先將錯就錯,滿足一下好奇心
本命題有兩個錯誤:第一是原則性錯誤,因為勢能不可利用;二是匹配性錯誤,1個原子勢能太小,改為1克原子吧。以下就按1克原子將錯就錯,滿足一下好奇心吧。
1個氕原子勢能Ep=mc2,1個氕原子質量m=1.6735×10?2?kg,Ep=1.5×10?1?J。1克氕原子勢能:E=6.02×1022Ep=9×1012J

按40V/60V電池,可用800W電機,最高時速40-45km/h,取v=43.2km/h=12m/s,軸功率P=800W,牽引力:F=P/v=67N。
行駛路程為d,牽引力作功:W=Fd,由1克氕勢能作為能源,有E=W,行駛距離:
d=W/F=E/F
=9×1012÷67=1.34×1011米
=1.34億千米。
如果是環地球赤道旅行,地球赤道4萬千米,那么,只要攜帶1克氕原子,就可繞地球1.34×1011÷(4×10?)=3.35萬圈。
以下是擴展閱讀部分。
1. 違背同一律是自然科學的第一大忌
題中“原子轉換為能量”是物理教學過程中最典型的錯誤說法。
請學者學子與理工科人士引以為戒。本文從邏輯常識與動力學原理解釋如下。
原子是一種物質,能量是物質的屬性。物質與屬性是不同概念,怎能偷換概念,混為一談。“能量是一種物質”之類的說法,純屬無稽之談。
1.1 物質的概念
物質,是各種介質的存在形式的統稱。物質可分為兩大類:有形物質(或實介質)、無形物質(或虛介質或場)。
實介質,是有特定界面的物質。如:物體、天體、固體、液體、氣體,實體單元或實粒子(或費米子,如核子、電子)。
虛介質,是無特定界面的物質。如:空間、真空場、磁場、電場、引力場、電磁波、空間單元或虛粒子(也叫玻色子,如光子)。
1.2 屬性的概念
屬性,是測量介質物理特性的統計學指標,也叫參量,包括:基本屬性、復合屬性。
基本屬性,是基本的結構屬性與運動屬性,如:空間位移(m)、時間或周期(s)、質量(kg)、電量(C)、震蕩頻率(1/s)、輻射波長(m)。
復合屬性,是基本屬性的復合或疊加,如:運動速度(ms?1)、比表面積(m?2)、比體積(m?3),能量(N·m)、動量(kgms?1)、電流強度(Cs?1)、磁感應強度(T=kgC?1s?1)、力量(N=mkg/s2)。
2. 氕原子至少有七個屬性
這里列出氕原子的常用屬性
①質量:m(1?H)=e+p=1837m?(常量)
②勢能:Ep=mc2=938.7MeV/c2(常量)
③動能:Ek=?mv2(變量)
④動量:p=mv(變量)
⑤半徑:r=5.29×10?11m(經典)
⑥體積:V=(4π/3)r3(經典)
⑦氕原子密度:ρ=m/(4π/3)r3(經典)
氕原子至少有上述七種屬性,能量只是其中的一個屬性。說“氕原子可轉化為能量、質量、動量、體積...”是荒謬的。
3 正確理解【守恒與轉換】
總則:兩個相同性質的物理參量,存在守恒與轉換關系;兩個不同性質的物理參量,不存在守恒與轉換關系。
通俗的講就是:種瓜得瓜,種豆得豆,江山易改,本性難移。
3.1 兩個相同參量,存在轉換關系
守恒與轉換定律:封閉單系統內部的參量必須守恒,封閉多系統之間的參量可以轉換。
換言之,封閉參量不外漏。在一個系統封閉的叫守恒,在幾個系統封閉的叫轉換。
通常,我們有能量·質量·動量·電量·信息量的五恒定律與五轉定律,簡稱“五恒”。
①能量恒:位能差?動能(水力發電)
②質量恒:實介質?虛介質(音爆湮滅)
③動量恒:角動恒,線動恒(杠桿原理)
④電量恒:實電恒,虛電恒(位移電流)
⑤信息恒:實激恒,虛激恒(光電效應)
有幾個比較難的問題,解釋如下:
能量可以轉換為另一種能量。輻射能轉換為化學能(化學位能差),熱能轉換為機械動能,熱能轉換為輻射能,核外電子繞核的震蕩動能轉化為原子光譜的輻射能。
質量可以轉換為另一種質量。大分子質量消化為小分子質量。小分子質量消化為原子質量。原子質量消化為亞原子質量。尤其有二:①電子湮滅是亞原子質量消化為虛粒子質量,是電子急劇膨脹為光子,不存在所謂的“質量虧損”;②電子音爆是光速亞原子附近急遽吸納外圍場質量,是場密度急遽增大,不存在所謂的“希格斯子機制”。
電荷可以轉換為另一種電荷。電荷承載量簡稱荷。分子荷是原子荷的疊加效應,原子荷是亞原子荷的疊加效應。中子荷是核內荷的疊加效應。虛粒子荷是電子荷的音爆效應,湮滅時的伽瑪光子荷是電子荷的湮滅效應。
信息可以轉換為另一種信息。根據蘭道爾原理,信息刪除功=電子動能增量:kBln2=△?mv2,根據光電效應,電子動能增量=輻射能增量:△?m?v2=△hc/λ,粒子質量寫成m=nm?,有三種信息能轉換:
位移信息能 ? 波動信息能 ? 信息刪除功。
即:△?mv2=△(m/m?)hc/λ=kBln2...(1)
3.2 兩個不同參量,不存在轉換關系
顯然:質量,只能轉換為另一種質量,不可轉換為能量,不可以轉換為動量,也不可以轉換為電量或信息量。
3.3 兩個不同參量,有對應的當量關系
就同一狀態的系統而言,質量、能量、動量、電量、信息量之間,有等效描述的當量關系或當量比,例如:質能比(1/c2)、荷質比、能溫比、能頻比。
4 正確理解質能方程
4.1 質能方程其實是介質的固有勢能
把“Ep=mc2...(2) ”作為物系的固有勢能,簡稱勢能,因為質量m與光速c都是常量。
物系的質量,是所有當量電子質量總和,包括核外電子、核內電子、電子音爆質量。
物系的能量,是所含介質的勢能(Ep)與動能(Ek)與位能(U)的總和。其中,動能與位能是變量,取決于參照系的選擇。
即:E=Ep+Ek+U...(3)
或:E=mc2+?mv2+GMm/R...(4)
或:E=(c2+?v2+GM/R)m...(5)
勢能,與質量互為表異曲同工,是維持介質存在形式的基底能量,是不可利用的能量。
4.2 兩個重要附注
附注1:勢能的本質,是電子以光速自旋的角動能,電子自旋向心力F?=m?c2/r...(6),自旋角動能:Ep?=F?·r =m?c2...(7)。
附注2:按狹義相對論,如果用動能定理與洛倫茲變換因子是不能得到Ep=mc2的。
因為:Ek=?c2dm=mc2-m?c2...(a)
則有:mc2=m?c2+?mv2...(b)
其中:如果E=mc2是總能,Ep=m?c2固有勢能,那么少了位能U=GMm/R,這是瑕疵。
況且:m=m?γ=m?/√(1-v2/c2)...(c)
(c)代入(a):γm?c2=m?c2+?γm?v2...(d)
化簡(d)的奇葩后果,留給讀者完成吧。
4.3 勢能與質量的當量比
在粒子物理學里,常用eV/c2表質量單位千克[kg],其中的“1/c2”即
c?2 =1.11×10?1? kg/J...(8)
叫質能當量,也叫質能比。以電子為例驗算:電子質量m?=9.11×10?31kg,電子勢能Ep?=8.2×10?1?J,m?/Ep?=1.11×10?1?kg/J
式(8)質能比的意思是:物系的1焦耳勢能相當于1.11×10?1?千克的質量。
當然也可有能質當量,或能質比,即
c2=(3×10?)2=9×101?J/kg...(9)
能質比的意思是:物系的1千克質量,相當于9×101?焦耳的固有勢能。
4.4 其它兩個不同參量的當量關系
此類情況,在動力學方程中司空見慣。
【玻爾茲曼常數】
k=1.38×10?23J/K,可以來自熱力學第一定律:?mv2=1.5kT。k也叫熱溫當量,或叫熱溫比,表明一個熱平衡系統的熱量與溫度之間等當關系。意思是:每1開的絕對溫標,相當于1.38×10?23焦耳的平均動能。
【普朗克常數】
h=6.63×10?3?J/Hz,可以來自光電效應:eU=△?m?v2=△hν。h也叫能頻當量,或能頻比,表明電子動能增量與輻射頻率增量之間超對稱關系。意思是:每1赫茲的頻率增量,就相當于增加6.63×10?3?焦耳的動能增量。
讀者也可嘗試一下【萬有引力常數】所蘊含的當量關系,可能有點難,這涉及動力學語言表達力,可誰不是多年媳婦熬成婆呢?