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只見質量轉化為能量,沒見能量轉化為質量,質能可以等價交換?
2023/02/09

人類是地球上最有智慧的生命,從人類誕生以后,人類就在不斷的探索世界的奧秘,經過幾千年的科技發展, 現在人類終于走出了地球看到了宇宙,這說明人類科技發展的速度還是非常快的,人類能夠有如此之快的發展速度,主要是因為人類利用了地球上的能源,像煤炭、石油、天然氣、可燃冰等等,這些都是地球經過十幾億年的地殼運動形成的,從人類進入工業革命之后,人類的科技發展速度快速提升,并且發明了很多先進的工具,先進的工具讓人類發展的速度變得越來越快,其實人類能夠有如此之快的發展速度,離不開人類歷史上的科學家。

比如說愛因斯坦,愛因斯坦被稱為是近代人類歷史上最偉大的科學家,原子彈的爆炸和愛因斯坦有著密切的關系,如果沒有愛因斯坦,那麼人類可能到現在都無法制造出原子彈來,不過這里需要注意的是,原子彈并不是愛因斯坦制造的,而是愛因斯坦為原子彈的制造提供了理論基礎,其方程式來自于狹義相對論中的質能方程E=mc² 這個方程式說明了質量和能量的關系,其中E是能量,單位是焦耳,m是質量,單位是千克,c是光速,每秒大約是30萬千米,在相對論中,動能定律是成立的,不過形式卻不一樣。

靜止質量m的質點在力F的作用下,經過時間間隔dt,質量增加為dm,速度是v,位移為dx動量是dp總能量增量是dE,最終愛因斯坦通過計算得出E=mc²,愛因斯坦的這個公式將經典力學中的能量和質量融合在了一起,曾經牛頓提出經典力學之后認為,能量和質量是兩個完全不同的概念,兩者之間沒有關系,但是愛因斯坦將能量和質量畫上了等號,這說明能量和質量之間是可以相互轉化的,在愛因斯坦的相對論中,解決了很多經典力學無法解釋的問題,經典力學對于人類的作用很大,但是存在一定的缺陷,而愛因斯坦的相對論正好彌補了這一點。

而愛因斯坦的E=mc²方程式也被稱為是偉大的發現,如果我們仔細觀察就能夠發現,它已經成為了我們生活中的一部分,通過質能方程式人類推測出了質量是不變的,尤其是在微觀世界中,這個理論更加明顯,除此之外,質能方程式揭示了太陽發熱的原因,太陽的燃燒和我們地球上的燃燒是有區別的,太陽是內部核聚變的反應,核聚變反應是指在一定條件下,原子核相互發生碰撞,在這些原子核碰撞的過程中會產生新的原子核,同時還會損失掉一部分原子核,這部分損失掉的質量會轉化為能量釋放出去,一般來說,太陽內部的4個氫原子核聚變成一個氦原子,其質量會虧損0.0276個單位,相當于一顆氫虧損0.0069個單位。

由于太陽的質量很大,所以太陽燃燒的時間也很長。根據質量守恒定律我們能夠知道,質量轉化為能量的效率是百分之百,無論是什麼反應,其產生的能量總是等于反應物與生成物之間的質量差和光速的平方乘積,簡單來說,1000克的煤炭燃燒以后,能夠釋放1000克的能量,而能量也是可以創造質量的,1000克的能量同樣能夠產生1000克的質量,質量轉化為能量的案例在我們的生活中經常會見到,像煤炭燃燒,石油燃燒,天然氣燃燒,木頭燃燒等等,這些物質都能夠由質量轉化為能量。不過人類并不能夠將物質轉化的能量全部利用起來。

比如說煤炭燃燒之后,能夠產生十分之一的能量,而十分之九的能量我們不知道它們 去了哪里,為什麼人類無法百分之百的利用物質所產生的能量呢?因為燃燒并不是將物質完全轉化為能量的一種形式,目前來說,核聚變反應能夠將質量轉化為很多的能量,除了這個方式之外,反物質和物質相遇會發生湮滅反應,這種方式也能夠將質量全部轉化為能量,根據科學家的研究得出,普通物質是由質子、中子、電子組成,而反物質是有反質子、反中子、反電子組成,反物質除了質量和正物質相等之外,其它所帶電荷、自旋等物理學參數都是一樣的,當正物質和反物質相遇時,就會發生湮滅反應,然后將質量轉化為能量。

在宇宙中質量轉化為能量的現象很常見,大部分都是通過核聚變反應的方式來轉化的,不過恒星核聚變的質能轉化率要比反物質轉化率低很多,不過即便是這樣,對于人類來說,也已經夠用了,目前人類也在積極的研究可控核聚變,可控核聚變是一種高效的、清潔的、沒有污染的新能源,如果人類能夠實現可控核聚變,那麼人類的科技一定能夠大幅度提升,不過想要實現可控核聚變,人類需要一種特殊的物質,這種物質就是氦-3,可能有一些朋友聽說過氦-3,它是核聚變的主要能源,氦-3是一種稀有氣體。

氦-3的儲量在地球上非常少,而氦只有氦-3和氦-4這兩種同位素,在地球所有的氦中,氦-3和所占的比例只有百分之0.000137,但是科學家在月球上發現了大量的氦-3,儲量大約是100萬噸,如果說人類想要實現可控核聚變,那麼人類就必須到月球上去開采這種資源,以目前人類的科技來說,想要真正的實現可控核聚變還是非常困難的,現在人類能夠將質量轉化為能量的方式最常用的就是燃燒,只不過這種轉化率實在是太低了,比如說煤炭燃燒轉化的能量只有百分之0.0000028,原子彈和氫彈的轉化率是百分之13和百分之0.7.目前只有反物質才能夠百分之百的轉化。

根據計算,1克反物質能夠釋放的能量大約是180000000000kj,相當于43000噸TNT所產生的能量,既然反物質威力如此之大,為什麼在宇宙中我們找不到反物質呢?科學家認為,反物質也是也存在我們的宇宙中,只不過大量的反物質都被隱藏了起來,剩下少量的反物質一旦出現機會和正物質發生湮滅反應,然后消失,目前科學家還沒有找到宇宙中大量反物質在哪里,不過人類依靠自己的科技,已經能夠制造出少量的反物質。 在2010年的時候,歐洲科學家已經能夠制造出大量的反氫原子,并且成功的使用了38個反氫原子0.17秒的時間,雖然時間很短,但是在人類科技史上也是一項重大的突破。

現在科學家也在積極的尋找反物質,既然物質能夠轉化為能量,那麼按照愛因斯坦的理論,能量同樣也能夠轉化為質量,為什麼在我們的生活中,很少能夠看到能量轉化為物質的現象,從目前的科學來說,人類的科技還不足以將能量轉化為物質,畢竟物質轉化為能量之后,能量會四處擴散,我們根本無法將這麼多能量捕捉到一起,然后轉化為質量,現在人類根本無法收集大量的能量,所以能量轉化物質非常困難,而且能量轉化為物質必須在瞬間產生,比如說煤炭燃燒以后能夠釋放5000大卡的能量,想要將這5000大卡的能量收集起來,然后轉化為物質,需要在瞬間完成。

這就類似我們看的神話故事,神仙能夠憑空變出一個物體來,在理論上來說,這個情況是能夠實現的,但是實際操作起來,卻是非常困難的,在目前的宇宙中,科學家還沒有發現一種能量是能夠轉化為物質的,在宇宙漫長的歷史中,能量轉化為物質的情況只出現過一次,那就是宇宙大爆炸,現代科學認為,我們的宇宙誕生于138億年前,在138億年前,有一顆奇點發生了爆炸,奇點是一個質量無限大、能量無限大、熱量無限大、密度無限大、體積無限小的點,這個點爆炸以后,宇宙快速的向四周膨脹,經過138億年的時間,宇宙才膨脹成我們現在看到的樣子。

在宇宙大爆炸的一瞬間,溫度達到了最高狀態,這個溫度也被稱為是普朗克溫度,達到了1億億億億攝氏度,宇宙大爆炸就是典型的能量轉化為物質的現象,大爆炸以后,宇宙的溫度開始慢慢冷卻下來,經過138億年的時間,宇宙才變成我們現在看到的樣子,宇宙中的天體都是在宇宙大爆炸之后產生的,大爆炸產生的能量非常巨大,而這些能量在瞬間噴發的過程中,轉化為各種元素,不同的元素經過碰撞、摩擦、融合等等,形成了恒星、行星、彗星、小行星等多種物質,我們在宇宙中所看到的一切物質都是宇宙大爆炸所產生的。如果人類想要將能量轉化為物質,那麼我們就必須制造一場人為的宇宙大爆炸。

這樣才能夠將能量轉化為物質,不過目前人類的科技顯然是無法做到的,有不少人認為,高級文明或許能夠做到,在很多神話故事中,神仙能夠憑空將物質變出來,而這些所謂的神仙會不會就是外星人,只不過當時的人類并不知道它們是外星人,它們利用先進的科技將能量收集起來,然后轉化為物質,所以古人以為是神仙變出來的,雖然這個想法非常大膽,但也是有一定道理的,如果說古人沒有見過高級文明,那麼它們怎麼知道物質可以憑空出現?現在科學家也在積極的研究能量和物質之間的奧秘,未來隨著人類科技的發展,說不定人類能夠能夠將能量轉化為物質。

根據質能方程式,人類科技已經有了很大的進步,不過這一切都要感謝愛因斯坦,愛因斯坦之所以偉大,并不是僅僅是因為這個方程式,除此之外,愛因斯坦的相對論將經典力學中的缺點全部彌補,并且還預言了很多神秘的天體,比如說黑洞,在100多年前,愛因斯坦就利用公式計算出了黑洞存在宇宙當中,不過當時人類的科技還不夠發達,所以很多人都不相信黑洞存在宇宙當中,現在科學家已經證實了黑洞確實存在宇宙中,而且愛因斯坦預言的引力波也被科學家發現了。

愛因斯坦預言了很多神秘的天體,他在世的時候,很多理論都沒有被證實,但是在100多年后的今天,愛因斯坦的很多理論都被科學家證實了,而且現在人類探索宇宙的方向基本上都是按照愛因斯坦的理論來進行的,愛因斯坦可以說影響了人類物理學幾百年或者更長的時間,目前人類也在積極的探索宇宙的奧秘,未來隨著人類的進步,說不定我們能夠解開宇宙的最終奧秘。

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