Sự khác biệt giữa năng lượng và vật chất

Mục lục:

Sự khác biệt chính - Năng lượng so với Vật chất
Vật chất là gì
Năng lượng là gì
Sự khác biệt giữa năng lượng và vật chất

Sự khác biệt chính - Năng lượng so với Vật chất

Năng lượng và vật chất là hai khái niệm cơ bản trong vật lý. Những khái niệm này sâu sắc và thường trừu tượng. Do đó, không thể so sánh rõ ràng, trực tiếp. Về mặt cổ điển, vật chất được “định nghĩa” là “bất cứ thứ gì có khối lượng và chiếm không gian” trong khi năng lượng được mô tả là “khả năng thực hiện công việc”. Tuy nhiên, đây không phải là những mô tả đầy đủ. Ở mức cơ bản, chúng tôi có thể nói rằng Sự khác biệt chính giữa năng lượng và vật chất là vật chất đề cập đến "đối tượng" nhưng trái lại năng lượng đề cập đến một thuộc tính mà một đối tượng có thể có ^[1].

Vật chất là gì

Rất khó để đưa ra một định nghĩa đơn giản cho "vấn đề"^[1]. Như đã đề cập ở trên, vật chất được mô tả theo truyền thống là “những thứ có khối lượng và chiếm không gian”. Tuy nhiên, có một số vấn đề khi coi đây là một định nghĩa chặt chẽ. Ví dụ, trong cơ học lượng tử, có những tình huống mà về mặt kỹ thuật, hai hạt có thể chiếm cùng một không gian. Mặt khác, có những hạt trao đổi lực có khối lượng (chẳng hạn như boson W và Z) thường không được coi là “vật chất”. Với mục đích của bài viết này, chúng tôi sẽ coi vật chất là những thứ được tạo thành từ quark và lepton (một lần nữa, điều này không nên được coi trọng vì nó có khả năng loại trừ vật chất tối!).

Năng lượng là gì

Nói một cách khái quát, năng lượng có thể được chia thành ba dạng: khối lượng, động năng và thế năng. Năng lượng khối lượng đề cập đến năng lượng liên kết với khối lượng của một vật thể. Nếu một vật có khối lượng

, sau đó là năng lượng

liên kết với khối lượng đó được đưa ra bởi phương trình nổi tiếng của Einstein mô tả sự tương đương khối lượng-năng lượng:

ở đâu

là tốc độ ánh sáng trong chân không.

Einstein đã khám phá ra mối quan hệ cơ bản giữa khối lượng và năng lượng.

Động năng là năng lượng mà một vật có được do chuyển động của nó. Vật chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn. Trong vật lý cổ điển, động năng thường được cho bởi

. Tuy nhiên, trong thuyết tương đối, động năng được định nghĩa theo động lượng của vật thể,

Thế năng là năng lượng mà một hạt có được do cách nó tương tác với các hạt khác. Các dạng năng lượng tiềm năng khác nhau bao gồm thế năng hấp dẫn (đối với các hạt khối lượng lớn trong trường hấp dẫn) và năng lượng tiềm năng (đối với hạt mang điện trong điện trường).

Tổng năng lượng

cho một hạt miễn phí -i.e. một hạt không tương tác (để nó không có năng lượng ở dạng thế năng), được cho bởi tổng khối lượng và động năng:

Có thể cho rằng, khái niệm quan trọng nhất trong vật lý cổ điển là định luật bảo toàn cơ năng. Điều này nói rằng tổng năng lượng trong một hệ thống cô lập được bảo toàn. Điều này có nghĩa là năng lượng không thể được tạo ra hoặc bị phá hủy, mà nó chỉ có thể được chuyển đổi từ dạng này sang dạng khác. Mặc dù tuyên bố nghe có vẻ định tính, nhưng nó có nguồn gốc toán học chắc chắn trong Định lý Noether được phát triển bởi nhà toán học người Đức Emmy Nother.