关于质能方程的讨论

关于质能方程的讨论
朱国山
此节讨论的是质量与能量的关系，当然我们先对质量与能量是什么要有一个认识，科学百科上这样定义质量：“质量（mass ）是物体所具有的一种物理属性，是物质的量的量度，它是一个正的标量。

”这样的定义我们看不出它有什么内容，好象什么都没说似的，承然质量我们并不知道它是什么，如果我们站在地球上，一层一层的爬楼梯，我们体会到的质量就是重量；如果我们推动一个大箱子时，我们体会到的质量就是惯性；如果我们在烧一大锅水时，我们体会到的质量就是热容量；核电工程师们在用放射性物质发电时，质量就是能量。

质量是什么，我们只能说质量就是物质的量，它在不同的场合下表现出不同的性质，对于物质量的多重表现，我们只能说质量就是物质本身量的量度，我们无法说明质量就是某种性质的量度，质量是加速度的量度，质量是引力的量度，质量是惯性的量度，质量是热容量的量度，质量也是能量的量度。

质量就是物质最本原的量，物质就是因为有这个量而存在。

从上面对物质质量的讨论，我们略知能量也是质量的一种表现形式，所谓的质能互换地说法，并不是质量通过某种机制转化为了能量，能量实质上就是质量，是固化于粒子结构中的能量，在宏观上表现为质量。

因此，本节讨论质能方程就有了物质学基础。

经典力学的动能方程：212
E mv =（经典质能方程） 爱因斯坦的质能方程：2E mc =（量子力学质能方程）
经典力学的动能方程，表达的是物体速度的增加累积在物体身上的能量，爱因斯坦的质能方程只表示物体自身因质量因素所含的总能量，两者表述的概念有所不同，也没有什么矛盾的地方，两个方程形式上基本相同，不同的只是前面的系数，经典力学的质能方程系数为0.5，爱因斯坦的相对论质能方程系数为1。

经典力学的质能方程一般认为是在低速的情况下的能量与速度、质量的关系，按相对论的观点看这是一个近似关系式，应该加上一个质量变化关系式，校正后的方程式应该为：
2211()22E m m v v =+∆=用特殊值校验
当速度v ≪c
1≈上式得到2
12E mv =
当v ≈c
0≈方程系数趋向无穷大，导不出2E mc =的质能关系式。

在经典力学的计算上，无数的事实和理论强有力的证明了212
E mv =是正确的。

下面从带电的粒子运动推导证明质能方程212
E mv =。

带电粒子动能方程：220022123U
E m v v c
=+ 当带电粒子运动速度不断增加，能量分配由静质量逐步分配到场质量中，动能与速度的平方成正比，因此分配比率于速度平方成正相关，设静质量动能分配比为
222m c v k c −=，动质量的能量分配为22e v k c =，1m e k k +=。

22
2
2200222
411()223m e U c v v E E E m v v c c c −=+=+⨯⨯，（v c ≤）。

当v=c 时，粒子的速度不再增加，也就是说粒子的动能不再增加，能量的增加将全部转化为质量的增加上，上式得023
E U = 电磁质量0243e U
m c =，0243e U
m c =，023E U =→032
U E = 2243232e E m E c c
=⨯==>212e E m c =这是电动力学中的质能方程 由上推导在微观粒子层面质能方程依然为：212
E mc =
经典力学的质能方程与爱因斯坦的质能方程形式上是一样的，只差在系数上，如果说这二个方程都是正确的，洽当的解释是这二个方程中所指的质量，可能有所不同：经典力学的质量是爱因斯坦质量的2倍，如果质能方程2E mc =在微观粒子的能量转化中关系成立，则表明宏观下的物质质量与微观下的粒子质量定义上有区别，有可能宏观下的物体质量为其总质能，微观下的粒子质量可能被分为了二个部分，一部分是粒子的静质量，一部分是粒子的场质量，爱因斯坦的质能方程可能采用的是粒子的静质量，粒子的场质量可能没有被计算在内。

在微观粒子的能量反应方程中有以下众多事实也证明了2E mc =方程的正确性。

下面的事例运用的质能标准都是相对论中提出的质量标数。

粒子质量单位数u=931.494028MeV ，是2E mc =方程换算的结果，以下的核粒子反应方程都是有关资料提供，此文只是引用，不对正确性负责。

1▲31130110.765He n H H MeV +→++
3
He=3.0160293191u=2809.413299MeV,n 01=939.5654133MeV 1H=1.00782503207u=938.78299864MeV,3H=3.0160492777u=2809.43189MeV ∆E=0.76382366MeV
2▲61433021 4.78Li n He H MeV +→++
Li 36=6.015122795u=5603.05096122MeV,n 01=939.5654133MeV
He 24=4.00260325415u=3728.40102769MeV,
3H=3.0160492777u=2809.43189MeV
∆E=4.78345683MeV
3▲101475023 2.31B n He Li MeV
+→++ B 510=10.0129370u=9326.99101824MeV,
n 01=939.5654133MeV
He 24=4.00260325415u=3728.40102769MeV,
Li 37=7.01600455u=6535.36633874MeV
∆E=2.7890659MeV
4▲22311120 3.26H H He n MeV +→++
H 12=2.0141017778u=1876.123777MeV
3H=3.0160492777u=2809.43189MeV
n 01=939.5654133MeV
∆E=3.25025MeV
5▲2341112017.6H H He n MeV +→++
H 12=2.0141017778u=1876.123777MeV
3H=3.0160492777u=2809.43189MeV
He 24=4.00260325415u=3728.40102769MeV,
n 01=939.5654133MeV
∆E=17.589226MeV
6▲110
470523 2.792n B He Li MeV
+→++ n 01=939.5654133MeV
B 510=10.0129370u=9326.99101824MeV
He 24=4.00260325415u=3728.40102769MeV,
Li 37=7.01600455u=6535.36633874MeV
∆E=2.789065MeV
7▲16430322 4.786n Li He He MeV +→++
n 01=939.5654133MeV
Li 36=6.015122795u=5603.05096122MeV
He 24=4.00260325415u=3728.40102769MeV,
He 23=3.0160293191u=2809.413299MeV
∆E=4.80204783MeV
以上诸多反应事例都说明了2E mc =的正确性。

由以上二种铁地事实都证明，二种截然不同的方程都是正确的，显然这里只能有一个是正确的，一个是错误的，为什么会出现这样的结果呢，如果说有一个是错误
的，但又无法证明谁是错误的，它们都有铁的事实证明自己的正确性，这个问题出在什么地方呢，方程式中只有质量与速度这二个变量，速度变量不应该有置疑的地方，问题可能是出在质量上面，20.5E mv =是经典力学中宏观物体的质量值，2E mc =是微观粒子在微观世界中显现的质量数值，可能这两种质量所代表的对象范畴有差异。

宏观物体的质量是物质的总质量，包括了粒子的静质量（m j ）和粒子效应场的动质量（m d ）总和m h =m j +m d 。

爱因斯坦质能方程中的质量，是微观粒子的质量，可能只表
示了粒子的静质量，没有包含粒子结构中场结构部分的动质量，如原子质量是原子核与电子质量的和，再加上原子外层电子轨道上电磁感应所形成的电磁锁相结构体，它也是有能量与质量的原子结构的一部分。

因此爱因斯坦的质能方程计算粒子能量时，只计如微粒子一部分的静态质量，因而计算系数被放大了，也说明微粒子的静质量与动质量基本是相同的即m j =m d （在粒子结构章节中有计算，电子的静质量与其电场质量是相等的）。

上述二个质能方程应如下表示 经典力学质能方程：21()2
j d E m m v =+j d m m =，j d m m m += 爱因斯坦质能方程：22122
j j E m c m c =⋅=， 二种质能方程证明了一个事实：动质量与静质量本质上是一样的，它们都有引力效应，它们都有惯性效应，从第一章讨论粒子的波粒二相性可以看出，有场效应的粒子有二个质量中心，一个静质量中心、一个动质量中心，这二个质量中心像是用弹簧相连一样，两个质量以它们的共质量中心振荡或绕旋。

这二个质量大小基本相同。

下面章节阐述了基本粒子的形成过程，可以看出粒子本质上就是场振荡被无限崩缩于极小的空间的场，静质量、动质量其本质都是一样的，都是场的不同形式的表现，爱因斯坦质能方程中的质量，只表示粒子的静态质量，如电子，只计算电子实体本身的质量，电子周围的电磁场的动质量没有被计算在内，电子的电磁场的动质量于电子的静质量应是相同的。

原子分子的化学过程，都是原子外层电子轨道的变化释放的能量，这种能量的来源无疑是电子轨道上的电磁场的能量释放，按质能方程讨论，其变化的是原子结构中电磁场的动质量部分，其静质量部分的结构体并没有变化，因此质能方程准确的表达式是上面的动质量与静质量和的形式。

上述二种质能方程从理论上也划分了宏观与微观的界线，原子、分子是宏观的最小单位，原子以下的电子、原子核中的质子、中子等是微观世界的开始。

原子、分子以上的物质运动遵守经典力学规律，原子核以下的质子、中子、电子、光子等粒子的运动要用《能量场微观物理学》来分析，微观层面的粒子是粒子结构实体与各种场的复合体，是虚实的结合体，不同与宏观层面的物体。

宏观上的物体，其场与粒子体都被严格封锁在一定空间内的实体，显示不出场的作用因素，故称为实体。

本节考参资料
《Bertozzi 不能使电子运动速度超越光速的原因》——刘显钢（北京师范大学） 《电子的电量与电荷运动速度之间的关系》——网页搜索 （实验者季灏）。