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 。
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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 。
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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 。
【能量|一根筷子所含的能量,可以让一座湖泊沸腾?认识爱因斯坦质能方程】
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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 。
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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 。
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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?
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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 。
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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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总之 , 用一根筷子的能量来让一座湖泊沸腾 , 理论上可行 , 但现实不行 , 只有当人类制造出所有种类的反原子后 , 才有可能做到 , 大家对此怎么看?有趣的科学探索内容请关注唯一微信公众号:有趣探索
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