質能方程E=mc2的理論證明

張勝持

質能方程E=mc2，E表示能量，m代表質量，而c則表示光速（常量，c=300000km/s）。由阿爾伯特？愛因斯坦提出，是愛因斯坦相對論中的一個著名公式。該公式反映了物質粒子在結合或分裂轉變前后，能量和質量變化數量的等價關系。它是核爆炸的基礎理論，也是原子彈和氫彈的基石。其能量是巨大的，是個天文數字。美國人根據這個理論而發明了原子彈，并在日本進行了兩次爆炸，威力巨大，造成了無數平民的傷亡，損失慘重。這兩次核爆炸后間接的證明了其理論的正確性。毫無疑問，愛因斯坦的這個著名方程是最光彩奪目的科學發現之一，但同時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30萬公里）的平方。以此為乘數90000000000，你無需多少物質（微量的钚足矣）產生的能量就能毀滅一座城市。可見一次核爆炸的威力有多大。這個公式是愛因斯坦在1905年提出來的，他首先提出用放射性物質來檢驗質能關系。雖然這個方程發明有一百多年了，但至今沒有一個很好的實驗物理方法來予以證明它的正確性。因為一次核爆炸所產生的能量是很難實際完全測量出來的。核爆炸只能定性證明它的正確性。那還有沒有一個簡單的辦法就可以證明該方程的正確性呢？本人采用量綱運算法則對這個方程進行了簡單證明，證明這個方程是正確的。見如下所述：（注意：這里只進行量綱運算，而不進行任何數字運算）

求證：E = mc2量綱為焦耳（這里的m為質量）

證明：已知能量的單位為焦耳，質量的單位為千克（kg），

焦耳 = 牛頓？米（即N？M，這里的M為米）

根據牛頓第二力學定理（F = ma，這里的m為質量）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）

根據愛因斯坦的質能公式并取其量綱有：

E = mc2（這里的m為質量）

= 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，說明經過E = mc2的公式運算后，得到的結果數據就是能量值。這一點毋庸置疑。現在假設E = mc2（即n次方），當n 2時（即不等于2），無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公式也是正確的。即只有n = 2時才是能量計算公式，其他的都不是。所以E = mc2是完全正確的。考慮將愛因斯坦的質能方程推廣到一般質能方程有：

E = kmc2，其中k是一個純標量系數，此時E的量綱皆為焦耳。

這是一個由本人提出的一般通用（廣義）質能方程。而愛因斯坦所提出的質能公式只是k = 1時的特例，那么k還會不會等于其他的數值呢？理論上是完全有可能的，到底有沒有？本人也不得而知，這個必須經過實驗物理的測試才能最后求得。我預測理論上是存在這樣的常數的，這有待專業專業物理學家進一步的研究和探討。本人只是提出一個理論預測模型而已。我猜測：k的取值范圍應該是在0～1之間。因為光速是世界上最快的速度，沒有任何其他速度可以超過光速，因而就是說愛因斯坦的方程所計算出來的能量值是最大值，同時能量不可能為負值，所以k的取值是在0和1之間。能量的取值范圍：Emax = mc2，Emin = 0 。

結論：本文利用量綱法則對爰因施坦智能公式從理論上進行了證明，具有一定的科學意義和理論價值。量綱正確即可說明該方程是正確的，這是公式成立的基本要求，如果量綱不正確，這個公式是不會成立的。在文中還加了一個系數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，這也許具有劃時代的意義，或許不同物質k值有所不同。