正確理解“質能方程”

趙永誠

〔關鍵詞〕 質能方程；理解；守恒

〔中圖分類號〕 G633.7

〔文獻標識碼〕 Ｃ

〔文章編號〕 1004—0463（2009）

07（Ａ）—0043—０1

在校本研究活動中，有些教師認為，愛因斯坦提出的質能方程是原子物理學中的一個重點，也是高考中的一個熱點。但由于教材對質能方程的介紹并不多，當其用經典理論來理解質能方程時，出現了這樣的結果：在核反應中有質量虧損，物質消滅；有核能釋放，能量增加；在此過程中質量變成能量，質量、能量均不守恒等。其實，這些論點是完全站不住腳的。

要理解質能方程，首先要搞清質量虧損的含義，教材對質量虧損的定義是：組成原子核的核子的質量與原子核的質量之差叫做核的質量虧損。

對于質能方程的理解，還需要了解質量和能量之間到底存在何種關系，相當一部分同學把質能方程理解為質量與能量轉化的關系式，即質量每減少（或增加）△m，就轉化為能量E，即增加（或減少）△mc2的能量。事實上，愛因斯坦的質能方程并不表示質量和能量之間的轉變關系。對質量虧損，切忌不能誤解為這部分質量轉變成了能量。質能方程的本質是：

第一，質量或能量是物質的屬性之一。質量可以通過物體的慣性和萬有引力現象顯現出來，能量則通過物質系統狀態變化時對外做功、傳遞熱量等形式顯現出來。質能關系式揭示了質量和能量是不可分割的，這個公式建立了這兩個屬性在量值上的關系，它表示具有一定質量的物體也必具有和這質量相當的能量。自從質能關系發現以后，有些物理學家錯誤地解釋了這個公式的本質。他們把物質和質量混為一談，把能量和物質分開，從而認為質量會轉變為能量，也就表示物質會變成能量。結果是物質消滅了，留下來的是轉化的能量。其實，這些論點是完全站不住腳的。所以決不能把物質和它們的某一屬性（質量和能量）等同起來。

第二，質能方程揭示了質量和能量的不可分割性。質能方程建立了這兩個屬性在數值上的關系，在一切過程中，這兩個量是分別守恒的，能量轉化和守恒定律是一條普遍規律，質量守恒定律也是一條普遍規律，并沒有發生什么能量向質量轉變或質量向能量轉變的情況。在核反應中，質量虧損并不是這部分質量消失或質量轉變成能量。事實上，根據愛因斯坦狹義相對論所建立的質量觀，物體的質量應包括靜止質量和運動質量，質量虧損是靜止質量的減少，減少的靜止質量轉化為和輻射能量相聯系的運動質量，輻射出的能量以光子的形式釋放，光子的靜止質量雖然為零，但它卻有運動質量，而且這個運動質量剛好等于核反應中的質量虧損，所以質量守恒是成立的。當發生輕核聚變或重核裂變時，核的總質量會減少（即質量虧損），同時釋放一部分核能。這些釋放的核能來自核子間的結合能，是物質運動形式轉化的體現，而不是由虧損部分的質量轉化過來的。故此過程中能量是守恒的。