人類為什麼不能用能量轉化物質?質能方程到底告訴我們什麼?

2020-12-06 寒武紀科學館

有人提問:如果能量守恆定律是對的,人類為什麼不能用能量轉化物質?

對於這個問題首先要申明一點,能量守恆定律是對的,無論是在地球上還是在宇宙中,能量守恆定律是熱力學第一定律:能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,它只能從一種形式轉化為其他形式,或者從一個物體轉移到另一個物體,在轉化或轉移的過程中,能量的總量不變。

能量包括物體的動能、勢能、內能、電能等等,但是本質上是物質內部原子、電子等粒子做複雜運動的結果,能量不能離開物質而單獨存在。

最重要的一點是,能量和物質是不同的兩種形式,無法相互轉化,物質是物質,能量的能量。但是能量與物質有密切的關係,能量可驅使物質循環,物質是能量的載體。

很多人舉反例說植物能將光能轉化為物質,這種說法很明顯是錯誤的。光合作用的本質是植物將光能轉化成化學能儲存在有機物中,這還是涉及到能量之間的轉化,而非能量轉化為物質,只是這個過程發生在植物體內。

其次,來自太陽的光子也是一種基本粒子,是傳遞電磁相互作用的基本粒子,是一種規範玻色子,是電磁輻射的載體,所以光子也不是能量,不是所謂的光能,它只是來自太陽電磁輻射的一種運載體。

光的雙縫幹涉試驗

質能方程是愛因斯坦提出的一個簡潔而又偉大的方程,但是也並沒有說物質和能量能相互轉化。

經典力學中,質量和能量之間是相互獨立、沒有關係;在相對論力學中,能量和質量只是物體性質的兩個不同方面。

質能方程只反映質量和能量在量值上的關係,二者不能相互轉化,同時也說明物體的質量和能量是不可分割而聯繫。一方面,任何物質系統既可用質量m來標誌它的數量,也可用能量E來標誌它的數量;另一方面,一個系統的能量減少時,其質量也相應減少,另一個系統接受而增加了能量時,其質量也相應地增加。也就是說在一個封閉系統而言,質量是守恆的,能量也是守恆的。在物質反應和轉化過程中,物質的存在形式發生變化,能量的形式也發生變化,但質量並沒有轉化為能量。

在宇宙誕生時,能量伴隨物質而生,儲藏在物質中。宇宙中的能量和物質的總量是不變的,但是隨著宇宙的膨脹,單位空間所包含的能量和物質的總量卻一直在減小。類似於放個屁,隨著時間推移屁味變淡,就是因為它在空氣中擴張了,單位空間內屁的濃度降低了。

能量守恆和質量守恆兩條定律至少是我們人類可觀測的量子宇宙時空之中的公理,人類不可能逾越它們而發展。

所以人類根本無法用能量合成物質,類似能量合成物質說法的都是錯誤的,是一種誤常識性誤導。

對於這些事,你怎麼看,歡迎小夥伴們在下方評論區發表自己的觀點和看法。

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相關焦點

  • 人類為什麼不能用能量轉化成物質?質能方程到底告訴我們什麼?
    有人提問:如果能量守恆定律是對的,人類為什麼不能用能量轉化物質?但是能量與物質有密切的關係,能量可驅使物質循環,物質是能量的載體。 很多人舉反例說植物能將光能轉化為物質,這種說法很明顯是錯誤的。光合作用的本質是植物將光能轉化成化學能儲存在有機物中,這還是涉及到能量之間的轉化,而非能量轉化為物質,只是這個過程發生在植物體內。
  • 愛因斯坦質能守恆定律究竟對不對?人類為何不能用能量轉化物質?
    各種各樣的物質組成了宇宙,所以地球也是由這些物質組成的,人類的生存與發展也離不開這些物質,人類利用這些物質獲得能量,而這些能量推動了人類文明的發展。從一開始的鑽木取火,到現在的石油天然氣的燃燒,這些物質都在為人類不斷的提供能量。愛因斯坦曾經提出過一個非常著名的方程,名叫質能方程。
  • 按照質能方程E=mc^2,能量能轉化為物質麼?
    質能方程的由來要了解這個問題,我們就要先把質能方程搞明白。或者說,我們應該搞明白的是物質、質量和能量這三者的關係。這要從1905年說起了,這一年是愛因斯坦人生當中最高光的時刻了。在這一年,愛因斯坦接連發表了多篇開創性論文。
  • 為什麼物質轉化能量容易,而能量轉化物質卻非常難?
    大家已經非常習慣了,認為物質轉化能量不是很正常的一件事嗎,但是很多人卻沒有想過這樣一個問題:根據愛因斯坦的質能方程,物質和能量是可以相互轉化的,也就是物質可以轉化為能量,同樣能量也可以轉化物質。如果能量也可以轉化物質,我們就可以用能量造出煤炭,木頭,黃金,鑽石等物質,可以說只要是物體,都可以通過能量來轉化。
  • 為什麼物質轉化能量天天出現,能量轉化物質卻只出現過一次!
    在我們居住的世界,物質轉變成能量是隨處可見的,無論是炸彈爆炸,還是物體的燃燒,都是物質轉化為能量,但是愛因斯坦在他的質能方程裡也告訴了我們,除了物質轉化為能量,能量同樣也能轉化為物質,但是我們只要放在一起比較,就會發現物質轉化為能量隨處可見,但是反過來讓能量轉化為物質卻很難!
  • 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?
    狹義上理解,能量和物質是分開的,兩者可以相互轉化,比如兩個高能光子相碰,就有可能產生正負電子對;廣義上理解,能量和物質則是統一的。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)。
  • 網友問:根據質能方程,能量可以用千克來計量嗎?
    一般情況下能量不能稱斤按兩來計量,但是我們可以藉助相對論的質能方程,把能量等價轉化為質量。質能方程愛因斯坦提出著名的質能方程,該方程描述質量和能量是統一的,或者說質量是能量的表象之一,利用質能方程,無論能量以什麼形式存在,都將對應一個質量,對於1斤(500克)的質量,按照質量方程計算出來的能量為:E=mc^2=0.5*(3*10^8)^2≈4.5*10^16J相當於125億度的電能,目前全世界每年的總耗電量約為25萬億度,那麼125
  • 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。
  • 物質轉化能量很容易,為何能量轉化為物質卻很難?這裡告訴你原因
    大家以為愛因斯坦老了,變糊塗了,不然如此簡單的數學公式都會算錯,其實愛因斯坦沒有錯,錯的是我們,我們一直以傳統思維去看待這個公式,而不是用發散思維去看待,如果使用發散思維去看待這個公式的話,你會發現這個公式不僅沒有錯,而且深刻的揭示自然界中存在的一個基本規律,這個規律就是著名的質能守恆定律,所謂質能守恆定律就是在一個獨立的系統中,裡面的物質不管發生什麼反應,不管是物理變化還是化學變化,獨立系統的總質量和總能量都不會改變
  • 一口氣搞懂質能方程
    他會說,根據愛因斯坦的質能方程:那這個說法對還是不對呢?我們直接給出解釋:並不對。如果非要評選一個人類史上最著名的公式,這個質能方程很有可能是第一名,實在太好記了。但如果要評選一個人類史上誤會最深的公式,那質能方程應該可以穩居第一名。
  • 被人類誤解最深的公式:質能方程,隱含著宇宙構成之謎
    誤會最深的物理學定律質能方程一直以來都是被誤解的最深的物理學公式。有人認為它是原子彈和氫彈的原理,還有人把這裡表達的質能關係搞錯。那我們先從把質能方程當成是指製造原子彈和氫彈的原理的說法說起。這個說法到底對不對呢?
  • 我們能不能批判愛因斯坦的質能方程E=mc²?
    我們知道動能是一種能量,在牛頓力學中,動能正比於質量以及速度的平方。那麼,在愛因斯坦的質能方程中,能量肯定也正比於正比於質量以及速度的平方,所以這裡的速度無論是不是光速,至少速度一定是平方項,而不能是你說的一次方或者三次方,這個是最簡單也是最重要的物理分析——量綱分析。
  • 物質到底是哪來的?人類有辦法把能量轉化為物質嗎?
    質能方程其實關於這個問題,也就是能量到物質的轉變,無論是在宇宙中,還是在人類的實踐都實現過了。但是要了解這個問題,我們要從最本質的問題出發,那就是愛因斯坦的狹義相對論。話說在1905年,愛因斯坦提出了4個具有開創性的科學理論。
  • 如果能量守恆定律是正確的,人類為什麼不能用能量轉化物質?
    能量不能憑空產生,也不能憑空消失,不同能量之間可以互相轉化。能量守恆定律肯定是對的,但對的也不一定能使能量輕易變成物質質量。當然能量都對應著質量,這從愛因斯坦的質能關係式中可以看出。愛因斯坦不過,愛因斯坦的質能關係式E=mC^2隻是揭示了物質能量和質量之間對應的數量關係,而非指一定能轉化。
  • 質能轉化也有限,能量開發任重道遠,1個粉筆頭夠全人類喝幾壺?
    有人說,根據質能公式,1個粉筆頭的質量轉化為能量就可以供應全球人類喝開水100年。這實在是信口開河,毫無根據。質能轉化也是有限的,不能隨意想像。現在我們就來討論一下,一個粉筆頭全部質量轉化為能量,夠世界人民喝幾壺的問題。先來了解一下質能方程是什麼?
  • 從質能方程到理解普通物質的本質,再到暗物質時代構想
    相對論中最重要的一個公式就是質能方程:E=mcc。這個公式大家熟知,可是其中蘊含的含義,大家並不一定知道。首先,我們比較熟知的是物質的質量能轉化為能量。轉化的能量就是前後質量只差乘以光速的平方。我們用一克物質完全轉化為能量來算算。
  • 如果能量守恆定律是對的,人類為什麼不能用能量轉化物質?
    1905年,愛因斯坦提出了著名的狹義相對論,同時推導出了影響深遠的質能轉換公式E=mc ,於是有人根據它這一公式製造出了能量巨大的核彈。
  • 能量重新轉化成物質可行!
    能量重新轉化成物質可行!物質是可以生成能量的,而且我們在生活中時時刻刻都在見證物質轉化成能量的過程,比如說煤炭燃燒釋放出熱能,石油的利用等。那麼這裡就出現了一個疑問,這個過程可以逆反嗎?也就是說能量變成物質可行嗎?
  • 我們該如何理解愛因斯坦質能方程
    生命很短,害怕是沒有用的。我們冒著生命危險來到世界上,就意味著冒著生命危險離開世界。所以別人眼中的我,是別人的。我自己眼中的我,才是真正的我。我們來不及做很多事,更來不及去後悔。但我乘著來得及的時候,寫今天這篇文章。該文是關於如何理解愛氏質能方程的內容。寫這一篇文章,當然是因為它和前面的很多章節是有密切聯繫的。