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一個(gè)新的能量公式
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作者 張祥前 本文大寫字母為矢量。 一個(gè)質(zhì)量為m的火車相對(duì)于我們地面的觀測(cè)者以勻速度V【V的數(shù)量為v】直線運(yùn)動(dòng),地面的觀測(cè)者認(rèn)為這個(gè)火車有動(dòng)能 1/2 mv2 ,而火車上的觀測(cè)者認(rèn)為火車的速度為零,因而動(dòng)能為零。所以講,現(xiàn)代物理學(xué)認(rèn)為動(dòng)能相對(duì)于不同的參考系是不守恒的,一個(gè)物體具有的動(dòng)能在不同的觀測(cè)者看來是不一樣的。 但是,統(tǒng)一場(chǎng)論【百度 統(tǒng)一場(chǎng)論5版(上)】有著不同的看法。統(tǒng)一場(chǎng)論認(rèn)為一個(gè)物體具有能量在相互運(yùn)動(dòng)的觀測(cè)者看來數(shù)量是一樣的,能量對(duì)于不同的參考系仍然是守恒的。不同的觀察者看到的只是粒子運(yùn)動(dòng)形式有所不同,而粒子總的能量是不變的。 統(tǒng)一場(chǎng)論認(rèn)為任何一個(gè)相對(duì)于我們觀測(cè)者靜止的粒子,都不是真正的靜止,而是以光速在穿越空間運(yùn)動(dòng),我們觀測(cè)者也可以認(rèn)為這個(gè)相對(duì)于我們靜止的粒子周圍的空間時(shí)時(shí)刻刻以光速度C【本文認(rèn)為光速可以為矢量】在向外輻射運(yùn)動(dòng)。 因而任意一個(gè)相對(duì)于我們靜止的質(zhì)量為m’的粒子o點(diǎn),統(tǒng)一場(chǎng)論認(rèn)為都有一個(gè)靜止動(dòng)量m’C,當(dāng)o點(diǎn)相對(duì)于我們觀測(cè)者以勻速度V直線運(yùn)動(dòng)時(shí)候,相對(duì)論和統(tǒng)一場(chǎng)論認(rèn)為都認(rèn)為o點(diǎn)周圍空間的光速運(yùn)動(dòng)相對(duì)于我們觀察者沒有變化,但是相對(duì)于o點(diǎn)的速度只能是C - V,因?yàn)橹挥蠧 – V和V合成后仍然是光速。在V的方向上光速度的標(biāo)量c不變,但是,在V的垂直方向上,光速度的標(biāo)量c變成了√(c2- v2),寫成矢量形式是C - V。 這樣,統(tǒng)一場(chǎng)論動(dòng)量公式矢為量式P = m(C-V),其標(biāo)量形式為: p = m’c = mc√(1- v2/c2) 對(duì)上式方程兩邊乘以光速c,為統(tǒng)一場(chǎng)論能量方程,一種新的能量方程: e = m’c2 = mc2√(1- v2/c2) m’c2為o點(diǎn)的靜止能量,這個(gè)和相對(duì)論的看法一致,mc2√(1- v2/c2)為o點(diǎn)以速度v運(yùn)動(dòng)的時(shí)候的能量,這個(gè)和相對(duì)論的看法稍稍不同,相對(duì)論認(rèn)為o點(diǎn)以速度運(yùn)動(dòng)的時(shí)候能量為mc2,這樣相對(duì)論認(rèn)為o點(diǎn)靜止時(shí)候的能量m’c2和以速度v運(yùn)動(dòng)的時(shí)候能量mc2是不一樣的。 而統(tǒng)一場(chǎng)論認(rèn)為o點(diǎn)以速度v運(yùn)動(dòng)的時(shí)候能量mc2√(1- v2/c2)和靜止能量m’c2是相等的,統(tǒng)一場(chǎng)論這種看法表明質(zhì)點(diǎn)能量的量必須相對(duì)于一個(gè)確定的觀察者才有意義,o點(diǎn)靜止的觀察者發(fā)現(xiàn)o點(diǎn)能量為m’c2,和o點(diǎn)以速度v運(yùn)動(dòng)的觀察者發(fā)現(xiàn)o點(diǎn)能量為mc2√(1- v2/c2),無論哪一個(gè)觀察者都不可能觀察到o點(diǎn)能量為mc2。 統(tǒng)一場(chǎng)論強(qiáng)調(diào)了不同的觀測(cè)者,看到了能量有不同的表現(xiàn)形式,而總的能量的數(shù)量與觀測(cè)者無關(guān),這種觀點(diǎn)應(yīng)該比相對(duì)論的觀點(diǎn)要合理一些。 統(tǒng)一場(chǎng)論能量方程和經(jīng)典力學(xué)的動(dòng)能公式有什么關(guān)系呢? 經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為,一個(gè)質(zhì)量為m的質(zhì)點(diǎn)o點(diǎn)相對(duì)于我們觀測(cè)者以速度V【數(shù)量為v】運(yùn)動(dòng)時(shí)候,在我們觀測(cè)者看來,具有動(dòng)能 ek = 1/2 mv2。 將統(tǒng)一場(chǎng)論能量方程 e = mc2√(1- v2/c2) 中√(1- v2/c2)用級(jí)數(shù)展開為1- v2/2c2+••••• 略去后面的高次項(xiàng), e ≈ mc2- mv2/2c2 由e = m’c2可知em’c2≈ mc2- mv2/2c2,這個(gè)表明經(jīng)典動(dòng)能ek = 1/2 mv2是物體以速度v運(yùn)動(dòng)的時(shí)候引起靜止能量發(fā)生變化的變化量。 以上的能量公式e = m’c2 = mc2√(1- v2/c2)中 e = mc2√(1- v2/c2)為普遍的能量方程,因?yàn)楫?dāng)速度v為零的時(shí)候,方程e = mc2√(1- v2/c2)轉(zhuǎn)化為e = m’c2 。 對(duì)于光子,可以認(rèn)為其動(dòng)能ek = mc2,這樣, mc2-ek = m’c2 = 0 光子的靜止質(zhì)量為零,靜止能量為零,只有運(yùn)動(dòng)能量mc2。 一個(gè)相對(duì)于我們觀測(cè)者靜止的質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量為m’, 相對(duì)論認(rèn)為有一個(gè)靜止能量E = m’ c2,意思是指這個(gè)質(zhì)點(diǎn)周圍n條幾何點(diǎn)的光速的平方,n的大小取決質(zhì)量m’。 統(tǒng)一場(chǎng)論給出能量的定義: 能量是質(zhì)點(diǎn)在空間中【或者質(zhì)點(diǎn)周圍空間本身】相對(duì)于我們觀察者在某個(gè)空間范圍內(nèi)【由于時(shí)空同一化,也可以說在某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)】運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量。 空間、物質(zhì)點(diǎn)、觀測(cè)者、運(yùn)動(dòng)四個(gè)條件一個(gè)都不能少,否則,能量就失去了意義。單獨(dú)存在著質(zhì)點(diǎn),單獨(dú)存在著空間都沒有能量,沒有觀察者,或者沒有指明哪一個(gè)觀察者,能量就不能確定。 |
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