后稳定地趋于光速

·60·

围。如果像上面那样也画出速度-时间图，则在恒定外力作用

下物体速度随时间的变化，应当有图（

6-3）那种形式。开始

的加速度和牛顿力学计算的相同，然后加速度逐渐变小，最后

速度稳定地趋于

c。

如果我们把惯­性­质量定义为外力与加速度的比例常数，

即

m=f。

那么，在相对论力学中，惯­性­质量并不是常数，而是一个决定

于速度的量。速度越大，惯­性­质量也越大。当速度趋于光速时，

惯­性­质量趋向无限。只有当速度近于零时，惯­性­质量才同牛

顿力学中相同。在狭义相对论中，这个定量的关系是

m=

22

1.v/c

其中

v是物体的运动速度，m0是物体静止时的质量。图

6-4

图

6-4 质量随速度变大而增大

中画出了惯­性­质量与速度的关系。可见，当

v. c时，m随

着

v有很明显的变化。

·61·

懒惰＝活泼——新时代的一块奠基石

懒惰＝活泼——新时代的一块奠基石

在牛顿力学中，我们知道，如果有一个力

f对一个物体作

用，那么，一般地说，这个力要对物体作功。功转变成物体的

动能。作用时间越长。物体走的距离越长，作功就越大，物体

速度也就越大，即表示物体的动能越高。

可是，按照狭义相对论，当

f对物体作用时，最后并不增

加物体的速度（因加速度趋于零），那么力

f作的功转变成什

么能量了呢？

由前面的讨论，当

v接近

c时，v的变化是很小的（图

6-3），但是当

v接近于

c时，m的变化很显著（图

6-4）。也就

是说，当

v接近

c时，外力

f的作用虽然不再使

v有明显变

化，但是却会使物体的惯­性­质量

m有所增加，作用时间越长，

走的距离越远，

m就越大（因

m无上限）。所以，这个物体的能

量的增加是和它的惯­性­质量

m的增加相联系的。也就是说，惯

­性­质量的大小应当标志着能量的大小。这是狭义相对论的又

一个极其重要的推论。

1905年爱因斯坦的第一篇狭义相对论论文发表后三个

月，他又专门写了一篇不到两千字的论文来讨论惯­性­质量与

能量的关系。文章的题目很别致，如果不用标准的物理术语

来解释，那就是：《一个物体的懒惰­性­与它所包含的活泼­性­有

关系吗？》。因为，在德文里懒惰与惯­性­是同一个字，能量与活

·62·

泼­性­也是同一个字。

泼­性­也是同一个字。

式

E＝mc2，

其中

E是物体的能量（活力），m是物体的质量（惯­性­），c是光

速。它说明，一个物体，只要它的能量增加，它的质量也就成

比例地增加。

在牛顿力学中，惯­性­与活力之间，或者质量和能量之间，

是相互独立的，没有关系的。在相对论力学中，能量和质量只

是物体的统一力学­性­质的两个不同方面。在表面上完全不同

的事物之间，寻找它们内在的联系，这是自然科学的一个永恒

的主题。

由上述公式我们可以看到，即使当物体静止时，它的能量

E也不等于零，而是等于

E静＝m0c2。这个能量称为静能。

在牛顿力学中，只认识到动能，势能等形式的能量。而不知道

还有静能形式的能量。静能是通过相对论时空观的发展才被

发现的一种能量的形态。

静能的数量是极大的。物体的静能一般要比它的化学能

大亿倍以上。只要我们能开发出这种潜在于静止物体中的活

力，能量的源泉可以说是取之不尽的。随着原子核物理学的

发展，今天我们已经知道了一些开发静能的途径。例如，核反

应堆就是一种。目前各国正在加紧研究的受控热核反应，也

是一条开发静能的有希望的途径。

·63·

我们可回顾一下已经走过的路了。从同时是相对的还是

绝对的这种最学院气的问题，直到受控热核反应这种技术­性­

的问题。它们之间通过狭义相对论而紧密地联系在一起了。

如果说世界上有哪一条真理能把那样多的哲学沉思、物理洞

察和技术应用全都融汇于一身，充分显示出人类智慧的巨大

潜在能力，那么，到目前为止，

E＝mc2可能就是最好的一个

了。

·64·

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