大家好,今天来为大家解答哪些力属于质量力这个问题的一些问题点,包括力的本质是什么也一样很多人还不知道,因此呢,今天就来为大家分析分析,现在让我们一起来看看吧!如果解决了您的问题,还望您关注下本站哦,谢谢~
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为什么质量和能量在本质上是一回事
先说答案:质量是质量,能量是能量,二者不可混为一谈。这两个概念不容和稀泥!
质量与能量,是表述物质状态的两个不同性质的物理参量。那么,什么叫物质呢?
物质的定义与意义物质是宇宙中固有存在的统称。这个定义有四个意思:物质是存在的,存在是物质的;物质是固有的,固有的是物质的。
物质的对立面,是不存在或虚无,虚无是主观的意淫,不是物理的对象。写成逻辑公式:
物质≡存在≡固有≠虚无。
大自然,包括空间或真空,都是存在的,都是物质的,都是有密度的,是可测量的范畴。
不少人觉得,真空是空的,没有任何东西,就认为“空间不是物质”。
这是典型的“真空虚无论”,原因在于物理教科书,迄今没有物质的定义。这是重要缺失。
物质定义的缺失,导致人们对质量、能量、信息、意识、场、力、波、荷、电等一系列范畴分类与界限的模糊不清。
物质的状态与表述物质的状态,简称物态,包括物质的存在形式与运动方式两个方面,写成逻辑公式:
物质的状态≡存在形式+运动方式
中文的状态,是用状子陈述的事态与物态,即对存在形式与运动方式的表述。
英文的状态,state,=st/stance+ate/thing,作名词是事物的姿态或状态,作动词是表述。
那么,应该如何表述物质的存在形式与运动方式呢?这本来就是物理科学的基本任务。
什么叫“物质的存在形式”?
物质的存在形式,是指在没有外力作用时用诸如形状、体积、表面积、成份、质量、势能、密度、电荷等物理指标表述的结构特征。
地球的结构参数有:椭球型,半径R=6400千米,质量m=6.0×102?千克,密度5.5吨/米3,惯性势能或固有势能Ep=mc2=5.4×10?1焦耳。
电子的结构参数有:椭球型,半径2.82fm,质量m?=9.11×10?31kg,惯性势能或固有势能Ep?=m?c2=0.511MeV,电荷q=1.6×10?1?C。
注意1:质量,也叫惯性质量、固有质量,与空间场的引力质量相对应;势能,也叫惯性势能、固有势能,与空间场的引力势能相对应。
注意2:质量与势能是两个等效表述的结构参数,既不能消灭,也不能创生,这叫质量守恒、惯性守恒、势能守恒,牛顿第一定律。
什么叫“物质的运动方式”?
物质的运动方式,是指在有外力作用时用诸如加速度、动能、辐射动能、动量、动量矩、频率、波长等物理指标来表述的功能特征。
地球的功能参数有:自转速度(466米/秒)、公转速度(30千米/秒)、地轴倾角、重力加速度、地球与太阳的拉格朗日平衡点。
电子的功能参数有:平均绕核速度、近核点进动速度、远核点进动速度、平均动能、轨道平均半径、电子震荡激发场介质的电磁波频率。
注意3:功能参数取决于结构与外力两个方面,结构特征是不变的,功能参数是可变的。
势能·位能·动能的区别■要界定清楚“势能·位能·动能”三概念
势能(Ep),是物系的固有能量,来自亚原子光速自旋角动能:Ep=(mc2/r)·r=mc2...(1)。
位能(D),是基于零点的相对势能或势能差,是外力作功的动能增量:D=△Ep=Ek...(2)。
位能(Ek),是外力对物系所作的功,或者是环境对物系提供的能量,诸如:位能、热能、电磁能、化学能、原子能、辐射能。
动能转换为热能:?mv2=1.5kT...(3)
动能转换为位能:?mv2=△mc2...(4)
动能转为辐射能:?mv2=(m/m?)hc/λ...(5)
■能量守恒与转换定律,包括两个意思
①能量守恒≡势能守恒:ΣEp?≡ΣEp?...(7)
②能量转换≡动能转换:△E=△Ek...(8)
注意4:势能是维持物质存在的固有能量,没有多余的能量,是不可以被利用的。只有动能与位能(互为因果),才有多余能量可被利用。
原子能、化学能、水位能、电势能是因为超过常规简并压而有多余的位能。
质能方程“E=mc2”的不自洽问题■以核外电子为例,质量m?,加速电子运动的电源电压为V,提供能量eV=8.19×10?1?焦耳。电子获得速度v=0.999c,根据能量转换定律,电子动能:Ek=?m?v2=eV=8.19×10?1?焦耳。
按粒子物理学的动力学原理,电子的总能量:
E=Ep+Ek=m?c2+?m?v2,即
E=m?c2(1+?v2/c2)=1.5m?c2...(A)
电子质量依然是m?。
按狭义相对论的质能方程,电子的总能量:
E'=mc2=m?c2γ,即:
E'=m?c2(1/√(1-v2/c2))=500m?c2...(B)
狭相多出动能:△Ek=E-E'=498.5m?c2。
电子质量变成了:m=500m?。
比较(A)与(B)两个结果:粒子物理学分别遵守能量守恒与质量守恒两大定律。
狭相既不遵守质量守恒,也不遵守能量守恒。多出498.5m?c2,不可能是电源提供eV能量。
可见,质能方程是违背质量守恒、能量守恒,同时也必然违背动量与牛顿第三定律。
从这个案例可以看出,要么三大守恒定律是谬论,要么狭义相对论是谬论,大家自己定夺。
■再来看质能方程的推导过程。
注意上图中的倒数第二行的结论:
速度为v的物体,相对论的动能是:
Ek=mc2-m?c2...(C)
换句话说,E=mc2=γm?c2是动质量的能量,E?=m?c2是静质量的能量(相当于固有势能)。
可以把式(C)等效改写成:
Ek=γm?c2+m?c2=(1+γ)m?c2...(D),即:
而相对论动能,Ek=?mv2=?γm?v2...(E)
把式(E)代入式(D),则有:
?γm?v2=(1+γ)m?c2,即:
?γv2=c2+γc2,即:
γ=c2/(?v2-c2)...(F)
式(F)的γ,与定义“γ=1/√(1-v2/c2)”显然是格格不入的,理论上的质能方程是不自洽的。
笔者认为,质能方程不自洽的根源是虚构的洛伦兹因子本来就是不成立的。
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力的本质是什么
区分“概念”和“现象”
要想了解“力的本质”,我们首先要搞清楚到底“力”是从哪来的?
在牛顿提出万有引力定律和牛顿力学之前,就已经有学者在探讨“力”。但是自始至终,都没有人能够给“力”下一个规范的定义。一直到牛顿的出现,这个局面才得以改善。牛顿也是第一个给“力”做准确定义的人。在牛顿的著作《自然哲学的数学原理》当中,牛顿给“力”下了这样的定义:力是使物体改变运动状态或形变的根本原因。牛顿第二定律中甚至给出了力的表达式F=ma。
不过,牛顿也不是平白无故就提出这个理论。他其实主要是基于“现象”。说白了,他是看到了物体和物体之间的相互作用的现象。于是,基于现象,把这种“相互作用”命名为“力”。所以,如果我们要探究力的本质到底是什么,本质上其实就要搞清楚“相互作用”的本质是什么?
粒子物理标准模型关于这个问题,从牛顿时代之后,200多年里都没有得到很好的发展。不过,到了20世纪初,随着量子力学和相对论的蓬勃发展,以及人们对微观世界的逐渐了解。在上个世纪50年代,经过一代代科学家的努力,科学家们逐渐建立起了一套粒子物理标准模型。
那粒子物理标准模型到底是什么?又和“力”有什么关系?
早在古希腊时代,哲学家们就开始寻找万物的本源,并且指出了一条明路:通过研究万物的最小组成单位来研究世界的本质。但是千百年来,由于实验仪器一直无法涉足微观世界,因此,这个方向的进展几乎为零。
后来,在上个世纪,科学家利用加速器(粒子对撞机),也就是纯粹用“撞”的方式,撞开了微观世界的大门。他们在极其短的时间内,发现了许多粒子和微观世界的一些物理学现象。
不仅如此,他们还发现,宇宙中不仅存在着万有引力和电磁力,其实还存在着其他两种作用力:强相互作用,弱相互作用。而且其实弱相互作用可以改变粒子的种类,这和牛顿当初给“力”下的定义是有区别的。因此,科学家认为“力”的概念其实不够用了,而应该用“作用”这个概念。因此,宇宙中实际上存在着四种作用:强相互作用,弱相互作用,电磁相互作用,引力相互作用。
其中,强相互作用和弱相互作用是作用在原子核层级的,在日常生活中,除了引力相互作用之外,剩余的作用其实都是电磁相互作用。
除了四大作用之外,还有100多种粒子,这些粒子又该如何安放呢?
科学家把这些粒子进行的分类,其中有一部分叫做费米子,说白了它们就好像构成世界的最小粒子,比如:夸克,电子,中微子等。但是这些粒子需要最终被粘合起来,才能够构成万物。而起到这个作用的其实就是四大作用。那四大作用又是如何实现呢?
它们其实是利用“场”,比如:电磁相互作用就是通过电磁场。而场其实与实物粒子是一样,都实实在在存在的物质,它也具有粒子性。于是,科学家提出了玻色子概念。
所以,我们可以认为相互作用可以通过“玻色子”传递,还拿电磁相互作用举例,它是通过虚光子来传递的。基于这样的方式,科学家就微观粒子安排得明明白白,并且还找到了赋予粒子质量的希格斯玻色子。因此,玻色子实际上可以认为是这个世界的粘合剂,把费米子粘贴在一起,就构成万物。
“力”的本质基于对粒子物理标准模型的认识,我们其实不难发现,“力”的本质就是“相互作用”的本质。而按照如今的物理学理论,“相互作用”是通过“玻色子”(场)来进行传递的。所以,“相互作用”其实也是一种物质,比如:强相互作用通过胶子来传递,弱相互作用通过W玻色子和Z玻色子来传递,电磁相互作用通过光子来传递。
至于引力相互作用,到目前为止,还没有能够把引力场量子化,按照广义相对论,引力相互作用的本质是时空的弯曲。
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