牛顿定律一直以来非常正确。
这个定律存在一个谬误，并且找到修正它的方法是1905年的爱因斯坦。
问题出现在牛顿第二定律，公式如下：
在此公式中，我们一直默认这样一个假定，即质量是一个恒量，但是我们现在知道这并不正确，而是物体的质量随着速度的增加而增大。
经过爱因斯坦修正后，质量具有数值
mo表示为静止质量，c是光速，v表示物体运动速度，m表示物体运动时的质量。
爱因斯坦是如何发现这个公式中的质量需要修正呢？
1887年，迈克耳逊（Michelson）和莫雷（Morley）做了一个实验，来确定地球相对以太的绝对速度。这个实验得到的负结果经过18年后最终由爱因斯坦作出了解释。
迈克耳逊和莫雷实验为什么会出现负结果？
如果地球朝着E方向以速度u运动，则光从B和E之间来回所用的时间为：
t1=L/(c-u); t2=L/(c+u);
则
光在与BE的垂直的BC之间来回的时间为：
由上述两个公式，我们发现它们存在如下关系：
根据伽利略变换原理，应当是t1+t2<2t3，即到达E来回时间略小于在C来回所花的时间。
但事实是，到达C来回时间等于在E来回所花的时间。
解决的办法只有两种：要么是在E来回的所花的时间变长了，要么是在E来回的距离变短了。
物体在运动时，时间变长的假设或长度收缩的假设成功解释了实验的负结果。
在理解运动系统中时钟变慢时，需要注意的是：
身在运动系统中的人，是感受不到神奇现象的，一切都是正常的。
只有身在运动系统外的人，才会发现奇特现象：运动系统的时间变长，长度收缩了。
也就是说，离开地球的航天飞船再回到地球时，飞机上的人感觉一秒还是一秒，没有什么变化，一切正常。产生奇特现象的是地球上的人，如果飞船上的人觉得自己在飞机上呆了一年，可在地球上的人却认为飞机已经离开了一年多。
或者理解为，在地球上和在飞船上做同样一件事，大家的对时间的感觉是一样的，但飞船停在地球上时，由于飞船所用时间要进行一个修正，我们发现，飞船做同样一件事却比地球上的人多花了一些时间。
相对论的作用不止解释上述现象的存在。
我们再来看一下牛顿第二定律的公式
这个公式告诉我们，力的大小是通过动量mv与时间的导数求出来的。
如果动量定理成立，也就是上式成立的话，准确的说，力带来的不光是速度的变化，而是动量的变化。
若一个物体受到一个恒力，当速度较小时，质量m几乎变化不大，这时主要体现在速度的变化上。这就造成了一种假象，好像对物体施加不变的力，物体的质量是不变的量，而是速度一直在增大。如果时间足够的长，速度也会变得无穷大，甚至超过光速。
但根据相对论，物体的速度不可能达到或超过光速。
我们发现，当物体运动时，它的时间是需要修正的，所以，牛顿第二定律的公式也必须要对质量进行修正。
首先，由于相对论，物体运动时的时间t要与静止系中的时间t’一致的话，则运动系统中的时间t’要进行修正，即
只有对质量修正，而且按如下方式修正
才能确保如下式子成立
上式可说明，当速度非常小时，动量的改变主要来自速度变化。由于速度变得很大时，质量因素对动量的影响不能忽略，质量对动量的影响也越来越大。甚至当物体速度接近光速时，质量的增大将是变得无穷大（当然，此时的时间也变得无穷大）。
由质量修正公式
再推导为
m0代表静止质量，这个公式告诉我们，若物体的运动速度越大，则它的质量也会变得越来越大。如果再此公式变形为
此公式左端表示为一个物体总能量（速度的平方与质量的乘积是能量形式的一种），右端的第二项可以认为是通常的动能。爱因斯坦把常数项m0c2被看成“内在能量”。
如果一个物体的总能量真的可以表示为
那么，我可推导出质量修正公式必须存在。也就是说，质量修正公式决定一个物体所具有的总能量应当表示为：
具体推导过程如下，根据dE/dt=P可知，有dE/dt=Fv公式，同时将F=d(mv)/dt代入上式，得
将此公式可推出
所以，质能公式
的确是代表物体所具有的总能量。
举一个例子，正负电子相撞发生湮灭，释放出高能量的γ射线。通过上述公式可知，
γ射线的总能量=静止时状态的能量（即电子的静质量与光速平方的乘积）+电子运动时的动能（电子的静止质量与电子速度平方的乘积）
γ射线是有运动质量的，但没有静止质量。如果说γ射线有静止质量，那它是以电子的形式存在。
是不是可以说，γ射线和电子是同一事物的两种形式。
那么，我们还可以设想，不是正负电子相撞的形式使静止质量全部转变为γ射线的运动质量，而是电子以其他方式只减少一部分的静止质量，而这部分减少的质量以γ射线释放出一部分的能量。
广岛原子弹的爆炸，产生的能量只是相当于1g的静止质量的减少。
质能公式告诉我们，速度大时的物体国，它的质量变得更大。这种运动质量当然是可以表现为重量之感的。
比如，高速运动的电子比速度小时的电子的质量明显大很多。
这就是爱因斯坦的质能公式的来由。
【网友的话】
质量在某些情况下会转变为能量，例如，核裂变、核聚变和湮灭反应。反过来，能量在某些情况下也会转变为质量，例如，布莱特-惠勒过程、宇宙创生过程。
此外，需要注意的是，质能方程并非促使原子弹的诞生，而是人们制造出原子弹之后，利用该方程解释了原子弹的机理。不过，爱因斯坦对于原子弹的诞生还是起到了作用，因为他当年与另一位物理学家西拉德（核链式反应的真正提出者）联名写信给罗斯福总统，这多少促成了后来的曼哈顿计划。
Was this helpful?
0 / 0
