在我们看来,物体的能量与质量并没有多大关系,比如高速飞行的子弹动能很大,但质量却很小,比如固定不动的楼房,质量很大,动能却为零,传统物理学也是这么认为的,能量与质量既不成正比,也不成反比,没有任何对应关系。
但是在1905年11月21日,爱因斯坦在《Annus Mirabilis》论文中首次提出质量和能量的关系,随后便创建了质能方程E=mc²,E代表能量值,单位是焦耳(J),m代表物体质量,单位是千克(Kg),c则是不变常量光速299792458米/秒。
爱因斯坦的质能方程阐明了物质和能量的正比关系,一个有质量的物体就会存在能量,除非这个物体质量为0,显然这是不可能的,因此世间一切物体都蕴含巨大能量,树木、水、土壤、岩石、人体等等,都存在能量,即便是粑粑同样有能量。
如果我们只用质能方程简单计算,不考虑到其他因素,即便是非常轻的物体,所含能量也是大得离谱的,比如一根吃饭用的筷子,质量为5克,根据E=mc²公式,把m和c都代进去,E=0.005*299792458²,最后E=449377589368408焦耳。
看到这样的数字,大家可能觉得很枯燥无味,449377589368408焦耳到底有多大能量,能否让一座湖泊里的水变得沸腾?能否将一枚卫星送上蓝天?因为我们平时对那些看不见的能量大小根本就没有辨别标准,那么现在就来认识一下。
在物理学中,一公斤水温度要升高1℃,就需要吸收1大卡的热量,1大卡=4184焦,假设常温下水温为10℃,水若要烧开达到100℃,需要增加90℃,90大卡=376560焦,因此,一公斤水烧开共需要376560焦热量。
我们再来简单计算一下,根据质能方程算出,一根筷子蕴含有449377589368408焦能量,而一公斤10℃的水烧开需要376560焦热量,因此理论上,一根筷子可以将1193375吨水烧开,换句话说,一根筷子所含能量可以让一座湖泊内的水沸腾。
还有人说,一个2克重粉笔头所蕴含能量,足够让全球人类喝上一个世纪的开水。但实际情况是,即便一根筷子燃烧再怎么充分,顶多就是让一公斤水的温度增加个几度,连烧开都无法做到,如何才能将物体质量全部转化为能量呢?
不可否认,任何物体内部都蕴含惊人的能量,走进神奇的微观世界,你就会发现隐藏在微粒中的巨大能量,世界上的一切物质都由原子构成,原子又由原子核和核外电子构成,核外电子围绕原子核旋转,就像行星围绕太阳一样,原子核又由质子和中子构成。
原子中蕴含的能量足够巨大,在21世纪,人类仅仅只掌握了原子中的核裂变和核聚变能量,就已经制造出杀伤力极强的核武器,轻松毁灭一座城市,未来谁能释放原子中的全部能量,那么一定能制造出毁天灭地的超级武器,想想都十分可怕。
说了这么多,无非就是为了证明原子内部的确含有惊人的能量,怎样才能将原子内部的全部能量都释放出来呢?就像质能方程中一样,一根筷子释放出的全部能量理论上可以让一个小型湖泊的水沸腾,那么反物质能可以做到呢?
反物质理论认为,宇宙中的一切粒子都有与之对应的反粒子,即反物质,这就跟正电子和负电子一样,相遇后就会湮灭,当粒子与反粒子相遇时,发生爆炸,释放出比核裂变和核聚变还要大数倍的能量,最后一同湮灭。
反物质概念虽然早在1928年提出,离现在已经快过去一个世纪了,但是反物质研究依然没有获得重大进展,科学家仅制造出与氢原子配对的反氢原子,并且最长反氢原子也只能存在0.17秒,最后自然与空气中的氢原子碰撞湮灭,1秒钟都不到。
氢原子与反氢原子相遇,确实能释放出惊人能量,有研究报告指出,1克反氢原子与氢原子相遇湮灭后,释放出180000000000000焦耳能量,经计算,能将478011吨水烧开,如果有5克反氢原子,的确可以让一座小型水库的水沸腾起来。
但是目前人类仅仅只能制造出一种反物质-反氢原子,也许是受科技水平限制,也许宇宙只存在反氢原子,而一根筷子又由多种原子构成,碳,氢,氧,氮,钙,钾,镁,钠,锰,铁,磷,硫等,要制造出筷子中的全部反物质,现在显然无法做到,我们只有把希望寄托未来。
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