世界不思議

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。

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?

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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。

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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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