炸藥爆炸時,質量會發生變化嗎?爆炸前後炸藥的質量守恆嗎?

2021-01-07 鍾銘聊科學

這其實是一個很有趣的問題。實際上,無論什麼反應,反應前後的質量是守恆,能量也是守恆,因為質量守恆,能量也守恆,所以,質能也一定守恆,這裡要注意一下,並不是因為質能可以轉化才質能守恆,而是因為質能等價才實現的質能守恆。這有什麼區別呢?我們其實可以從一般的反應說起。

反應前後

我們一般會把質能方程,也就是愛因斯坦的那個著名的公式E=mc^2用到核物理當中,尤其是氫彈或者原子彈爆炸。然後,就有人會這麼科普,反應前後質量發生了虧損,質量轉化為能量。這樣的解釋是正確的麼?答案是,不對!

為什麼呢?其實也很簡單,對於質量的理解不太對。我們試想一下,所謂的「質量虧損」,指的是什麼?其實是反應完了之後的生成物比反應之前減少了。但是,我們常常忽略一點,那就是反應物當中其實也包括能量,也就是那些衝擊波和蘑菇雲,以及大量的熱。

如果,我們有個封閉的系統,這個系統不會和外界產生任何的能量交換,換句話說,就是光和熱都不會散去。然後,我們在這個封閉的系統當中引爆一顆氫彈。那它的前後質量會不會發生改變呢?答案是不會!

這回明白了麼?實際上,氫彈爆炸散去的能量也有質量,只是因為它們因光和熱的形式離開了,所以,我們沒有測量到,於是就有人認為是所謂的「質量轉化為能量」。實際上,這是誤解了愛因斯坦的意思。1905年,在愛因斯坦發布的那篇論文當中,就成這樣描述:

若一個物體以輻射形式發射能量L,它的質量減少L/c^2。

所以,愛因斯坦的意思是,質量裡有能量,能量裡有質量,質量和能量是一回事,而不是轉化關係,這也是為什麼這個理論也叫做質能等價的原因。

所以,從這裡,我們要搞清楚一點,任何反應的前後,質量都是守恆的,能量都是守恆的,所以質能才是守恆的。所以,炸彈爆炸時,也是符合質量守恆的。只是那些光和熱你測不到而已,但並不是說它們不具有質量。

質能等價

能量裡有質量的例子其實非常非常多,甚至,我們自身都能體現這個特點。一個人的質量是從哪裡來的呢?實際上,我們可以拆解這個問題,我們都是由原子構成的,因此我們的質量其實可以看成是構成的原子的質量的總和以及原子之間化學鍵所產生的能量對應的質量。發現沒有?這個時候,就已經出現了「能量裡有質量的形式」。

不過,實際上,原子也還是可以繼續拆分下去,原子是由原子核和電子構成的。而原子核又是由質子和中子構成。再進一步,質子和中子其實是由夸克構成的。

那我們的質量應該如何去算呢?實際上,如果滿打滿算,大概是這樣的,化學鍵,不可再分的基本粒子(電子,夸克)的質量,束縛夸克在質子和中子內的膠子所提供的強相互作用的能量對應的質量,這裡又出現了「能量裡有質量」。下圖中,u和d其實就是夸克,而連接它們之間的就是膠子,由於膠子提供的強相互作用,才使得夸克可以形成質子和中子。

而基本粒子的質量,其實依靠的是場。也就是說,根據粒子物理標準模型,宇宙空間中布滿了希格斯場,夸克、電子會和希格斯場作用然後被減速獲得質量。

那最後,一個人的質量到底是咋構成的呢,這麼說吧,化學鍵+粒子的質量≤1%,而剩餘99%的能量來自於強相互作用的能量對應的質量。

所以,你站在秤上看到的示數,你以為是實實在在的物質的靜止質量,實際上,如果細細分解,就會發現大部分的質量是大多人人以為的「能量」裡所對應的質量。

而在近代物理學當中,科學家在使用粒子加速器進行實驗時,其實會有個前提假設的,就是基於狹義相對論質能等價這部分的內容與量子力學進行結合,提出量子場論。然後,對於粒子參量的描述,基本上都是xxxMeV,這裡的MeV其實就是能量單位,他們是經過質能等價E=mc^2,把質量也一同換算成了能量來做實驗的,所以同時,科學家也用MeV/c^2來表示質量。

因此,愛因斯坦其實統一了能量和質量,揭示了它們是同一個東西。

相關焦點

  • 炸藥爆炸質量會發生變化?化學反應質量守恆!但質量真的減少了!
    我們常說的炸藥大都指TNT,爆炸極其劇烈,但其威力再大仍然屬於化學反應!初中化學告訴我們,化學反應前後質量守恆,從這個意義上來理解是沒有問題的!這就是著名的質量守恆定律,當然這個理解在宏觀意義上是沒有問題的,事實上儘管化學變化中質子與中子以及核外電子的數量並沒有發生變化,但核外電子的位置發生了變化,從理論上來看這會產生質量變化,當然在中學化學中我們還知道了另一個概念!
  • 炸藥爆炸時,質量會發生變化嗎?爆炸前後的物質滿足質量守恆嗎?
    一般的炸彈爆炸,發生的是化學反應,一般情況下我們認為質量是守恆的;但是嚴格意義上說,爆炸釋放的能量來自於原子間的化學能,化學能釋放的本質也是質量虧損。在化學反應中,我們認為質量是守恆的,這個理解在絕大部分場合中沒有明顯錯誤。
  • 為什麼麵粉這些粉塵也會爆炸?它和炸藥爆炸又有什麼區別?
    為什麼粉塵會發生爆炸?1987年3月哈爾濱亞麻廠發生特大爆炸災害,傷亡235人,原因是在布袋式濾塵器中的亞麻塵埃首先爆燃,由於沒有設計洩壓口,高溫高壓氣體通過通風管道洩壓到了車間,引起二次揚塵,發生了多次爆炸,據現場親臨者口述,前後大約發生了
  • 粉塵爆炸、火藥爆炸、炸藥爆炸有什麼不同?
    1871年,法國一家染料店裡,三個夥計為了打開一桶盛裝著黃色染料的生鏽鐵罐,用榔頭敲擊,結果發生了劇烈的爆炸,衝擊波摧毀了半條街道。這個桶裡面裝的是苦味酸(三硝基苯酚),長期被用作黃色染料。自從染料爆炸事件以後被軍方看中,作為炸藥使用,這就是著名的黃色炸藥。》炸藥和火藥是顯著不同的,炸藥的爆炸威力比火藥猛很多。
  • 炸藥運輸車出車禍到底有多危險?會引爆炸藥嗎?
    央視報導6月16日16時左右,陝西榆林神木市發生了一起交通事故,一輛滿載炸藥的運輸車和一輛空載的卡車追尾,造成了炸藥運輸車側翻,裝載了超過9.3噸炸藥運輸車橫躺在了路面上!所幸的是炸藥運輸車沒有起火爆炸,現場專業人員及時將事故處理完畢後恢復通行。
  • 在爆炸中永生——炸藥之謎
    人們感到大地在顫動,許多人都以為發生了地震。原來,城東的諾貝爾家的住宅附近,發生了一場罕見的爆炸。屬於諾貝爾家的大平房實驗室,隨著一聲巨響變成一片瓦什礫。進行實驗的五個人全部死於非命。老諾貝爾的小兒子埃米也在這次爆炸中喪生。這樣的爆炸力是人們從來沒有見識過的。政府明令禁止在城裡製造炸藥,諾貝爾一家只好把設備搬到;x距離德哥爾摩較遠的馬拉湖面的一隻平底船上。
  • 媒體解析21噸TNT炸藥的爆炸是什麼威力
    TNT當量,又稱爆炸當量,用於估算爆炸釋放的能量,質量單位通常以千克或噸來計量,而核武器的威力衡量通常用「萬噸」。1噸TNT釋放能量相等於4.2千兆焦耳。3噸TNT的威力有多大?據@中國地震臺網速報從波形記錄結果估計,天津港瑞海公司所屬危險品倉庫發生的第一次爆炸威力相當於3噸TNT。
  • 烏克蘭發生汽車爆炸 爆炸當量相當於600克TNT炸藥
    (原標題:烏克蘭敖德薩市發生一起汽車爆炸)新華社基輔7月24日電烏克蘭南部黑海港口城市敖德薩24日發生一起汽車爆炸事件。爆炸中沒有人員傷亡,但造成車輛被毀以及附近商店的櫥窗破碎。
  • 貴州福泉兩車載70噸炸藥爆炸
    昨日11時30分許,貴州省黔南州福泉市馬場坪收費站附近,兩輛運送炸藥車輛在一汽修廠檢修時發生爆炸。 在汽修廠檢修時爆炸 至少7死264人傷 附近一中石化加油站房頂被炸塌早報記者 權義 昨日11時30分許,貴州省黔南州福泉市馬場坪收費站附近,兩輛運送炸藥車輛在一汽修廠檢修時發生爆炸。
  • 答澎友 | 相當於21噸TNT炸藥的爆炸,是什麼威力?
    答澎友 | 相當於21噸TNT炸藥的爆炸,是什麼威力?TNT當量,又稱爆炸當量,用於估算爆炸釋放的能量,質量單位通常以千克或噸來計量,而核武器的威力衡量通常用「萬噸」。1噸TNT釋放能量相等於4.2千兆焦耳。3噸TNT的威力有多大?
  • 海南一農民拆解鞭炮自製炸藥發生爆炸 致4死1傷
    新華網海口2月12日電(記者 馬超)記者從海南省白沙黎族自治縣獲悉,11日中午,海南省白沙黎族自治縣一農民在拆解鞭炮火藥自製土炸藥時發生爆炸,爆炸致4人死亡、1人受傷。
  • 一公斤化學炸藥爆炸和一公斤煤燃燒,哪個釋放的能量高?
    一般我們將炸藥的標準標定為TNT,這是因為TNT已經成了炸藥界的標杆,基本所有的爆炸物當量都會以TNT作為對照標準!我們將煤炭的能量和TNT的能量對比下,到底哪個更高一些!一公斤TNT的能量約為:4180000焦耳!
  • 民用炸藥和軍事炸藥在爆炸威力與性能有何區別?看完漲知識了
    所以它在本質上與軍用炸藥沒什麼區別,一樣的強調爆炸威力與性能。不過在大體的區分上,像黑索今、梯恩梯、太安、奧克託今這些都會被歸類到高能炸藥中去,而民用的銨油、硝銨、乳化炸藥之類往往只是添加高能炸藥成分,單論絕對的爆炸威力還是不如軍用炸藥。如果是TNT炸藥的話,可以參考手榴彈的裝藥。一柄二戰的M24木柄手榴彈,殺傷半徑10米。
  • 地球爆炸的威力有多大,會炸掉太陽嗎?
    地球質量是太陽的33萬分之一,體積是太陽的130萬分之一,一個百萬分之一的玩意在你面前爆炸,你覺得會有威脅嗎?當然這也是一個仁者見仁智者見智的問題,不同的爆炸性質能量釋放方式,會有不同的結果。我們現在來用一個足球打比,如果把太陽比作一個足球,國際比賽標準足球的直徑約21釐米左右。
  • 用TNT 度量這個爆炸的世界:「黃色炸藥」到底是什麼?
    「這個地震有xxxx噸黃色炸藥的力量」,「這起爆炸相當於xxxx公斤TNT的威力」,常常會看到電視、新聞會用這樣的方式形容「爆炸」,雖然感覺很恐怖,但絕大多數的人畢生很可能連爆炸都沒看過,更別說對多少炸藥會造成多少傷害有概念了~到底常常拿來形容爆炸威力的黃色炸藥TNT
  • 把很強的炸藥放在一個足夠結實的鐵球裡,用引線點燃,那會怎樣?
    地球核心無時無刻不在大爆炸,理論上如直徑一千公裡的大鐵球,中心空洞弄個定時核彈鐵球會毫髮無損的,因為蘇聯大伊萬氫彈爆炸時我連聲音都沒聽到。鐵殼殼會發生變化,按彈性力學分析:從炸藥處到鐵殼殼的最外邊,每一個單元上受力(或者說:每一處)為徑向的壓力和周向的拉力,周向拉力在最核心部分是大於鐵的抗拉強度的,故鐵殼殼的核心部分是被破壞了,成流體!?碎片!?或粉狀!?,核心部分向外的某處到了破壞層邊界,再向外是縮性變形區域,再再向外是彈性變形區域,直到鐵殼殼外邊一直是彈性變形區域。
  • 湛江特大爆炸案告破:炸藥威力約20公斤TNT當量
    今天消息  湛江爆炸案追蹤  羊城晚報訊 記者袁增偉、通訊員湛公宣:今天上午,記者從湛江市公安局獲悉,該市坡頭區「2·13」特大爆炸案已告破。  2月13日13時50分,湛江市坡頭區官渡鎮黎田村發生一起特大爆炸案,共造成7人死亡、18人受傷。案發後,省、市、區三級公安機關聯合專案組經過連續75小時的奮戰,目前已查清犯罪嫌疑人陳釋麟的犯罪動機、犯罪過程和相關事實證據。此前備受社會關注的炸藥為嫌疑人購買原料後自製,現場爆炸威力約為20公斤TNT當量。
  • 臺媒:天津濱海爆炸威力相當於引爆21噸黃色炸藥
    參考消息網8月13日報導 臺媒稱,天津塘沽濱海新區貨櫃場爆炸意外,截至目前為止造成至少17死、400多人受傷。爆炸威力強大在30秒內引發2次規模2.9地震,就連附近大樓的大門都被震倒,大樓內的監視器畫面也瞬間失靈。
  • 【前沿技術】用中紅外吸收光譜分析高爆炸藥爆炸過程
    ---------- 獲取更多信息,請關注我們 ---------- 美國太平洋西北國家實驗室的研究人員採用寬帶可調諧掃頻紅外外腔量子級聯雷射器,測量高爆炸性炸藥的吸收光譜,分析爆炸傳播過程。
  • 詳解《拆彈專家2》裡那些炸藥的問題,核彈水下爆炸要恐怖多了
    使用時先拉動拉火環,帶動拉火繩,引起拉火簧與火帽摩擦發火,點燃了導火索,導火索再點燃雷管,最後由雷管引爆彈體裡的炸藥。這也就是說長柄手榴彈只有一道保險——拉火繩,拉動拉火繩,手榴彈就進入了起爆程序,無論是扔出去還是緊握在手裡,幾秒鐘後當雷管被激活,那麼就將引爆整個手榴彈。 再來說說劇中多次提到的C4和黑索金,這兩種都是炸藥,只不過是不同的炸藥品種而已。