怎麼樣才能將能量轉換成1g的質量?

2020-12-11 星辰大海路上的種花家

人類已經能夠按照E=mc^2將質量轉化成能量,但能否反過來用能量生成1g質量呢?

質量轉換成能量的例子很多,距離我們最現實的案例是核裂變,重核裂變-質量虧損-轉換能量!而稍稍遙遠一些的案例是核聚變,比如ITER正在埋頭苦幹的氘氚核聚變,希望將質子聚變的質量虧損從原子核的禁錮中釋放出來,雖然距離還比較遠,但這仍然是最具希望的事業!而能量轉換成質量的案例,儘管理論上並沒有什麼問題,但事實操作起來可能還不是一般的困難!

一、一克質量需要多少能量來轉換?

其實計算並不困難,因為用愛因斯坦的質能轉換公式還算下即可計算出來!

E=MC^2=0.001×299792458^2=89875517873681.764J

一噸TNT的能量約為:4184000000J

那麼相當於:21480.76噸TNT的能量

即需要一枚廣島原子彈的能量才能在理論上生成約1g的質量!

二、有什麼途徑可以將能量轉換成質量?

「夸克相變溫度」也許能給我們一些指導!這是一個強子物質(仍然由夸克以及反夸克與膠子組成的「普通物質」)到「夸克膠子等離子體」的溫度!這個相變溫度約為175MeV,相當於2萬億攝氏度!

在這個溫度條件下,物質將以夸克膠子等離子體狀態存在,而這個溫度也足夠高!夸克-反夸克可以這之中自發產生!這是一個純能量轉化質量的關鍵溫度!在這個溫度條件下,只要遠遠不斷輸入能量,那麼將會轉換為有質量的基本粒子。簡單的說,這是一個能量與質量之間轉換的門檻!

三、我們能達到這個溫度嗎?

其實上文的夸克相變溫度就是美國布魯克海汶國家實驗室中的相對論重離子對撞機(RHIC),將兩束金原子核加速到接近光速後碰撞,用採集到的淨強子數分布的特徵與與格點量子色動力學的計算後,以重子數密度為零的條件計算出夸克相變溫度!

準確的說我們是計算出了這個溫度,而在加速器的極度加速下也是用物質創造出了接近與這個溫度的條件,但我們卻沒有技術以純能量的形式達到這個溫度,即沒有物質的條件,但事實上這其實也不可能,只不過用高能粒子對撞這種條件來創造能量轉換為質量的條件,是不是有種脫褲子放屁的感覺?當然不會,這也許是我們通向透徹理解宇宙大爆炸道路上的最後一個關卡,再往後是什麼?

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