对爱因斯坦质能方程论证逻辑的考察

　　对爱因斯坦质能方程论证逻辑的考察
　　一、引言
　　在《探究第一推动力与宇宙能量之源》文章中，我们已经讨论了＂质量＂概念是我们人类对于感知的物质体的长宽高、体积、重量、数量、刚性等绝对存在（不依赖于人类意识而存在的有形客观实体）的综合反映和描述。运动则是物质个体在空间姿态、或位置的变化，是物质的第二大根本属性。＂力＂、＂时间＂、＂能量＂、＂温度＂等事物，以及宇宙间一切美好都是物质的质量、运动这两种根本属性的不同变动、演化在人类意识中的反映、呈现。也就是说，人类迄今已经认知的事物完全能够基于物质的质量和运动的根本属性，给予系统完整的演绎、阐释，无需其他任何不必要的假定、虚设。
　　1905年，爱因斯坦发表了阐述物质质能关系的《物体的惯性同它所含的能量有关吗》（以下简称《物体的惯性》）的文章。在这篇仅只有短短三页纸张的的论文中，爱因斯坦被视为成功地论证了 ＂物体的质量是它所含能量的度量＂ [1]274的观点，并在此论文中推导归纳出了著名的反映物质的质量与其蕴含的能量的数量关系公式：E=MC²。
　　现代物理学界现在已经普遍认同、并接受了爱因斯坦这样阐述的物质的质量与其能量之间的数量关系，且认定该理论的发表是对物理科学后来发展的原子能的预言，后者则被视为前者的实证。
　　然而，没有不运动的物质，也没有无物质的运动。物质消灭了，没有了运动，表现为物质运动的能量怎么能够存在呢？没有了运动，没有了物质的承载，无形的能量又怎么能够促使物质的运动呢？
　　爱因斯坦是如何在这篇如此短小的论文中成功地论证、推导出无形的能量是有形的物质湮灭转化结果的伟大结论呢？
　　二、混淆光（集合体）辐射能与物体动能的区别
　　爱意斯坦在这篇文章的开始就论述：＂前不久我在本刊发表的电动力学研究结果导致一个非常有趣的结论，这里要把它推演来。……我这些基础上，除其他一些结果外，还推导出了下面一个结果：设有一组平面光波，参照于坐标系（x，y，z），它具有能量；设光线的方向（波面法线）同坐标系的x轴相交成 角。如果我们引进一个对坐标系（ x，y，z ）做匀速平行移动的新坐标系（ξ，η，ζ），它的坐标原点以速度 沿x轴运动，那么这道光线——在 （ξ，η，ζ）系中量出——具有能量：
　　， 此处V表示光速。＂   [1]273 （以下简称L＂公式）
　　爱因斯坦在这里提及的＂本刊发表的电动力学研究结果＂就是他的《论动体的电动力学》（以下简称《论动体》）这篇文章。此处的L＂公式（以下简称公式），也就是《力学》论文中如下的推理结论：
　　＂可注意的是，光集合体的能量和频率都随着观察者的运动状态遵循着同一定律而变化。现在设坐标平面 ξ=0是一个完全反射的表面，§7中考察的平面波在那里受到反射。我们要求出作用在这反射面上的光压，以及经反射后的光的方向、频率和强度。
　　设入射光由A，， （参照于 K 系）这些量来规定。在k看来，其对应量是：  。＂ [1]261（以下称A＂公式）
　　爱因斯坦在《论动体》中推导出的A＂公式，很显然论证的是光集合体（或光束）的辐射能。所以，在《物体的惯性》文中的公式本质是一个描述光集合体光辐射能量的L＂公式。
　　他在《物体的惯性》的论文中也就是基于这样的光的辐射能量公式考察物体的动能，并基于物体动能的变化与物体质量的变化，完成质能公式的推导、物质的质量和能量转换数量关系的论证。
　　然而，虽然光的辐射能和物体的动能都是能量的表现形式，但是却有本质的不同。就像人类生命和矿物石头都是物质，但是物质性质的不同决定了它们发展变化的规律的根本性差异，所以，我们完全不可能以矿物石头的存在、发展变化规律作为阐释人类生命的存在、发展变化的科学原理。
　　而且，我们都知道，光子能量为普朗克常量和电磁辐射频率的乘积，E=hv；而动能是 物体由于运动而具有的能量，它的大小的基本定义为物体质量与速度平方乘积的二分之一，其基本计算公式则为：  。前者是量子级别的光子辐射运动外部效果的表现，后者则是宏观物质体的机械运动的外部效果表现，两种物质体的运动形式性质完全不同。还有热能、核能、化学能、风能、潮汐能等，它们都是不同形式的物质运动的结果，也都不可能以光子运动形成的能量规律进行解释。
　　我们再看下面这段文字中的论述（部分文字引用做了加粗处理），爱因斯坦如何非常简单地将原本关于光集合体辐射能量的讨论，直接转变成为了对于物体动能变化状况的计算：
　　＂ 设坐标系（x，y，z）中有一个静止的物体，它的能量 —— 参照于（x，y，z）系——是E0。设这个物体的能量相对于一个像上述那样以速度运动着的 （ξ，η,ζ） 系则是H0。
　　设该物体发出一列平面光波，其方向同x轴交成 角，能量为  ＂[相对于（x，y，z）量出]，同时在相反方向也发出等量的光。在这时间内该物体对（x，y，z）系保持静止。能量原理必定适用这一过程，而且（根据相对性原理）对于两个坐标系都适用的。如果我们把这个物体在发光后的能量，对于（x，y，z）系和对于 （ξ，η,ζ） 系量出的值，分别叫做E1和 H1，那么利用上面所给出的关系，……，在这个表示式中，以H-E这样形式出现的两个差，具有简单的物理意义。H和E是这同一物体参照于两个彼此相对运动着的坐标系的能量，而且这物体在其中一个坐标系（[x，y，z]系）中是静止的。所以很明显，对于另一个坐标系（[ ξ，η,ζ ]系）来说， H－E这个差所不同于这物体的动能K的，只在于一个附加常数C，而这个常数取决于对能量H和E的任意附加常数的选择。由此我们可以设：
　　H0 － E0   K0  C
　　H1 － E1   K1  C
　　因为C在光发射时是不变的。所以我们得到：
　　＂[1]274
　　上式中K表示物体的动能，L则代表光集合体的光辐射能，在没有任何的论证、说明的情况下，直接将两者等同了起来。
　　三、忽略物体质量减少对于物体运动速度的影响。
　　在非常简单地实现了光能与物体动能的转换之后，爱因斯坦紧接着又进行了如下的推理、讨论：
　　＂对于 （ξ，η,ζ）来说， 这个物体的动能由于光的发射而减少了，并且所减少的量同物体的性质无关 。此外，  K0－ K1 这个差，像电子的动能一样，是同速度有关的。
　　略去第4级和更高级的（小）量，我们可以设：
　　(以下简称K公式）。从这个方程可以直接得知：
　　如果有一物体以辐射形式放出能量L,那么它的质量就要减少 。至于物体所失去的能量是否恰好变成辐射能，在这里显然是无关紧要的 ，于是我们被引导到了这样一个更加普遍的结论上来： 物体的质量是它所含能量的量度 ；如果能量改变了L,那么质量也就相应地改变L/9  ，此处能量是用尔格来计量，质量是用克来计量的。＂[1]274~275（加粗部分为本文引用时加注）
　　在混同了光辐射能量与物体动能能量的区别后，爱因斯坦推导出了＂K公式 ＂的结论。
　　那么，这样的公式有着怎样的意义呢？
　　爱因斯坦这样解读：因为＂ 这个物体的动能由于光的发射而减少了，并且所减少的量同物体的性质无关 ＂，＂ 如果有一物体以辐射形式放出能量L,那么它的质量就要减少 。至于物体所失去的能量是否恰好变成辐射能，在这里显然是无关紧要的 ＂，既然是依据物体以光辐射释放的能量确定因此减少的质量，为什么＂ 至于物体所失去的能量是否恰好变成辐射能，在这里显然是无关紧要的 ＂呢？如果并不确定物体能量的减少与其以光辐射减少的能量的严格关系，那么，如何能够推导确定＂ 如果有一物体以辐射形式放出能量L那么它的质量就要减少L/  ＂的结论呢？难道公式＂＂直接计算的是物体辐射释放出的光子的质量？如果是这样，岂不是直接定义了光子的质量是其能量与其运动速度的比例？这样的依据是什么呢？
　　我们都知道，一个物体的动能是由物体的质量和其运动速度决定的，如果一个物体因为光辐射释放的光子减少了质量，当其动量＂m·v＂（或承受的推动力）一定时，其速度v也可能改变，而不会是一个固定的不变量；这就好比一个以一定动力作v速运动的汽车，如果扔掉汽车的承载、改变其质量，在动力不变时，其运动速度一定会更快一样，速度v就会发生变化。
　　也就是说，在上述＂K ＂公式左边表示动能变化的＂K0 － K1＂项变动时，可以是右边＂ ＂、＂ ＂两项共同变化导致的结果，所以，我们并不能仅依据该公式直接判断物体能量的变化就是其质量变化的结果，更不可能因此推导出物体的能量就是其质量湮灭转化的必然结论。
　　参考文献：
　　[1] 爱因斯坦：《爱因斯坦全集》，湖南科学技术出版社，2009年。