正确理解“质能方程”

赵永诚

〔关键词〕 质能方程；理解；守恒

〔中图分类号〕 G633.7

〔文献标识码〕 Ｃ

〔文章编号〕 1004—0463（2009）

07（Ａ）—0043—０1

在校本研究活动中，有些教师认为，爱因斯坦提出的质能方程是原子物理学中的一个重点，也是高考中的一个热点。但由于教材对质能方程的介绍并不多，当其用经典理论来理解质能方程时，出现了这样的结果：在核反应中有质量亏损，物质消灭；有核能释放，能量增加；在此过程中质量变成能量，质量、能量均不守恒等。其实，这些论点是完全站不住脚的。

要理解质能方程，首先要搞清质量亏损的含义，教材对质量亏损的定义是：组成原子核的核子的质量与原子核的质量之差叫做核的质量亏损。

对于质能方程的理解，还需要了解质量和能量之间到底存在何种关系，相当一部分同学把质能方程理解为质量与能量转化的关系式，即质量每减少（或增加）△m，就转化为能量E，即增加（或减少）△mc2的能量。事实上，爱因斯坦的质能方程并不表示质量和能量之间的转变关系。对质量亏损，切忌不能误解为这部分质量转变成了能量。质能方程的本质是：

第一，质量或能量是物质的属性之一。质量可以通过物体的惯性和万有引力现象显现出来，能量则通过物质系统状态变化时对外做功、传递热量等形式显现出来。质能关系式揭示了质量和能量是不可分割的，这个公式建立了这两个属性在量值上的关系，它表示具有一定质量的物体也必具有和这质量相当的能量。自从质能关系发现以后，有些物理学家错误地解释了这个公式的本质。他们把物质和质量混为一谈，把能量和物质分开，从而认为质量会转变为能量，也就表示物质会变成能量。结果是物质消灭了，留下来的是转化的能量。其实，这些论点是完全站不住脚的。所以决不能把物质和它们的某一属性（质量和能量）等同起来。

第二，质能方程揭示了质量和能量的不可分割性。质能方程建立了这两个属性在数值上的关系，在一切过程中，这两个量是分别守恒的，能量转化和守恒定律是一条普遍规律，质量守恒定律也是一条普遍规律，并没有发生什么能量向质量转变或质量向能量转变的情况。在核反应中，质量亏损并不是这部分质量消失或质量转变成能量。事实上，根据爱因斯坦狭义相对论所建立的质量观，物体的质量应包括静止质量和运动质量，质量亏损是静止质量的减少，减少的静止质量转化为和辐射能量相联系的运动质量，辐射出的能量以光子的形式释放，光子的静止质量虽然为零，但它却有运动质量，而且这个运动质量刚好等于核反应中的质量亏损，所以质量守恒是成立的。当发生轻核聚变或重核裂变时，核的总质量会减少（即质量亏损），同时释放一部分核能。这些释放的核能来自核子间的结合能，是物质运动形式转化的体现，而不是由亏损部分的质量转化过来的。故此过程中能量是守恒的。