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四維時空的數學形式(4)

提示:本作較為硬核為了防止讀不懂,您可以先閱讀筆者前日所作:《四維時空的形式》系列科普內容。(文章在筆者主頁可以找到)

今天文章的主角是:質量能量,哈密頓函式Ψ

四維時空的數學形式(4)


奇怪的引力場效應

首先,讓我們繼續講作用量S:它是這個積分關係式。

上式中,S為作用量,c為光速,m為粒子的質量 dt為無限小時間間隔, 積分符號代表了無窮加和的思想。

接著,我們對它求個導,可以得出:

四維時空的數學形式(4)

我們發現:

這不正是相對論中能量E的表示式嘛!

四維時空的數學形式(4)

根據泰勒公式:我們有這個表示式:

四維時空的數學形式(4)


泰勒公式o(x)代表n階無窮小量

將式中的xa等效替換

四維時空的數學形式(4)

因為我們日常生活中的速度遠遠地小於光速c,我們可以得到:

這就不是動能公式和質能公式的相加嗎?



上面兩個是我們初中就知道的公式

在專業領域裡,我們常常把m用m0表述,稱它為:靜能,寓意“物體相對靜止時具有的能量”而動能公式1/2mv^2,想必大家已經耳熟能詳了。

四維時空的數學形式(4)


扭曲時空:奇妙的引力場

前方核能:只需瞭解即可,無需深入理解原因:

一個靜止物體的能量除了組成其粒子的靜能外,還括粒子的動能和它們的相互作用能。在相對論力學中,質量守恆定律並不一定成立複合物體的質量並不等於其各部分質量之和(靜止質量和引力質量並不一定相等),只有包含粒子靜能在內的能量守恆定律是成立的。



我們想象中的能量的樣子

接著,今天的壓軸嘉賓閃亮登場:他就是能量-動量哈密頓函式:



哈密頓函式

字母Ψ其實就是能量E,為什麼用Ψ呢,因為它長得好看。

也可以寫成這樣子:



動量p是能量Ψ的函式

影象大致是:

四維時空的數學形式(4)


函式關係圖,mc^2代表靜能

速度v遠小於光速c時,我們有:



經典體系的哈密頓函式

可以看出,當質量不變時,它只是個一次函式(y=kx+b型)

整理文獻不易,喜歡就請點個關注吧,筆者寫作的極大動力來自諸君的支援

分類: 親子
時間: 2021-12-04

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