AQA A-Level 物理/粒子与反粒子
爱因斯坦最著名的方程是 。虽然这个方程广为人知,但并不是所有人都真正理解它的含义。要真正理解爱因斯坦工作的意义,我们必须了解一些关于物理学历史的东西。
在爱因斯坦写下他的方程之前,我们对世界的理解主要基于艾萨克·牛顿爵士提出的运动和万有引力理论。[1]这些想法,以及 19 世纪提出的关于热量和光的理论,构成了我们所说的经典物理学。
牛顿的理论是预测行星位置和炮弹轨迹的强大工具。在牛顿的理论中,物体的运动可以用一个对所有人来说都一样的通用参考系来测量,无论他们之间的相对运动如何。此外,时间被认为对所有地方的所有人都以相同的速率流逝。除此之外,能量被认为是从一个物体传递到另一个物体,但任何特定物体的质量与它的运动或它拥有的能量无关。
在爱因斯坦的理论中,物体的质量与其能量密切相关。事实上,质量和能量只是看待同一事物的不同方式。在爱因斯坦的宇宙中,质量可以转化为能量,能量可以转化为质量。我们从一定量的质量中可以获得多少能量,由爱因斯坦著名的公式 给出。
想象一下,像汽车这样的东西是由橡皮泥制成的。现在,当你拥有橡皮泥时,你可以撕下一些小块并用它做其他东西。现在,想象一下,当橡皮泥被做成某样东西时,它会变硬,你得到一个坚固的物体,但当它很软时,很容易把它塑造成其他东西。这有点像你在谈论粒子时能量的工作方式。
基本上,能量和质量是可以互换的,任何有质量的东西都与该质量相关的能量量更大。这打破了牛顿的想法,因为他认为静止的物体没有与之相关的能量。
现在,你可能想知道为什么粒子如此重要。谁在乎一个超级小的东西是否存在并做 x、y 和 z ?嗯,很多人——你也会发现它很重要,因为它描述了一些有趣的事情,因为这件事每秒钟在你周围发生数百万次!
现在,如果你还记得最初的东西是质子、中子和电子,它们构成了大多数原子(除了反氢)的构成。现在,你认为它们是唯一存在的粒子,但不幸的是,还有很多其他类型的粒子更小,并做各种疯狂的事情!在这部分,我们有很多要讲,但这些都是非常简单的事情,如果你记住一个关键规则,你就会没事。
- 这些概念是由人类创造的,也为人类理解。
这些可爱的东西听起来像是直接出自星际迷航,但当你仔细想想的时候,它们并没有那么复杂。它们基本上是普通粒子的反面,具有相似的性质,具有相似的结构,但它们是镜像。
你是否曾经在数学中听说过,如果你做 +1 并将其与 -1 相加?嗯,粒子与反粒子就是这样发生的。现在......你准备好深入研究粒子的细节了吗?这并不难,我保证。