能量守恆定律和動量守恆定律，有些直觀概念必須放棄。質量本身不再是固定不變的而是能轉變成能量。能量可以變成物質，物質也可以變成能量。能量的舊概念必須加以擴大。」

愛因斯坦在相對論中還提出了「靜能量」的概念，也就是一個物體在靜止不動時所具有的能量，它的數值依賴於自身的質量，也就是由質能方程所顯示的那樣E=MC2。

他又說，一個物體能量總和是由動能和靜能量組成的。可表達成公式：E=MC2γ。而在日常速度中γ大約等於1，因而能量總和近似於等於靜能量，但是當物體的速度接近光速時γ可比1大很多，也就是能量總和將增加許多。

總之，20世紀進入量子力學時代，人們的視野擴大了許多，物理學研究的對象可以說從幾乎只有鼻子下的那麼一點區域擴大到：從小到空間尺度為10－17米的亞核世界，直至大到150億光年（1.439×1027米)的整個宇宙進行研究。物理學的觀念也從經典物理轉變到量子力學的觀念來了。

從現代物質科學知識可知，物質具有複雜的層次結構，較低層次的粒子是通過相互作用力結合為較高的層次。物質科學也正在將最高層次的物質不斷地一層一層地還原為更低層次的，也就是更微觀層次的微粒及它們之間的相互作用力。希望能就此一直分解下去，直至找到最終的不可再分割的最基本的粒子及其基本相互作用力。

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