在愛因斯坦出現之前,人們一直認為質量和能量是兩個互不相干的東西,沒有任何關系。 然而,愛因斯坦告訴我們,質量和能量不僅可以相互轉化,而且本質上它們實際上是同一件事。 質量只是能量的一種表現形式。
愛因斯坦不僅向我們解釋了質量和能量之間的關系,而且還闡明了兩者如何通過方程進行轉換。 這就是著名的質能方程E=mc∧2。 在這個方程中,E代表能量,m代表物體的質量,c代表光速。 從質能方程可以看出,只需少量的質量就可以轉化為極其巨大的能量。 因為光速是/s,光速的平方是一個非常巨大的數字核反應,所以即使是一根粉筆,如果完全轉化為能量,也可以轉化為能量。 ,也會擁有毀滅一切的力量。
那么如何將質量轉化為能量呢?
物理效應顯然不起作用。 無論你如何踩著馬把一塊粉筆磨成粉末,它也只是改變了它的外在形式。 如果你能收集到這些粉末,你會發現它們的總質量和以前一樣。 粉筆尖完全相同。 如果物理效應不起作用,化學反應能起作用嗎? 日常最常見的化學反應是燃燒。 通過燃燒,一種物質會與其他物質發生反應核反應,生成新的物質。 二氧化碳和水是最常見的燃燒產物,燃燒產生的熱量就是這種化學反應的結果。 能量被釋放。 如果有能量釋放,是否意味著質量減少了? 這在理論上是正確的。
從質能方程可以看出,只有一根粉筆才能釋放破壞性能量。 那么為什么燒了幾公斤煤后,只點起一點小火呢?
誠然,化學反應也會造成質量損失,但質量損失和我們想象的不一樣。 幾公斤的煤燃燒后會變成幾盎司的煤渣。 看似損失了大量的質量,但實際上這些所謂的質量損失并不是真正的損失。 它們只能化作氣體和塵埃散落出去。 ,如果我們能收集所有燃燒產生的煙塵,我們會發現總質量與燃燒前相比根本沒有變化。 即使您使用最精確的稱重儀器,您也無法檢測到質量的某些變化。 既然質量沒有變化,為什么說化學反應也會造成質量損失呢?
由于化學反應前后的質量相等,長期以來人們一直認為化學反應不會產生質量損失。 直到核反應的出現,人們才認識到化學反應也會產生質量損失,但只是損失。 振幅極小,小到無法被察覺,化學反應產生的熱量就是由這微小的看不見的質量損失產生的。
既然化學反應不能產生可見的質量損失,那么質量如何轉化為能量呢? 當然,它依賴于核反應。 一般來說,我們所說的核能可分為三類:核裂變、核聚變和放射性元素自然衰變。 放射性元素會經歷自然衰變,衰變實際上是釋放一些粒子并將其轉化為另一種元素的過程。
例如,钚238由94個質子和144個中子組成,在衰變過程中會釋放出兩個質子和兩個中子,從而變成鈾234。 這個過程會造成一些質量損失。 質量以熱量的形式釋放。
與放射性元素的自然衰變相比,核裂變和核聚變造成的質量損失更加明顯,因此釋放的能量也更大。 核裂變是一種較重的元素裂變成兩種較輕的元素,而核聚變則是兩種較輕的元素聚變成一種較重的元素,會產生顯著的質量損失,因此會釋放出巨大的能量。 以廣島原子彈為例。 事實上,名為“小男孩”的原子彈僅僅損失了不到1克的質量,產生的能量就造成了如此巨大的破壞。
我們知道質量如何轉化為能量,但是能量如何轉化為質量呢?
能量很難直接轉化為我們所熟悉的質量,但質量以多種不同的形式出現。 通常我們所說的質量是指物體的靜態質量,但物體除了靜態質量外,還有動態質量。 目前我們還不能直接將能量轉化為靜態質量,但是我們可以將能量轉化為動態質量,比如用能量來驅動汽車就是一個將能量轉化為質量的過程。 例如,在大型強子對撞機中,我們可以通過輸入10∧9ev能量將電子加速到每秒0.9964米。 這是能量轉換為移動質量的典型例子。