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

2020-12-05 六分鐘科普君

愛因斯坦曾經在黑板上寫下一個「錯誤」的公式,這個公式就是「6-3=6」,什麼?6-3不是等於3嗎,怎麼會等於6呢?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,質量或者能量只能從一種形態轉化為另一種形態。

愛因斯坦6-3公式解釋質能守恆定律

舉個最簡單的例子,平時我們燃燒木頭的時候,我們感覺木頭在燃燒之後,質量會越來越輕,當木頭燃燒完之後最終只剩下一堆木炭,這是否說明木頭消失了呢?其實木頭沒有消失,它只不過從木頭的形態變成了二氧化碳、一氧化碳、微小固體顆粒和其他物質,還有釋放熱能,而這些物質和能量未來經過化學反應和物理反應之後依然可以變回一塊木頭,所以本質上木頭並沒有消失,它只不過暫時從木頭變成其他物質,並且還轉化成一部分能量,這就是質能守恆定律,根據質能守恆定律,物質可以轉化為能量,能量同樣也可以變回物質,不過這僅僅是理論上的結論,因為在現實生活中,物質轉化為能量隨處可見,但是能量轉化為物質幾乎很難遇到,甚至讓我們有點懷疑能量到底能不能轉化成為物質,問題來了,為什麼能量那麼難轉化成為物質呢?

木炭燃燒不影響地球重量

物質轉化為能量之所以隨處可見,因為它隨時隨地都在發生,比如木頭燃燒釋放的能量(熱能)、汽油燃燒釋放出的能量(熱能和動能)、水電站產生的電能……幾乎每天都在身邊發生,因此這種現象很常見,但是能量轉化為物質卻幾乎看不見,你看見過熱能轉化為木頭嗎?看見過熱能和動能轉化為石油嗎?看見過電能轉化為水嗎?幾乎沒見過吧!能量轉化為物質之所以如此困難,主要原因有兩點。

第一個原因:必須具備能量收集技術

根據質能守恆定律,要想讓能量轉化為同樣質量的物質,那麼就需要收集或者產生這個質量物質釋放同等的能量,比如1千克的煤炭可以釋放出5000大卡的能量,那麼要想形成1千克的煤炭需要收集或產生5000大卡的能量去發生反應才可以;一顆一噸重的原子彈爆炸釋放的能量為2萬噸TNT當量,同樣需要收集2萬噸TNT爆炸產生的能量才能轉化為1噸重的原子彈,目前人類可以收集或者產生比較小的能量,比如5000大卡的能量容易收集或者產生,但是2萬噸TNT爆炸產生的能量就很難收集,能量越高收集或者產生的難度就越大,這是一個難點。

原子彈爆發釋放巨大能量

第二個原因:必須實現瞬間發生

收集或者產生能量可能對人類來說比較容易,可是要讓這些能量與物質瞬間發生物理反應和化學反應就很困難了,比如煤炭燃燒的時候不僅僅釋放5000大卡能量,還是釋放二氧化碳、固體顆粒等其他物質,人類既要收集5000大卡的能量,然後把這些能量與煤炭燃燒後產生的其他物質瞬間發生反應,才能讓這些燃燒後的物質從新變成1千克的煤炭,這是目前人類科技根本無法實現的,人類連讓能量與這些物質產生反應變成煤炭這個原理還沒弄清楚,更不用說讓它們瞬間發生能夠形成煤炭的反應了,而且要想讓能量轉化為物質,必須主動收集能量,然後主動讓這些能量瞬間與物質產生反應才可以,也就是說如果不是主觀去做的話,幾乎不可能讓能量轉化為物質,換句話說自然是不可能發生能量轉化為物質現象的,只有人類主動去做才可能實現能量轉化為物質,可是目前人類的科技又不具備讓能量轉化為物質,因此我們根本看不見能量轉化為物質的過程。

唯一一次能量轉化為物質事件:宇宙大爆炸事件

目前人類已知唯一一次能量轉化為物質的事件就是宇宙大爆炸,在宇宙大爆炸之前,奇點蘊含巨大能量,而且爆發是發生在一瞬間,於是就產生了宇宙萬物,而這些物質經過長時間物理變化和化學變化最終形成地球和人類,目前人類科技還無法實現讓能量轉化為物質,但是這並不代表未來不可以,或許物質轉化為能量需要更高文明等級甚至宇宙頂級文明才可以,宇宙萬物誕生可能就是由最高級文明創造的,不然怎麼可能打破物質和能量不會憑空產生和消失這條自然界最基本的規律(質能守恆定律)。

孫悟空憑空變成金箍棒,可能就是能量轉化為物質的其中一種實際運用

有人認為,西遊記中的孫悟空憑空變出物質可能並非是神話傳說,應該就是能量轉化為物質的其中一種實際運用,只不過人類目前還沒有掌握罷了。

相關焦點

  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 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!
  • 人類的科技難題:物質可以轉化為能量,那能量能轉化成物質嗎?
    人類的科技難題:物質可以轉化為能量,那能量能轉化成物質嗎?相信我們大家都聽說過物質轉化為能量的這個說法,例如我們生活中所經歷的蠟燭現象,就是一個很典型的例子,一個蠟燭原本是一個物質的狀態,但是將它燃燒殆盡,它會轉化為光和熱甚至是煙霧,這就是一個物質轉化為能量的過程。但是物質轉換能量的現象我們經常看到,不過能量轉化物質的過程我們確實見得很少。
  • 物質與能量轉化的奧秘
    最近聽聞有人把其中的英文C解釋為「意識」,順著這個思路,我嘗試定義M為禪定力,於是有:能量=禪定力×意識²。我把這個「公式」解釋為:禪定力越高深,其意識所」聚焦之處」越是穩定和清晰,其質量越是清純,越無雜染,所以能量的顯現效率就越快速且精確。(編者註:禪定力越強,質量M越大;意識越純粹,越接近光速C;最終的能量E就越大。
  • 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?
  • 4123.物質能量轉化守恆定律
    2018.11.19世界是物質的,物質存在各種形態,光子形態是其中之一。所以,原子和光子之間可以相互轉化,光子和電子之間可以相互轉化,質量不變,是為物質能量轉化守恆定律。物質能量轉化守恆定律告訴我們:能量不會憑空產生,或者由電子聚變形成,或者由原子裂變形成,或者隱藏在其他物質形態之中。
  • 物質到底是哪來的?人類有辦法把能量轉化為物質嗎?
    而在後一篇中,愛因斯坦統一了能量和質量。但是愛因斯坦對於能量與質量的統一是和大多數人理解得不一樣的。我們平時常常會聽到「質量轉化為能量」這樣的用法,其實這個說法並不準確。在這篇論文中,愛因斯坦提出的統一思想是這樣的,他認為質量和能量其實是一個東西,是一體兩面的,能量裡有質量,質量裡有能量。(關於這一點,詳情可以查一查愛因斯坦當年的論文,或者可以看看大學物理學教材。)
  • 物質可轉化為能量,那麼能量可以轉化為物質嗎?
    如果您認可宇宙暴漲論的話,那麼恭喜您,我們的宇宙最早就是由一團緻密的能量所轉換來的!我們整個宇宙中的所有物質都是由暴漲後形成的物質所演化而成的,一直到現在仍然在不斷的進程中!暴漲初期的物質形成過程!從這一個角度上來看似乎完全是沒有問題的,但這也太遙遠了,而且這個奇點的條件似乎難以企及,那麼我們人類能將能量轉換成物質嗎?其實也可以,只不過這個代價實在有點大!
  • 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。
  • 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。
  • 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?
    實際上能量和質量之間的轉化很難,別說能量很難轉化為質量,即使質量轉化為能量也很難。大家千萬不要把日常的燃燒、爆炸,簡單地看成是質量轉化為能量。燃燒、爆炸屬於化學反應,它們遵循質量守恆定律,也就是說,這個過程中質量並沒有減少,質量並沒有轉化為能量,只是不同能量之間的轉化,是貯存在物質裡的化學能轉化為內能。
  • 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?
    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。
  • 按照質能方程E=mc^2,能量能轉化為物質麼?
    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。(都是超越諾獎級的發現)其中,最後兩篇後來被我們統稱為狹義相對論。質能方程就是發表在這一年的最後一篇論文當中。
  • 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? 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。
  • 初中生物知識點梳理之光合作用過程中的物質轉化和能量轉化
    光合作用過程中的物質轉化和能量轉化       光合作用的實質上是綠色植物通過葉綠體.利用光能,把二氧化碳和水轉化成儲存著能量的有機物(如澱粉),並且釋放出氧氣的過程。         可以概括出兩個方面:一方面把簡單的無機物轉化成複雜的有機物,並且釋放出氧氣,這是物質的轉化過程;另一方面是在把無機物轉化成有機物的同時,把光能轉變成為儲存在有機物中的化學能,這是能量的轉化過程。
  • 物質通過核反應變為能量,那麼能量能否轉變為物質?條件是什麼?
    「物質」這個詞其實就是最容易混淆的物理概念。實際上,很多人會自然而然把「物質」和「質量」聯立起來,似乎「物質」就是「質量」的載體。事實上,並不能這麼去理解。在物理學中,並沒有給「物質」下過一個準確的定義,原因其實也很簡單,因為根本沒有辦法進行量化分析。而「質量」和「能量」則是實實在在的物理概念。
  • 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?
    現在人類只知道1克反物質與1克正物質湮滅能夠得到完美的質能轉換,質量全部可以轉化為能量。除此之外,還沒有辦法在實踐上提升物質的質能的轉化率,得到比核聚變更高的能量轉化率。因此只能轉化率還是很低的。但即便如此,人類掌握的質量轉化為能量技術也遠遠勝過了能量轉化為質量技術,可以認為,目前的人類還沒有掌握把能量轉化為質量的開門鑰匙。目前的認知是,能量轉化為質量技術要求更高,需要比質能轉化高出很多的消耗。理論上900萬億焦耳的能量可以製造出1克物質。
  • 從物質與能量轉化的角度來探討,理解人體內部的變化規律
    只是,對物質和能量的定義,也是在不斷的認識和擴展中;簡而要之,世界是由物質和能量組成的。什麼是物質?就是指具有相對固定的形態結構的存在,物質有固態、液態、氣態和粒子態,現在增加了暗物質和反物質的概念;那什麼又是能量呢?