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第173章 双曲面舒展成平面

月净威,哈佛大学科学家,道:“欧氏几何。是把认识停留在平面上了,所研究的范围是绝对的平的问题,认为人生活在一个绝对平的世界里。因此在平面里,画出的三角形三条边都是直的。两点之间的距离,也是直的。但是假如我们生活的空间,是一个双曲面,(不是双曲线),这个双曲面,我们可以把它想象成一口平滑的锅或太阳罩,我们就在这个双曲面里画三角形,这个三角形的三边的任何点,都绝对不能离开双曲面,我们将发现这个三角形的三边无论怎么画,都不会是直线,那么这样的三角形,就是罗氏三角形,经过论证发现,任何罗氏三角形的内角和都永远小于180度,无论怎么画,都不能超出180度,但是当把这个双曲面,渐渐展开时,一直舒展成绝对平的面,这时罗氏三角形,就变成了欧氏三角形,也就是我们在初中学的平面几何,其内角和自然是180度。在平面上,两点间的最短距离是线段,但是在双曲面上,两点间的最短距离则是曲线,因为平面上的最短距离在平面上,那么曲面上的最短距离,也只能在曲面上,而不能跑到曲面外抻直,故这个最短距离只能是曲线。若我们把双曲面舒展成平面以后,再继续朝平面的另一个方向变,则变成了椭圆面或圆面,这个时候,如果我们在这个椭圆面上画三角形,将发现,无论怎么画,这个三角形的内角和都大于180度,两点间的最短距离,依然是曲线,这个几何,就是黎曼几何。这个几何,在物理上非常有用,因为光在空间上,就是沿着曲线跑的,并非是直线,我们生活在地球上,因此我们的空间,也是曲面,而不是平面,但为了生活方便,都不做严格规定,都近似地当成了平面。”

“所以宇宙的时空,必然存在这些重要的方程,关于曲线和平面的方程。因为,你说的时空,他表面上……看似是如此,但是实际上并非如此……”燕莎科学家,说到非常关键性的一点啊!

精星灵,曰:“质能方程(质能方程式)。爱因斯坦著名的质能方程式E=mc2,E表示能量,m代表质量,而c则表示光速常量。或许,这些都说……时空的某些因素,有关系。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“外文名mass-energy equation。”

精星灵,曰:“公式E=mc^2。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“别称,质能转换公式、质能等价。”

精星灵,曰:“方程式。难道也和那些时空曲面……也有,关系吗?”

月净威,哈佛大学科学家,道:“其中,E是能量,单位是焦耳(J)。M是质量,单位是千克(Kg)。C在数值上,等于光速的数值大小。即,物体的静止能量和动能之和。上式中的Δm通常为物体静止质量的变化,即质量亏损。ΔE为物体静止能量的变化。实际上,这种表达形式,是表达形式1的微分形式……这种表达形式,最常用,也是学生最容易,产生误解的表达形式。”

精星灵,曰:“含义。该公式表明物体,相对于一个参照系静止时仍然有能量,这是违反牛顿系统的,因为在牛顿系统中,静止物体是没有能量的。这就是为什么物体的质量,被称为静止质量。公式中的E可以看成,是物体总能量,它与物体总质量(该质量包括静止质量和运动所带来的质量)成正比,只有当物体静止时,它才与物体的(静止)质量(牛顿系统中的'质量')成正比。这也表明物体的总质量和静止质量不同。反过来讲,一束光子在真空中传播,其静止质量是0,但由于它们有运动能量,因此它们也有质量。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“术语的不同。这个问题,也是一个非常重要的问题。”

精星灵,曰:“注意:有些术语使用中,质量单指静止质量,因为总质量和能量是等价的概念。若指代静止质量,则公式应改写为。”

月净威,哈佛大学科学家,道:“推导。首先要认可狭义相对论的两个假设:1、任一光源所发之球状光在一切惯性参照系中的速度都各向同性总为c。 2、所有惯性参考系内的物理定律都是相同的。如果你的行走速度是v,你在一辆以速度u行驶的公车上,那么当你与车同向走时,你对地的速度为u+v,反向时为u-v,你在车上过了1分钟,别人在地上也过了1分钟——这就是我们脑袋里的常识。也是物理学中著名的伽利略变换,整个经典力学的支柱。该理论认为空间是独立的,与在其中运动的各种物体无关,而时间是均匀流逝的,线性的,在任何观察者来看都是相同的。而以上这个变换恰恰与狭义相对论的假设相矛盾。事实上,在爱因斯坦提出狭义相对论之前,人们就观察到许多与常识不符的现象。物理学家洛伦兹为了修正将要倾倒的经典物理学大厦,提出了洛伦兹变换,但他并不能解释这种现象为何发生,只是根据当时的观察事实写出的经验公式——洛伦兹变换——而它却可以通过相对论的纯理论推导出来。然后根据这个公式又可以推导出质速关系,也就是时间会随速度增加而变慢,质量变大,长度减小。一个物体的实际质量为其静止质量与其通过运动多出来的质量之和。当质点的速度v增大时,其质量m和动能Ek都在增加,质量的增量dm和动能的增量之间始终保持,所示的量值上的正比关系。相对论中的动能表达式。爱因斯坦在这里引入了,经典力学中从未有过的独特见解。公式,运动时物体质量增大,同时运动时将会有动能,质量与动能,均随速度增大而增大。”

精星灵,曰:“物体静止时的能量,而总能量=静止能量+动能。重要的是,要注意实际的静质量到能量的转换,不大可能是,百分之百有效的。一个理论上,完美的转化是物质和反物质的湮灭;对于多数情况,有很多带静质量的副产品而不是能量,因而只有少量的静质量真正被转换。在该方程中,质量就是能量,但是为了简明起见,转换这个词,常常被用于,代替质能等价关系,实际上通常所指的一般是静质量和能量的转换。”

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