質(zhì)能方程E=mc2的理論證明

張勝持

質(zhì)能方程E=mc2，E表示能量，m代表質(zhì)量，而c則表示光速（常量，c=300000km/s）。由阿爾伯特？愛(ài)因斯坦提出，是愛(ài)因斯坦相對(duì)論中的一個(gè)著名公式。該公式反映了物質(zhì)粒子在結(jié)合或分裂轉(zhuǎn)變前后，能量和質(zhì)量變化數(shù)量的等價(jià)關(guān)系。它是核爆炸的基礎(chǔ)理論，也是原子彈和氫彈的基石。其能量是巨大的，是個(gè)天文數(shù)字。美國(guó)人根據(jù)這個(gè)理論而發(fā)明了原子彈，并在日本進(jìn)行了兩次爆炸，威力巨大，造成了無(wú)數(shù)平民的傷亡，損失慘重。這兩次核爆炸后間接的證明了其理論的正確性。毫無(wú)疑問(wèn)，愛(ài)因斯坦的這個(gè)著名方程是最光彩奪目的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，但同時(shí)也是最令人不安的公式之一。公式中詮釋的力量主要在于c2，即光速（每秒30萬(wàn)公里）的平方。以此為乘數(shù)90000000000，你無(wú)需多少物質(zhì)（微量的钚足矣）產(chǎn)生的能量就能毀滅一座城市。可見(jiàn)一次核爆炸的威力有多大。這個(gè)公式是愛(ài)因斯坦在1905年提出來(lái)的，他首先提出用放射性物質(zhì)來(lái)檢驗(yàn)質(zhì)能關(guān)系。雖然這個(gè)方程發(fā)明有一百多年了，但至今沒(méi)有一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)物理方法來(lái)予以證明它的正確性。因?yàn)橐淮魏吮ㄋa(chǎn)生的能量是很難實(shí)際完全測(cè)量出來(lái)的。核爆炸只能定性證明它的正確性。那還有沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法就可以證明該方程的正確性呢？本人采用量綱運(yùn)算法則對(duì)這個(gè)方程進(jìn)行了簡(jiǎn)單證明，證明這個(gè)方程是正確的。見(jiàn)如下所述：（注意：這里只進(jìn)行量綱運(yùn)算，而不進(jìn)行任何數(shù)字運(yùn)算）

求證：E = mc2量綱為焦耳（這里的m為質(zhì)量）

證明：已知能量的單位為焦耳，質(zhì)量的單位為千克（kg），

焦耳 = 牛頓？米（即N？M，這里的M為米）

根據(jù)牛頓第二力學(xué)定理（F = ma，這里的m為質(zhì)量）的量綱有：

牛頓 = kg？M /s2（這里的M為米），代入后得：

焦耳 = kg？M /s2？M = kg？M2/s2（這里的M為米）

根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能公式并取其量綱有：

E = mc2（這里的m為質(zhì)量）

= kg？（M /s）2 = kg？M2/s2（這里的M為米）

= 焦耳（注意：是量綱相等，并未考慮任何數(shù)字）。 證明完畢。

從以上證明中可以看出，最后得到能量（E）的量綱（即單位）為焦耳，說(shuō)明經(jīng)過(guò)E = mc2的公式運(yùn)算后，得到的結(jié)果數(shù)據(jù)就是能量值。這一點(diǎn)毋庸置疑。現(xiàn)在假設(shè)E = mc2（即n次方），當(dāng)n 2時(shí)（即不等于2），無(wú)論如何其量綱是不可能等于焦耳的，這也可從反面證明這個(gè)公式也是正確的。即只有n = 2時(shí)才是能量計(jì)算公式，其他的都不是。所以E = mc2是完全正確的。考慮將愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程推廣到一般質(zhì)能方程有：

E = kmc2，其中k是一個(gè)純標(biāo)量系數(shù)，此時(shí)E的量綱皆為焦耳。

這是一個(gè)由本人提出的一般通用（廣義）質(zhì)能方程。而愛(ài)因斯坦所提出的質(zhì)能公式只是k = 1時(shí)的特例，那么k還會(huì)不會(huì)等于其他的數(shù)值呢？理論上是完全有可能的，到底有沒(méi)有？本人也不得而知，這個(gè)必須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)物理的測(cè)試才能最后求得。我預(yù)測(cè)理論上是存在這樣的常數(shù)的，這有待專(zhuān)業(yè)專(zhuān)業(yè)物理學(xué)家進(jìn)一步的研究和探討。本人只是提出一個(gè)理論預(yù)測(cè)模型而已。我猜測(cè)：k的取值范圍應(yīng)該是在0～1之間。因?yàn)楣馑偈鞘澜缟献羁斓乃俣龋瑳](méi)有任何其他速度可以超過(guò)光速，因而就是說(shuō)愛(ài)因斯坦的方程所計(jì)算出來(lái)的能量值是最大值，同時(shí)能量不可能為負(fù)值，所以k的取值是在0和1之間。能量的取值范圍：Emax = mc2，Emin = 0 。

結(jié)論：本文利用量綱法則對(duì)爰因施坦智能公式從理論上進(jìn)行了證明，具有一定的科學(xué)意義和理論價(jià)值。量綱正確即可說(shuō)明該方程是正確的，這是公式成立的基本要求，如果量綱不正確，這個(gè)公式是不會(huì)成立的。在文中還加了一個(gè)系數(shù)k很有意義，這就把智能方程推廣到一般情況下也正確，而不僅僅是在核爆炸中才正確，這也許具有劃時(shí)代的意義，或許不同物質(zhì)k值有所不同。