对论表明，电磁波的传播速度为光速，即3×108m/s，光子也是一种电磁波，并指出能量就是质量，质量就是能量，且二者之间可以相互转化，有质能方程E=mc2。 其实，质能转化在现实生活中是无处不在的。如煤燃烧后释放出热量，自身质量减少；动物进食后产生热量；植物吸收太阳光生长等等，这些都是具有明显化学特征的质能转化。当然，还有许多物理特征的质能转化。例如，冰溶化成水，水加热成水蒸汽等。这些在质量与能量上的转化其质量的亏损和增加是肉眼很难看出来的。那么，从物理学角度，就该怎样去理解这些物质存在形式的转变和质能转化呢？ 目前，我们认识的物质都是具有一定物理结构的。随着科技的进步，人们对物质结构的认识也在不断地深入，从分子、原子、电子、夸克、乃至各式各样的微观粒子，并提出了各种理想的基本粒子模型。但是迄今为止，仍然不能从理论上对最基本粒子是否存在作出合理的解释，对物质是否可以无限分割下去也难下定论。那么，究竟是否存在构成物质存在最基本粒子呢？这里，我们不妨换一个角度去思考这个问题。 我们知道，任何一种物质存在均应有一定的结构形式，同样也就需要一种结合力保持其相应形态的存在，否则这种物质存在形式就是随意的，随时都有可能转变成为其它形式的结构体。而要破坏物质形态的存在，就必须通过外力做功破坏其结构力。不管是破坏其物理结构还是破坏其化学结构，只要是其结构发生变化，那么必然伴随着能量的变化，也就是维持物质形态的结合能发生了变化，物质又重新达到另一种物质结构形式与其内部结合能的平衡。 那么，我们现在假设由一个源源不断的动力F持续作用于物体m，为其提供能量，那物体m将持续加速运动前进，直至超过光速（3×108m/s）并不断增加。显然，这与狭义相对论是相违背的，这种物理现象也从未观察到过。为什么会是这样的呢？在这个问题上，令我们始终不能得出结论的关键就在于我们忽视了一个关键的因素，那就是力的传播速度。 力是否有传播速度呢？这与物质结构存在什么关系？我认为力不仅有传播速度，而且其大小是恒定的，其传播速度就等于宇宙极限速度（3×108m/s），并且力的速度不随作用者的运动和作用力的大小变化而变化，在这一点上和光速是一模一样的（实质上它们是同一性质的物理现象），这也正是光速为什么是C=3×108m/s的原因（后面将作分析）。在这个前提下，许多物理现象的解释即迎刃而解。 二、力的速度 前面讲到，物质存在都有一定的结构。假设维持物质内部结构的结合力F有恒定速度C，不难想象，当物质m的运动速度V达到或即将超过力的速度C时，维持物质内部结构的力的速度C有C≤V，那么力F就不能对维持其内部结构产生作用了，也就是说维持该物质形态存在的结合力F已产生不了作用了。很显然，在这种情况下当物质运动速度达到力的作用速度3×108m/s时，任何物质都会自行解体为不存在任何内部结构形式的光子，并以光速C传播。此时，外力对物质所作的功为1/2mc2，物质解体后被抵销（破坏）后释放出来的结合能E正好等于外界做功1/2mc2，所以物质完全实现质量向能量的转换后得到的总能量即相对论的质能方程E= 1/2mc2+1/2mc2=mc2。也就是说，当外界做功等于物质本身的质能足以克服其维持物质形态存在的结合能时，物质便完全实现质能转化，其转化后的能量将以电磁波（光子）的形式以3×108m/s传播。因此，任何物质（包括电磁波）的最大传播速度只能是C（3×108m/s），这也是由于力的传播速度所决定的，力的传播速度决定了宇宙极限速度的大小，因为此时已没有任何力可以对其做功增加其能量了。也就是说，假设力的速度是1000m/s，那么今天的喷气式飞机就不可能上天。 三、光与力的特征 狭义相对论表明，光速C（3×108m/s）是宇宙极限速度，它不仅是恒定值，而且不随着光源运动的变化而变化。其实，这一点并不难理解，因为只有物质中的粒子达到形成光子所需的能量那一刻起，才会形成光子传播，否则便不会产生光子。粒子从获得1/2mc2的能量那一刻起即形成光子并以3×108m/s开始传播，无论光源怎样的运动，也不可能为光子提供初速度。因此光子就不存在速度叠加的可能。所以，著名的麦克尔逊干涉实验不能观察到干涉纹的变化，光速不变原理的原因即在于此。同样，力与光的特征是完全相同的。实质上它们都是能量的不同表现形式。力也是在开始作用的那一刻起形成的，与施力方的运动速度是没有关系的。从本质上讲，它们是同一性质的物理形式，那就是能量，我们可以这样说，能量的传播速度就是3×108m/s。 四、质量与能量 我们还可以认为，温度与速度都是能量的表现形式，温度和速度对于克服物质结合能是完全等效的。相同的物质m，在不同的温度下，或不同的物质在相同的温度下，其实现完全转化为光子的速度是不一样的。温度越高，其转化速度越小，所以可以认为每一种物质都存在一个极限低温，在极限低温下，物质内部间无任何相对运动，动能为0，结合能达到最大值1/2mc2，此时的物质状态可以称作纯质量态。也许在宇宙中的某一个不与外界发生能量交换的地方存在这种物质。在这种情况下，如果物质要实现向光子的转化，就必须吸收1/2mc2的能量达到运动极限速度C。另外一种就是我们生活中常见的物质，物质本身具备一定的热能（动能）P，物质转化为光子的速度V<C，有E=mc2=1/2mc2+1/2mv2+P。此时的物质形态可以称作质能共存态。同样，任何物质也存在一个极限高温，此时的物质热能（动能）P=1/2mc2,足以克服物质结合能，有E=mc2=1/2mc2+P，物质转化为光子。光子则可称作纯能量态。 这样，我们可以从质能角度把世界上的物质分成纯质量态、纯能量态和质量共存态三大类。 事实上，由于物质内部粒子结构与活性的差别，物质转化为电磁波（光子）总是有先有后的，同时获得足够能量的粒子同时转化，紧接着后一批同样状态的粒子获得自身足够的能量摆脱结构力的束缚得到转化。因此，电磁波的发射不是连续的，而是一份一份的。可以认为，电磁波（实质上就是能量）就是宇宙间的最基本粒子，它们没有任何内部结构，而且具备十分良好的弹性。当然，我们可以认为这种最基本粒子有不同形式，因能量不同而具有各种不同的电磁波（光子），同样也表征着不同的质量指标。 五、质能转化 当我们在高能物理实验室中将某粒子加速至极高速度时会发现，粒子越接近光速便越难以为其加速。我们可以认为这是由于粒子在高速运动时速度已非常接近光速，而作用于粒子上的力的速度也等于光速，这样由于二者速度越相近，作用力的效果就会抵消，也就是通常所说的力够不着了。相对论则认为，当物质以光速运动时质量将无穷大，有m= 这是一种不切实际的解释。因为我们观察到的许多粒子的运动速度实际已接近光速，而质量（能量）也没有发生太大的变化，这本身也是与质能方程相矛盾的。 但是通过上面的分析，我们完全可以相信，实现质能转化（E=mc2）是完全可能的。通过质能转化方程可以看出，能量的大小只与物质的质量有关。从理论上讲，一吨浓缩铀和一吨煤完全转化的能量应该是相同的，但实际上都相差了近105倍，这主要是由于不同的物质结构而造成的转化率的不同，如果能找到一种合适的方式实现物质向能量的完全转化，那么即使是1千克煤（或者是任何物质），其完全转化的能量也将达到9×106焦耳，这是十分惊人的。 实现这种转化，首先要由外界提供1/2mc2的能量给质量为m的物体，再将其转化后得到的mc2的能量提供给质量为2m的物质。如此反复下去，能量就可以按2n倍逐渐递增下去，获得我们所需的高能量，即： 1/2mc2 m mc2 2m 2mc2 4m 4mc2 8m …… 2nmc2 当然，实现这种转化还存在相当的技术障碍。首先要保证最初提供的1/2mc2能量是纯能量态，还要保证提供的能量和产生的能量尽可能地减少损耗避免为外界吸收。如果能够克服这些技术障碍，那么人类的资源将真正是取之不尽的。 世界上没有哪一种物质称作能源，也没有哪一种物质不称作能源，这就是爱因斯坦质能方程的最伟大之处。 六、解析太阳光为什么是平行光 太阳发射出来的光线是十分理想的平行光，这一点早被我们所认识。为什么太阳光是平行光，而我们在生活中得到的光如果不经过聚焦或激光受激等方式处理只能是散射光呢？这是因为光子是由于物质内部的粒子获得足够能量后而形成的以光速传速的光子（能量）。物质内部粒子的无规则运动决定了任何光源发射出来的光子都是无规则的，各个方向都有，当然太阳内部粒子运动也不例外，而我们看到的太阳光为什么不是散射光呢？ 这里还是要讲到力的因素。力是能量的表现形式。万有引力实质上也是能量的表现形式之一，质量只是能量存在形式的另一个指标。两个能量系只要一方处于另一方的引力范围内就会产生力的作用，大到天体，小到光子都是这样的。 当太阳内部光子形成后必然向外辐射运动，然而太阳是一个巨大的能量体，同样会对运动的光子产生极大的引力作用，引力的方向指向太阳的中心质点。由于力的速度等于光子的传播速度，按照前面的叙述可知，只有光子运动的方向和太阳引力的方向在同一条直线上，太阳引力才不能对光子产生作用，这时候光子便可以顺利地逃逸太阳表面发射出来；而其它的光子只要方向不在引力方向上，强大的太阳引力便可对其产生作用，致使其运动方向偏向太阳中心。在太阳强大的引力和宠大的体积下，只有少数的光子能逃逸出太阳表面，其它的光子不得不回到太阳内部重新发生碰撞，直到运动方向与太阳引力方向一致，光子便可以挣脱太阳引力的束缚发射向广袤的宇宙空间。 因为太阳的半径是地球的109倍，地球半径约6.370×106米，太阳与地球之间的距离为1.492×1011米，我们在地球上400多米宽范围的光线只相当于太阳表面的2米范围的光源发射出来的，而2米相对于直径达1.39×109米的太阳来说，其中心夹角之小可想而知，所以地球上得到的太阳光线是十分理想的平行光。 1919年5月29日发生的日全食，观测者们在几内亚湾和巴西同时观看到了太阳背后的恒星，这个现象我们也完全可以用太阳引力导致光线偏离来进行解释，只是由于距离太远，偏离的光线在还没有被太阳完全俘获至其表面时便逃离了出来。狭义相对论用时空弯曲去解释这一现象。但时空弯曲可以解释太阳光为什么是平行光吗？
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