质量和能量的等价（一）
爱因斯坦正确地描述了质量和能量的等价，作为“最重要的相对论的最重要的结果”（爱因斯坦1919），因为这一结果在于现代物理学的核心。 许多评论员观察到，在爱因斯坦的第一次推导出这个着名的结果中，他没有用等式E = MC2表达它。 相反，爱因斯坦的结论是，如果在相对于惯性框架静置的物体，则吸收或发射能量L的量，其惯性质量将相应地增加或减少量L / C2。 在牛顿物理学中，惯性质量被解释为物体的内在属性，该物体的内在属性测量对象抵抗其运动状态变化的程度。 因此，爱因斯坦的结论是，如果物体吸收或发射能量是革命性的和转型性的，则对象的惯性质量会发生变化。 因为作为爱因斯坦的结论是“如果该理论同意事实，则辐射透射发射和吸收体之间的惯性”（爱因斯坦，1905b）。 然而，在牛顿物理学中，惯性不是可以在身体之间传输的那种东西。
在一个世纪之后，在爱因斯坦的首次推导出质量能量等价之后，因为他的着名结果被称为，因为一个人可以选择可以用形式e = m的等式表达它的单位，结果继续接收未突出的经验支持。 此外，随着物理学家沃尔夫冈Rindler所指出的，结果“已被发现在物理学中的许多分支中，从电磁识别到一般相对性”（Rindler 1991，第74页）。 因此，来自Rindler的角度，这是由许多物理学家共享的，大众能源等价“......真正是物理学的新基础原则”（Rindler 1991，第74页）。
围绕爱因斯坦的等式的两个主要哲学问题，这是本入口的重点，涉及我们应该如何理解质量和能量在某种意义上的断言以及我们应该如何了解关于质量兑换成能量的断言（或副有关）。
等式E = MC2可以说是20世纪物理学中最着名的方程。 为了了解爱因斯坦的着名结果是什么，它不是关于，我们从第1节开始，并描述了质量能量等效物物理学。 在第2节中，我们调查了六种不同的，虽然相关的哲学解释质量能量等效。 然后，我们在第3节中讨论了大规模能量等效等阶段的历史及其哲学重要性。 第四节是对爱因斯坦的结果的实证确认的简要和选择性描述，专注于Cockcroft和Walton（1932）首先确认大众能源等价，并通过Rainville等人确认并非常准确，确认。 （2005）。
1.质量能量等效物理学
1.1牛顿物理中的质量，动量和动能审查
1.2相对论的质量和能量：初步和符号
1.3爱因斯坦方程的物理意义
1.4原子理物理中的质量和能量
1.5为什么EO等于MC2？
1.6爱因斯坦的等式和标志性方程
2. EO = MC2的哲学解释
2.1关于EO = MC2的误解
2.2 EO = MC2的相同财产解释
2.3 EO = MC2的不同性质解释
2.3.1邦迪和斯皮京的不同性质，无转换解释
2.3.2 Rindler的不同性质，转换解释
2.3.3 Lange的单权，无转换解释
2.4 EO = MC2的解释以及关于物质性质的假设
2.5 EO = MC2的本体论解释
3.质量能量等效的衍生史
3.1使用Maxwell理论的EO = MC2的推导
3.2 EO = MC2的纯动态推导
4.质量能量等效的实验验证
结论
参考书目
学术工具
其他互联网资源
相关条目
1.质量能量等效物理学
有很多哲学关注已经涉及关于长度和时间的陈述的意义如何在特殊相对论的背景下变化。 例如，我们已经从Stein（1968）中了解到“桌子的长度为2米”的陈述，同时在牛顿物理学的背景下完全有意义，在特殊相对论的背景下最佳的最佳或毫无意义。 然而，相对较少的哲学关注已经支付了特殊的相对论如何为基本物理学中的第三个基本维度的相应变化带来相应的变化：质量。 然而，关于弥撒的断言和物力学中的其他动态概念，它在其集中地，特别是动量和动能的力学中，也具有特殊相对性的含义。
为了说明这些变化，第1.1节审查了牛顿物理学中的质量，动量和动能的概念。 在第1.2节中，我们开始探索了特殊的相对论和能源的概念，并说明我们在所有进一步讨论中使用的符号，这是我们必须明确的一步，因为对群众和能量等同物的讨论历史上使用了不同的符号，这可能导致概念性混淆。 在1.3节中，我们讨论了质量能量等效物的物理意义，因为它适用于对体系的分析（被解释为不可分割的惠摩）和理想化的复合系统的理想版本，而在第1.4节中我们讨论了原子理物理中的质量和能量。 在1.5节中，我们提出了爱因斯坦的着名结果的基本推导，希望我们的读者能够根据特殊的相对论获得“为什么”质量和能量等同。 最后，在1.6节中，我们考虑在等式EO = MC2中编写的质量和能量等同物之间的关系，但概念性地相同，概念性等式E = MC2。
1.1牛顿物理中的质量，动量和动能审查
在牛顿物理学中，典型的物理对象，例如台球，与其有关称为其质量的正，实数，符号M是常用的。 当我们专注于在接触力的作用下进行数学上描述该物体的运动时，例如当一个人试图在碰撞之后预测台球将碰撞时，所讨论的质量也称为惯性质量。 在一个特殊的情况下，其中一个人认为台球如何响应于重力而导致地球落下，衡量标记对引力场的衡量标志称为物体的重力质量。 使用他用不同材料填充木箱并将其悬挂的实验，将它们从弦中悬挂，以构建摆锤，牛顿发现惯性质量和引力质量是成比例的。 物理学家由于定期处理的惯性和引力质量，如同数值相等。
牛顿物理学（甚至引力质量）的惯性质量常规地被解释为物体的内在特性。 物体的惯性质量是身体惯性的量度，即，抵抗任何类型力的作用的抵抗其运动状态的变化的倾向。 由于至少十九世纪末和马赫对牛顿物理学的批评，物理学家们已经贬低了质量作为“物质数量”
如果我们可以利用牛顿力量的概念，牛顿惯性质量概念背后的物理直观。 给定两个身体B1和B2在适当的理想条件下，如果B2的力量需要两倍以获得相同的最终速度作为B1，则B2具有B1的质量的两倍，即，B2具有B1惯性的两倍。 在牛顿物理学中，物体的惯性质量，甚至是其引力质量，只能通过物理地移除物体的一部分或将部分连接到物体来制造更大的整体。
用于描述牛顿物理学中物体运动的两个重要数量是动力和动能。 与群众不同，这些数量中的每一个都可以称之为关系或外在的数量。 尽管所有物理对象具有一些值（或量）的动量和动能，但是这些数量中的每一个的值取决于惯性参考帧相对于哪一个测量这些数量。
Newton称为动量“运动量”，这是一个APT标签，因为非常大致地，它是对象相对于惯性参考帧移动的程度的量度。 我们的口语使用“动量”这个词与这种直觉和其形式的定义与相对于一些惯性参考框架相对于一些惯性参考框架的物质乘以速度的乘积。 如果对象B2具有质量的两倍作为B1，而且具有相对于参考帧的相同速度的移动，B2具有两倍的动力。
然而，速度是指向数量，因为它不仅是对物体移动的速度v，而且编写其方向。 速度正式地由载体V表示，其幅度是对象V的速度，我们有时也调用对象的“速度”，同时允许上下文指示这对于“速度幅度”表示这是椭圆形 因此，动量也是一种定向量，由载体p正式表示。 为了解释泰勒和惠勒（1992，第191页），动量的方向：瞥了一眼，从未像头部的那样损坏。 通过模糊速度，动量的幅度由字母p表示。
最后，在牛顿力学中，相对于参考帧的运动物体也具有动能，或运动能量。 像所有形式的能量一样动能，可以转化为另一种能量。 因此，例如，可以通过使其与软腻子或弹簧的球碰撞来测量移动台球的动能，使球休息并测量由腻子或弹簧吸收的能量。 没有单一的动能标准符号，尽管大多数基本物理教科书使用ke，更先进的书籍往往使用t。
与动量不同，动能不是指向数量。 它是动量，相对于惯性框架的速度V的函数。 物体相对于一些惯性框架的速度越快，它具有的势头和动能越多。 然而，对于不加速的对象，即，即覆盖相等的相等空间的对象，可以始终找到惯性参考帧，其中物体的动量和动能均为零。
遵循格里菲斯的方法，我们可能会说到目前为止，我们只定义了一些数量（Griffiths 1999，第509 Ff。）。 物理学真的在于与这些数量相关的三个相应的保护原则：质量守恒原则，能量保护原理，保护原则（线性）动量。 这些原则包含物理学，因为每一个指出某种数量，质量，能量或动量，都是在所有相互作用中保存的。 因此，例如，如果我们考虑两台台球的碰撞，鉴于台球的初始动作和群众，可以使用动量的守恒来预测，碰撞后它们将如何移动。
1.2相对论的质量和能量：初步和符号
由于赫赫特强调，爱因斯坦从未使用符号“e”和“m”以符号“e”和“m”在着名的等式中归因于他（Hecht 2012）。 虽然部分原因仅仅是爱因斯坦使用不同的能量，质量和光线的速度，讨论了大众能源当量（1905年和1906年），与我们如何理解的更深层次的原因是快速出现的结果。
在他从1907年的特殊相对论的审查文章中，Einstein表明，在其静止框架中测量的惯性框架中测量的惯性帧中测量的能量EO的质量μ处于惯性框架中，它具有一些速度的惯性框架，仿佛被给出通过表达式（爱因斯坦1907b，p.286）：
是=μ+ eo / c2的
在一个脚注中，爱因斯坦解释了他已经在早期纸张（Einstein 1907a，第250页）中采用的公约，使用“下标'o'表示问题的数量是指相对于休息的参考系统物理系统被认为”（爱因斯坦1907b，p.286）。
1907年以后，爱因斯坦的符号结晶使1921年在他的普林斯顿讲座中，爱因斯坦通过写作表示了他的着名结果（爱因斯坦1922，第46页）：
eo = mc2
我们在下一节中的主要任务是解释方程式EO = MC2的物理意义，我们将希望“爱因斯坦的等式”称为“爱因斯坦的等式”，以及其与其标志性变种的关系，而没有下标“o”在字母“e”旁边。
然而，在进一步下进一步注意到，在爱因斯坦的公式EO = MC2中，符号M是在惯性框架中测量的物体的质量，其中该物体处于静止状态。 物理学家还称这种质量为物体的“休息质量”。 物体的静止质量是等于其牛顿惯性质量的数量，但可以说是符号m（或相应的术语“质量”）在牛顿和相对论物理学中具有不同的含义（参见，例如，Kuhn 1962，p。101 ff。和托特蒂1990，p。65 ff。）。
此外，有概念性原因为什么爱因斯坦和许多当代物理学家在表示休息质量时不会向m添加下标“o”。 例如，泰勒和轮车争辩说“休息质量”这句话就会引发读者的潜在混乱：当物体移动时，剩下的质量会发生什么？ 答案：没有（泰勒和惠勒1992，第251页）。 物体的静止质量是特殊相对性的不变数量; 它对所有惯性观察者具有相同的价值。 泰勒和惠普：“在现实质量是质量”（泰勒和惠勒1992，第251页）。 从他们的角度来看，现在在物理教科书和文章中是非常标准的，没有必要以“休息”为“质量”术语，因为在特殊的相对论中没有其他值得谈论的质量（参见1.6节）。
从此，我们将采用已接受的公约，尽管在使用以下符号与其含义中使用以下符号（见表1）：
象征意义
e除非另有说明，否则物理系统的总能量
eo。物理系统的其余能量或在物体的静止框架中测量的能量（通常由物体发射或吸收的能量）
米物理系统的质量（即，休息质量）
表1.本条目中使用的符号
我们将首先专注于特殊相对性的理想点粒子的机制。 无论它们所代表的宏观对象如何，我们都应治疗这种颗粒，并通过将相应的物理物体延伸，作为未分析的惠摩。 然后，我们将分别讨论由这种颗粒组成的“复合系统”或系统。 物理学家使用复合系统来近似物体对象，当他们有兴趣检查这些物体的“内部工作”，例如当它们将气体视为理想化颗粒的集合时。
1.3爱因斯坦方程的物理意义
在Geroch之后，我们可以通过考虑一个非常简单的物理系统来开始解释爱因斯坦的等式EO = MC2的物理意义。 想象一下，正如Geroch所建议的那样，被加热的砖或电池被充电（Geroch 2005，第198页）。 假设我们考虑这些对象在其休息的惯性参考框架中。 随着砖被加热，或者电池充电，它在其静止框架中测量时吸收一定量的能量EO。 爱因斯坦的方程告诉我们，在吸收它之后，砖块或电池的质量通过EO / C2的量增加了一定量的能量EO。 热砖或带电电池的质量的值大于吸收能量之前的电池。 因此，例如，移动充电电池的力量只需要一点，而不是移动不带电的电池。 多少是“有点”？
Geroch有一个聪明的方式来回答这个问题。 假设我们使用能源EO的量，如在电池的静止框架中测量的，以加速电池（代替充电），使其最终达到670英里/小时的最终速度。 由于670英里/小时似乎类似于速度快速移动，至少通过人类旅行的非相对论标准，人们可能认为一个人正在使用相当多的能量来加速电池到这种速度。 现在假设它而不是使用能源EO来加速电池，我们使用相同数量的能量EO来对电池充电。 带电电池质量的增加是EO / C2，但由于光的速度是如此大，大约670万英里/小时，“电池的质量将增加大约1百万（即，按分数10-12 ...）”（Geroch 2005，p。199）。
这些例子中的能量吸收没有什么独特的。 当电池失去能量时，通过为设备供电，或者砖发射热能，因为它冷却，其质量减小。 因此，想象一个适当理想的封闭系统，其中两个物体B1和B2处于相对休息状态。 如果B1辐射能量EO和B2的量，则充分吸收相同的能量量，B1的质量通过EO / C2减少，而B2的质量增加相同的量。 B1和B2群众的这种物理变化是特殊相对性的新预测。 对于在牛顿物理学中，身体的惯性质量与其辐射或吸收的能量之间没有任何关系。 这就是为什么爱因斯坦被导致得出结论，“如果该理论同意事实，则辐射透射发射体和吸收体之间的惯性”（爱因斯坦1905b）。 如果经验证据支持特殊的相对性，则物体的惯性质量可以改变，而不是因为我们已经切断了一块物体或更多的东西，而是因为物体具有辐射或吸收能量。 对于专门在牛顿传统训练的物理学家和哲学家来说，这一结果似乎也许是非凡但肯定的革命性。
到目前为止，我们一直专注于Baierlein（2007）等物理学家称之为大众能源当量的增量版本，因为我们已经专注于在身体EO的休息能量的变化和群众变化之间的特殊相对性之间的严格相关性和群众的变化米 然而，爱因斯坦还强调了他方程的两个巧妙的不同“读数”。 首先，早在1906年，爱因斯坦认为，当一个人考虑有电磁过程的物理系统时，例如从自由浮箱的内壁发出的“复杂”，并且由相对壁吸收，可以避免与力学规律的根本冲突“如果将惯性质量E / v2归档到任何能量E”（爱因斯坦1906，p.206.注意，V表示光速。另见Taylor和Wheeler 1992，p。254，有关此示例的详细讨论）。 这种洞察力，有时表达了谈论“能源惯性”是一般相对性发展的重要一步，因为该理论使用等价原则，这大致大致惯性质量和引力质量是直接成比例的，作为一个基本原则。
在物理学家在其右转，例如电磁场等能量携带的领域，作为自己的权利，与“能源惯性”的原则相结合，使爱因斯坦的洞察力敏感。 因此，例如，爱因斯坦在1907年要求表明“封闭在腔中的辐射不仅具有惯性而且体重而且体重”（爱因斯坦1907b，p.288）。 一种更具现代和相当普遍的方式制造同样的观点是说具有完美反射填充有光的壁的镜子盒（为方便地在这里被电磁场中的能量缠扰）被重力吸引到大于的量盒子本身的其余质量m。 具体而言，如果盒子中的光的能量是EL，则重力作用在盒子上，不像盒子的质量m一样，但如果盒子具有质量m + el / c2。 虽然差异是数值微小的，但严格地用一侧上的空镜框的平衡，另一侧填充有灯的相同镜框不是水平。
相反，爱因斯坦还强调在另一个方向上阅读着着名的等式，就像它一样。 例如，在1907年的审查文章中，他说：“关于惯性，质量μ等于幅度μC2的能量含量”（爱因斯坦1907b，p.287）。 爱因斯坦使用了“能量内容”（从原来的德国“Energieinhalt”翻译）来传达一个新的特殊相对论的概念：物理物体在其内容中包含，至少原则上可以转变为其他形式的能量，例如动能（因为我们现在只知道太好了）。 因为当我们将物体视为整体对象时，这种休息能量包含在身体的边界内，所以物理学家（如Rindler）也称为“内部能量”（Rindler 1991，第71页）。
随着rindler的表明，它不是一个闲散或幼稚的问题：所有这些“内部能量”在哪里居住（Rindler 1991，第75页）？ Rindler对这个问题的答案假设我们希望将身体一直分析到其解压组件。 他解释说：
这种能量的一部分非常小的部分位于构成颗粒的分子的热运动中，并且可以作为热量给出; 一部分位于分子间和外部凝聚力，其中一些可以在化学爆炸中放弃; 另一部分可以居住在激发原子中并以辐射形式逃逸; 更重要的是核对核键，有时也可以自由地设置，如原子弹。 但到迄今为止，能量的最大部分（约99％）仅在极限粒子的质量中存在，并且不能进一步解释。 尽管如此，它也可以在合适的条件下解放，例如，当物质和反物质互相湮灭时（Rindler 1991，第75页）。
然而，当开发宏观物体的理论描述时，通过将亚孔量子物体作为基本成分视为rindler来构建该描述，本说明书很少实际上。
