核武器把質量轉化為能量,我們能反其道而行把能量轉為質量嗎?

2020-09-03 萬象經驗

世界上最著名的公式非愛因斯坦的質能方程莫屬,它是從狹義相對論得出的關於質能和能量之間的關係。就算是沒學過物理的人,也知道原子彈的巨大威力,而原子彈的理論基礎就是該公式。質量和能量是事物的兩個方面,當核武器發生核反應時,不管是聚變反應還是裂變反應,它都將失去質量轉變為巨大的能量輸出。



從理論上講,1克的物質可以轉換為9×10^13焦耳的能量。可能很多人對這個數字沒什麼概念,為了讓大家了解這個能量的巨大,我們舉個生活中的例子。假如這1克物質產生的能量可以全部轉化為電能,那麼它可以提供一個100瓦的燈泡持續點亮28萬年。



可能很多人都有這樣一個疑問,目前的技術已經可以通過核反應把質量變為能量,並用於和平用途,例如核反應堆發電。根據質能方程,我們是否能反其道而行,把能量轉換為質量存儲起來呢?能量轉換為質量肯定能實現的,不過要大量做到這一點,目前實踐上還是做不到的。現在我們來看看為什麼。

在實驗室中,我們能看到一種能量非常高的射線——伽馬射線很輕易就能轉化為電子和正電子,正電子是電子的一種反物質。這時,我們看到能量和物質的轉換過程就顛倒過來了,能量通過這種方式轉化為質量。但是這時形成的都是很輕的粒子,其質量基本上接近於零,用這樣的原理能轉換更多更大的物質嗎?



以目前人類的技術來講,答案是否定的。我們前面已經講過,1克的物質可以完全轉化為9×10^13焦耳的能量,同樣也需要這麼多的能量才能轉化為1克的物質。也就是說,燃燒2.6億升汽油生成的能量才能產生1克的物質,這需要耗費數十億的資金。

即使有人不惜傾家蕩產收集能產生1克物質的能源,想創造一次驚天動地的世界紀錄,技術上也還是無法做到。原因很簡單,我們無法把這麼龐大的能量一次性集中在一個很小的空間之中。如果你的體積不夠充分小,它也就不能轉化為質量了,例如全球範圍內產生的能量足夠大,但是也不能轉化為質量。



雖然我們目前的技術還不能在地球上實現這一點,但是從理論上來講,它是可能的,並且宇宙的某種機制已經實現了這一點。根據科學家的推斷,宇宙早期是一團能量,在某種物理機制下,它的能量轉化為了我們目前所看到的物質。

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  • 核武器把質量轉化為能量,我們能反其道而行把能量轉為質量嗎?
    世界上最著名的公式非愛因斯坦的質能方程莫屬,它是從狹義相對論得出的關於質能和能量之間的關係。就算是沒學過物理的人,也知道原子彈的巨大威力,而原子彈的理論基礎就是該公式。質量和能量是事物的兩個方面,當核武器發生核反應時,不管是聚變反應還是裂變反應,它都將失去質量轉變為巨大的能量輸出。
  • 質能方程揭示質量可轉化為巨大能量,那麼能量可以轉化為質量嗎?
    愛因斯坦的質能方程揭示了物質質量與能量的等效關係,讓讓們知道了質量中蘊含著巨大的能量。著名的質能方程表達式為:E=MC^其中E為能量,單位為焦耳(J);M為質量,單位千克(kg);C為光速,取值約300000000米/秒(m/s)。
  • 哪些是質量轉化為能量的過程?質量和能量是等價的嗎?
    從愛因斯坦的質能方程(E=mc^2)來看,質量和能量在本質上是等價的。核聚變反應(比如氫彈和恆星)、核裂變反應(原子彈和核電站)、放射性衰變以及正反物質的湮滅反應,這些過程都是質量轉化為能量的過程。既然質能等效,並且質量能夠轉化為能量,反過來,能量也是能夠轉化為質量。在很多高能粒子加速器(比如大型強子對撞機)中,就是利用能量來產生新粒子,以驗證理論預言。
  • 依據質能方程可以將質量轉化為能量,能否用能量生成1g的質量呢?
    我們在日常生活中經常能聽到或者親身目睹物體的質量「轉化」為能量的例子,比如木材的燃燒、通過核裂變釋放能量來發電等等,而我們每天能看到的太陽,其之所以發光發熱,也是由於內部時刻發生著核聚變反應,通過「虧損」的質量形成了源源不斷的能量。
  • 人類已能按E=mC把質量轉化為能量,但能用能量生成1g質量?
    愛因斯坦愛因斯坦的質能關係式E=mc深刻揭示了物體的質量和能量之間的轉化和對應關係,不能把能量和質量簡單解釋為物質的一體兩面三,質量轉化為能量的真正解釋,物質不滅定律即質量守恆定律是正確的。我們平時看到很多所謂的質量轉化為能量的現象,比如說爆炸、燃燒、取暖等化學反應,嚴格說起來都是遵守質量守恆定律的,儘管放出很大的熱量,但幾乎並沒有減少反應物的質量,只能算是儲藏在物質分子鍵中的化學能向內能的轉化而已,實際上並不能算是質量轉化為物質。我們再來看看核聚變,這是大家公認的質量轉化為能量的典型例子。
  • 質能方程描述質量和能量是等價的,那麼能量可以轉化為物質嗎?
    在核聚變與核裂變中,質量發生虧損,然後釋放巨大的能量,這也是氫彈與原子彈的爆炸原理,理論上說相反過程的反應也是可以進行的,但是難度非常大。愛因斯坦的狹義相對論描述到,質量和能量可以相互轉化,也就是大名鼎鼎的質能方程,微小的質量可以轉化為巨大的能量,比如在廣島原子彈中,質量虧損還不到1克。
  • 質量可以轉化為能量嗎?
    有一個同學說,在鈾核的裂變的原子核反應的過程中,發生了質量虧損,因此放出了巨大的能量,根據愛因斯坦的質能方程是質量轉化成能量了,那麼質量守恆和能量守恆就不存在了,有些讀物或媒體、電視節目也有此類說法,你怎麼看這個問題呢?有興趣的話,可以留言討論。
  • 如何高效地把質量轉化為能量?黑洞是一個不錯的選擇
    質能轉換公式是全世界最著名的公式之一,它描述的是所有具有質量的物體都潛藏著巨大的能量。比如說,一隻五千克的貓,其質量擁有的能量能讓挪威這個國家供電一整年。但前提是我們有將貓所含有的能量完全提取出來的方法。但我們發現,要高效地將質量轉化為能量是件非常困難的事。
  • 物質可以轉化為能量,為啥能量很難轉化為物質?
    同時愛因斯坦又告訴我們物質和能量其實是同一個事物的兩個方面,也就是說質量和能量其實就是一回事,就好像一個硬幣的正面和反面,這也說明物質和能量其實是可以相互轉化的,不過物質轉能量比較簡單,比如原子彈爆炸。但是能量要轉化為物質就難的多了,為啥逆過程就很困難呢?今天我來談談這個問題。
  • 質量可以轉化成能量嗎?2
    關於前面提到的質量和能量的問題,我認為質量守恆和能量守恆是我們這個世界運行的普遍規律,放之四海而皆準。的確,在原子核反應中出現了質量虧損,同時放出了巨大的能量,相反的過程也會出現,但不能理解為質量轉化成能量,或能量轉化為質量。
  • 質量可以轉化成能量嗎?3
    前文提到愛因斯坦質能方程,我認為不能理解為質量和能量的相互轉化,而應該這樣理解:有質量的物體一定有與之對應的能量,有能量的物體也一定有與之對應的質量,質量與能量間的數量關係遵守愛因斯坦質能方程,而非相互轉化。
  • 有能量轉為質量的例子呢?轉換出來的物質是什麼?
    根據愛因斯坦質能轉換公式,核彈實現了質量轉為能量,那有什麼能量轉為質量的例子呢?傳說中的宇宙大爆炸就是能量轉換成了質量最大的案例,我們整個宇宙的質量都是從那麼一個緻密的能量團裡轉換而來,但似乎很難證明是不,我們現實生活中有這樣的案例嗎?
  • 為什麼黑洞是將質量轉化為能量的最有效的方式
    圖片來源:MINUTEPHYSICS愛因斯坦最著名的質能方程但它最明顯的後果之一,就是即使是少量的質量也能產生巨大的能量。在MinutePhysics 給出的這段視頻中,舉出的例子是,如果一隻貓的能量能夠被完全提取出來,那將可為挪威整個國家提供一年的電力。不幸的是,事情並沒有那麼簡單。實際上,要從物質中提取能量是非常困難的。
  • 太陽不斷地把質量轉化成能量 這會致其重力降低嗎?
    太陽不斷地把質量轉化為能量,其中大部分能量永遠地離開了太陽(儘管聚變過程釋放的能量需要花上幾千年的時間才能到達太陽表面)。記住,極少量的質量轉化成大量的能量(參考:E=MC^2,核武器)。因此太陽不像許多人設想的那樣快地耗盡它的質量。
  • E=mc^2質量可以轉化成能量,但能否用能量生成質量呢?
    很多人對愛因斯坦的E=mc^2存在誤解,愛因斯坦並沒有說過質量轉化為能量或者能量轉化為質量。這個方程叫做質能等價方程,質量不是真正的實體,它只是能量的另外一種形態,我們測量物體的質量其實都是早測量能量,你也可以理解為能量和質量是一枚硬幣的兩面,本質都是硬幣。  下面我先通過公式和理論兩部分來解釋一下:  1905年是愛因斯坦年,他發表了多篇曠世奇文,並且獲得了諾貝爾獎。從那時起,物理學家們跳出原來以牛頓為首的經典物理框架,開始了一番新天地。
  • 網友問:在一次核爆中,會有多少質量轉化成了能量?
    質能方程指出,哪怕是微小的質量虧損,也會伴隨巨大的能量釋放,對於一顆30萬噸TNT當量的核彈,質量虧損大約是14克;1945年8月6日,美國在日本投放的廣島原子彈大約為2萬噸TNT當量,折算成質量虧損為0.93克。
  • 質量和能量可以相互轉化?不對,質量和能量根本就是一回事
    像時間和空間這樣看似並不相關,實際上卻是一體的還有質量和能量。質量和能量放在一起被稱為質能,而說到質能,我們就會想到質能方程,而提到質能方程,我們很容易就會想到提出質能方程的愛因斯坦。很多人誤會了愛因斯坦,也誤會了質能方程,他們認為質能方程說明了質量和能量可以相互轉化,而事實上這種說法是錯誤的,質量和能量無法相互轉化,因為二者根本就是一個整體,又何來轉化呢?在質能方程中,這一點體現得極為明確,質量等價於能量。正是因為質量守恆、能量守恆,所以才有了質能守恆。為了便於理解,我們還是可以從物質運動的角度去思考這個問題。
  • 質量轉化為能量?愛因斯坦真沒這麼說過,人類被誤導了100多年
    筆者-小文核武器是當今世界上威力最強的武器之一,普通人對這種殺傷力和破壞力驚人的武器敬而遠之,但在科學家的眼裡,這不過是一對原子集中在一起瞬間爆發出的巨大能量而已。因此,在愛因斯坦提出狹義相對論的時候,愛因斯坦是不知道原子中蘊含的巨大威力的,而質能方程式也只是愛因斯坦從物體慣性和它自身能量的關係中推導出來的。
  • 物質轉化能量很難,但能量轉化物質卻很簡單,人人都能做到
    而愛因斯坦最廣為人知的,大概就是他提出的質能方程式了,E=mc,簡單而又神奇,它為我們的科技提供無限的可能,由於地球傳統能源的枯竭,我們的目光總是聚集在物質轉化為能量上面。到今天,我們研究出了很多物質轉化為能量的方法,在這裡強調一下,煤和石油等等物質的燃燒不是物質轉化為能量,物質轉化為能量的方法可以分為三大類。
  • 質量乘以光速的平方,這就是能量,一個小物體就擁有巨大的能量?
    ,虧損的質量會以能量的形式表現出來,當我們把質量和能量放在一起來看待的時候,就真正實現了守恆,這就是質能守恆。在這個公式中,E就是能量,m是物體的質量,c代表光速,也就是說一個物體所蘊含的能量就等於這個物體質量乘以光速的平方。這可是一個了不得的公式,而其所代表的意義就更是了不得,因為光速是每秒299792458千米,而光速的平方無疑是一個天文數字,也就是說無論一個物體的質量多麼微小,其所蘊含的能量都是極其巨大的。