爱因斯坦的质能方程如何理解，爱因斯坦质能方程的理解

星际战争开始时，光粒子和双向箔片被视为只不过是常规武器，而最可怕的终极手段就是对敌人造成改变物理定律的攻击！通过篡改对手宇宙的物理参数，可以让整个科学体系崩溃，达到一击必杀的效果。

星际战争图

2018 年11 月16 日，地球。直到今天，只有普通人类才能徒手完成上述改变终极法则的攻击，引起人类科学界的极度混乱。

当然，我写的是科普，不是科幻小说。怎么回事？我们喝点水慢慢聊吧。

决定科学世界的七个基本物理量在我们的日常生活中，我们不得不接触各种各样的物理量，无论我们是否知道它们在物理学中的名称。例如，长度（距离）、质量、时间、温度、力、能量、功率等。

物理量有成百上千个，每个物理量都有多个单位，但每个物理量的每个单位都必须精确定义，才能更好地测量和计算。

物理量的概念

可以说，科学世界的建立离不开物理量和单位的定义。大约100年前，世界各地的科学家意识到这个问题的重要性，并共同开发了一种称为国际单位制的测量系统，以准确地指定每个物理量及其单位。

国际单位制最重要的成就之一是建立了七个基本物理量、它们的“主要单位”以及这七个主要单位的标准定义。所有其他物理量都可以通过这七个基本物理量来计算。获得。简单地说，现代科学的逻辑自洽和数学基础都来自这里。

基本物理量的七个主要单位

这七个基本物理量及其主要单位是：时间单位秒（s）、长度单位米（m）、质量单位千克（kg）、电流强度单位安培（A）、热力学温度单位开尔文（K）、物质的量的单位是摩尔（mol），发光强度的单位是坎德拉（cd）。

1公斤—— 1升冰水定义的历史最初定义这些物理量的单位大小时，所使用的方法简单、粗暴，甚至漏洞百出。

由于篇幅所限，我以质量单位——千克——为例，讲述人类科学进步的曲折历史。

“1公斤”的原始单位名称是“grave”，而不是“kg”，这个词的发音来自法语。这个术语可以追溯到拉丁语，指的是重力。

1793年，当时的物理学家将国际质量基本单位定义为：当冰融化时（0摄氏度），1立方分米水的质量——，就是当前1升冰水的质量。今年夏天想到这个概念，我不禁感到一丝凉意。

水立方

尽管每个人都乐意使用质量的定义，但“坟墓”这个词有其曲折。很快人们就发现这个单位太大了，所以他们一致同意将其改为“克”——“坟墓”的1/1000。然而，同一群人很快意识到“1克”太小了。他们决定回到“坟墓”。但是，我们无法继续使用原来的名称，因此我们不得不将“Kilogram”重命名为—— Kilogram —— “Kilogram”。

这就是为什么公斤是唯一有前缀的国际主要单位。

从一升水到一块金属1799年，千克被重新定义为1升水在4摄氏度下的质量。 —— 最大密度时水的质量。尽管水在日常生活中随处可见，但很明显，水本身并不是用作质量标准的最合理的物质，因为它难以储存并且容易蒸发。

于是有人制造了一个纯铂金圆筒，其质量由水定义为1公斤，这个铂金圆筒被命名为——“Kilogram of the Archive”——公斤档案。

1公斤体重图

这一事件具有革命性的意义，从此“1公斤”这个词与一定体积的水的质量无关。

大约90 年后，即1889 年，人们用铂铱合金制成了圆锥体，以取代之前的公斤圆锥体。这种新的圆锥体虽然比以前的更硬，但本质上与原来的一样，是人类科学史上定义的“一公斤”，正式称为“国际公斤原型”。

国际公斤原型机

一百多年前的那一天，人类历史上第一次真正解决了“公斤”的定义。当同学问你“1公斤是多少？”时，你可以拿出这个圆锥体，自豪地说，这是整个宇宙中唯一质量为1公斤的物质。因为有1公里。

——我就是我，你不觉得这是一种不一样的烟花吗？

简单来说，“千克”也是特定物质唯一定义的国际标准单位。

国际原型公斤“1公斤”的定义与混淆自诞生以来，科学家们就将这公斤放在三个钟罩下保存。它的周围有六公斤“姐妹公斤”。这七个“1公斤”从技术上讲是一个。由于温控保险箱需要三把钥匙分别握在手中，因此保险箱被存放在巴黎郊外国际计量局的地下室。

巴黎

所以，如果外星人真的想攻击地球，只需要派一个普通的吃瓜群众绕过安全防御，进入地下室，打开保险箱，直接篡改国际公斤级原型机——就可以了。物理量的单位叫“1公斤”！他实际上是要改变人类所依赖的公斤的定义。这非常简单和直接。

此时世界会立即发生什么变化？我很好奇为什么没有《速度与激情》或《碟中谍》系列将这个充满想象力的动作写入剧情。这显然是不科学的。 —— 现实中，现实没有那么夸张，或者说导游的科学想象力没有那么开阔。

我们真的能安心吗？现实并不那么乐观。

在创建原件时，我创建了40 个相同的副本。尽管这些复制品与原件并不完全相同，但复制品的质量与原件非常相似，人们注意到了它们的偏差。这些副本被发送到世界各地并作为公斤的标准。

国际公斤原型机

1948年，各种“基洛斯”重新团结起来。当人们重新测量这些“公斤原型”的质量时，一个严重的问题出现了。

尽管所有气瓶均由相同的合金制成，并且储存条件相似，但质量差异更大。 “国际千克原型机”的质量与其在相同条件下储存的六个“姊妹圆柱体”的质量不匹配。其他40份之间的质量差异更大，其中最大的差异达到——份50毫克，相当于指纹的质量。

我们可以推断，一定有一些变化改变了圆柱体的质量。科学家们仍然不知道真正的原因是什么。我们唯一可以确定的是，由地球上最稳定的铂铱合金——制成的圆柱体的质量不是静态的。

这是非常糟糕的，而且至少比学生们想象的要严重得多。

没有人偷偷闯入和篡改原始设备，但原始设备本身正在发生变化。我们不知道为什么。

科技锁

地球科学界不能接受不断变化的单位。同时，你应该知道，问题不仅仅是质量单位的问题，而是七个国际标准单位中有四个取决于“一公斤”的质量。它们是摩尔、安培、坎德拉，更不用说诸如牛顿、焦耳、伏特、瓦特等单位，这些单位取决于导数。即使基本单位都在变化，人体实验数据如何保持准确和一致？

其他国家和地区的人类会免受这种定义混乱的可怕后果吗？缅甸和美国使用的主要质量单位是—— 磅。 —— “1 pound”没有标准原型，因为“pound”不与特定对象关联。然而，一磅的定义恰好是0.45359237千克。 “一公斤”是盲目的，“一磅”是无法逃脱的。

人类的科学之路会不会因为这种“物质”的不确定性而被彻底封闭？

量子理论和相对论将拯救科学界。学生们总是对量子力学和相对论的实际应用感到好奇，尤其是爱因斯坦的——相对论发现。

这里我给出明确的答案：—— 伟大的爱因斯坦从某个角度来说正是用量子论和相对论拯救了物理学。

是的，又是我，爱因斯坦。

操作其实很简单，只需要把body的定义从具体的对象层面分离出来，换成物理意义上的常量即可。

质量单位为千克（kg），对应普朗克常数为6.62607015 x 10^-34 J·s（焦耳秒）时的质量单位。

爱因斯坦指出，光子的能量仅与其频率（等于h）有关。其中v 是光子频率，h 是普朗克常数。因此，普朗克常数的单位是“焦耳秒”，即kg*m^2/s。我们可以指定普朗克常数正好等于6.6260701510^-34J·s，同时利用重新定义的m和s得到kg的精确定义。

板

米是长度单位，它的基础是19世纪末麦克斯韦的电磁理论和光速恒定性，这是爱因斯坦狭义相对论的基础。使用以下公式给出长度的更精确定义：光速为常数：“一米是真空中光程长度的1/299792458 秒的时间间隔。”

时间单位是秒。量子理论的发展使人们认识到量子化能级的存在。物质能量状态的转变会发射特定频率的光子。 “秒”有一个精确的定义：“铯133原子的基态。两个超精细能级之间跃迁的辐射周期持续时间为9192631770次”。

“米”是通过定义真空中的光速来定义的，“千克”是通过定义普朗克常数来定义的。

这是对本质的科学定义，是根据自然规律的定义。我们的物理量终于可以脱离物质层面，站在自然规律的层面上。

这是所有学生都应该感到自豪的事情。

结论在读完本文之前，同学们可能已经意识到还有一个问题值得思考。即—— 秒，这是主要的时间单位。

时间的主要单位是—— 秒，但直到今天仍然没有办法用基本物理定律或常数来定义它。根据广义相对论，时间的流逝受到引力场的影响，空间和时间都会发生变化。时间的节奏是不确定的，目前我们根据铯原子钟振荡周期的时间来测量等距时间，但依赖于这种周期性运动的时间定义确实没有揭示时间的本质。

时间的本质是什么？

那么时间的本质是什么？这仍然是一个没有明确答案的问题。

同学们，你们认为时间是真实的吗？它的本质是什么？欢迎留言讨论。

我是一名猫老师，只写人们会阅读并感到高兴的科普。你值得关注。