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人类是地球上最有智慧的生命,从人类诞生以后,人类就在不断的探索世界的奥秘,经过几千年的科技发展, 现在人类终于走出了地球看到了宇宙,这说明人类科技发展的速度还是非常快的,人类能够有如此之快的发展速度,主要是因为人类利用了地球上的能源,像煤炭、石油、天然气、可燃冰等等,这些都是地球经过十几亿年的地壳运动形成的,从人类进入工业革命之后,人类的科技发展速度快速提升,并且发明了很多先进的工具,先进的工具让人类发展的速度变得越来越快,其实人类能够有如此之快的发展速度,离不开人类历史上的科学家。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(1)

比如说爱因斯坦,爱因斯坦被称为是近代人类历史上最伟大的科学家,原子弹的爆炸和爱因斯坦有着密切的关系,如果没有爱因斯坦,那么人类可能到现在都无法制造出原子弹来,不过这里需要注意的是,原子弹并不是爱因斯坦制造的,而是爱因斯坦为原子弹的制造提供了理论基础,其方程式来自于狭义相对论中的质能方程E=mc²这个方程式说明了质量和能量的关系,其中E是能量,单位是焦耳,m是质量,单位是千克,c是光速,每秒大约是30万千米,在相对论中,动能定律是成立的,不过形式却不一样。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(2)

静止质量m的质点在力F的作用下,经过时间间隔dt,质量增加为dm,速度是v,位移为dx动量是dp总能量增量是dE,最终爱因斯坦通过计算得出E=mc²,爱因斯坦的这个公式将经典力学中的能量和质量融合在了一起,曾经牛顿提出经典力学之后认为,能量和质量是两个完全不同的概念,两者之间没有关系,但是爱因斯坦将能量和质量画上了等号,这说明能量和质量之间是可以相互转化的,在爱因斯坦的相对论中,解决了很多经典力学无法解释的问题,经典力学对于人类的作用很大,但是存在一定的缺陷,而爱因斯坦的相对论正好弥补了这一点。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(3)

而爱因斯坦的E=mc²方程式也被称为是伟大的发现,如果我们仔细观察就能够发现,它已经成为了我们生活中的一部分,通过质能方程式人类推测出了质量是不变的,尤其是在微观世界中,这个理论更加明显,除此之外,质能方程式揭示了太阳发热的原因,太阳的燃烧和我们地球上的燃烧是有区别的,太阳是内部核聚变的反应,核聚变反应是指在一定条件下,原子核相互发生碰撞,在这些原子核碰撞的过程中会产生新的原子核,同时还会损失掉一部分原子核,这部分损失掉的质量会转化为能量释放出去,一般来说,太阳内部的4个氢原子核聚变成一个氦原子,其质量会亏损0.0276个单位,相当于一颗氢亏损0.0069个单位。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(4)

由于太阳的质量很大,所以太阳燃烧的时间也很长。根据质量守恒定律我们能够知道,质量转化为能量的效率是百分之百,无论是什么反应,其产生的能量总是等于反应物与生成物之间的质量差和光速的平方乘积,简单来说,1000克的煤炭燃烧以后,能够释放1000克的能量,而能量也是可以创造质量的,1000克的能量同样能够产生1000克的质量,质量转化为能量的案例在我们的生活中经常会见到,像煤炭燃烧,石油燃烧,天然气燃烧,木头燃烧等等,这些物质都能够由质量转化为能量。不过人类并不能够将物质转化的能量全部利用起来。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(5)

比如说煤炭燃烧之后,能够产生十分之一的能量,而十分之九的能量我们不知道它们 去了哪里,为什么人类无法百分之百的利用物质所产生的能量呢?因为燃烧并不是将物质完全转化为能量的一种形式,目前来说,核聚变反应能够将质量转化为很多的能量,除了这个方式之外,反物质和物质相遇会发生湮灭反应,这种方式也能够将质量全部转化为能量,根据科学家的研究得出,普通物质是由质子、中子、电子组成,而反物质是有反质子、反中子、反电子组成,反物质除了质量和正物质相等之外,其它所带电荷、自旋等物理学参数都是一样的,当正物质和反物质相遇时,就会发生湮灭反应,然后将质量转化为能量。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(6)

在宇宙中质量转化为能量的现象很常见,大部分都是通过核聚变反应的方式来转化的,不过恒星核聚变的质能转化率要比反物质转化率低很多,不过即便是这样,对于人类来说,也已经够用了,目前人类也在积极的研究可控核聚变,可控核聚变是一种高效的、清洁的、没有污染的新能源,如果人类能够实现可控核聚变,那么人类的科技一定能够大幅度提升,不过想要实现可控核聚变,人类需要一种特殊的物质,这种物质就是氦-3,可能有一些朋友听说过氦-3,它是核聚变的主要能源,氦-3是一种稀有气体。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(7)

氦-3的储量在地球上非常少,而氦只有氦-3和氦-4这两种同位素,在地球所有的氦中,氦-3和所占的比例只有百分之0.000137,但是科学家在月球上发现了大量的氦-3,储量大约是100万吨,如果说人类想要实现可控核聚变,那么人类就必须到月球上去开采这种资源,以目前人类的科技来说,想要真正的实现可控核聚变还是非常困难的,现在人类能够将质量转化为能量的方式最常用的就是燃烧,只不过这种转化率实在是太低了,比如说煤炭燃烧转化的能量只有百分之0.0000028,原子弹和氢弹的转化率是百分之13和百分之0.7.目前只有反物质才能够百分之百的转化。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(8)

根据计算,1克反物质能够释放的能量大约是180000000000kj,相当于43000吨TNT所产生的能量,既然反物质威力如此之大,为什么在宇宙中我们找不到反物质呢?科学家认为,反物质也是也存在我们的宇宙中,只不过大量的反物质都被隐藏了起来,剩下少量的反物质一旦出现机会和正物质发生湮灭反应,然后消失,目前科学家还没有找到宇宙中大量反物质在哪里,不过人类依靠自己的科技,已经能够制造出少量的反物质。在2010年的时候,欧洲科学家已经能够制造出大量的反氢原子,并且成功的使用了38个反氢原子0.17秒的时间,虽然时间很短,但是在人类科技史上也是一项重大的突破。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(9)

现在科学家也在积极的寻找反物质,既然物质能够转化为能量,那么按照爱因斯坦的理论,能量同样也能够转化为质量,为什么在我们的生活中,很少能够看到能量转化为物质的现象,从目前的科学来说,人类的科技还不足以将能量转化为物质,毕竟物质转化为能量之后,能量会四处扩散,我们根本无法将这么多能量捕捉到一起,然后转化为质量,现在人类根本无法收集大量的能量,所以能量转化物质非常困难,而且能量转化为物质必须在瞬间产生,比如说煤炭燃烧以后能够释放5000大卡的能量,想要将这5000大卡的能量收集起来,然后转化为物质,需要在瞬间完成。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(10)

这就类似我们看的神话故事,神仙能够凭空变出一个物体来,在理论上来说,这个情况是能够实现的,但是实际操作起来,却是非常困难的,在目前的宇宙中,科学家还没有发现一种能量是能够转化为物质的,在宇宙漫长的历史中,能量转化为物质的情况只出现过一次,那就是宇宙大爆炸,现代科学认为,我们的宇宙诞生于138亿年前,在138亿年前,有一颗奇点发生了爆炸,奇点是一个质量无限大、能量无限大、热量无限大、密度无限大、体积无限小的点,这个点爆炸以后,宇宙快速的向四周膨胀,经过138亿年的时间,宇宙才膨胀成我们现在看到的样子。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(11)

在宇宙大爆炸的一瞬间,温度达到了最高状态,这个温度也被称为是普朗克温度,达到了1亿亿亿亿摄氏度,宇宙大爆炸就是典型的能量转化为物质的现象,大爆炸以后,宇宙的温度开始慢慢冷却下来,经过138亿年的时间,宇宙才变成我们现在看到的样子,宇宙中的天体都是在宇宙大爆炸之后产生的,大爆炸产生的能量非常巨大,而这些能量在瞬间喷发的过程中,转化为各种元素,不同的元素经过碰撞、摩擦、融合等等,形成了恒星、行星、彗星、小行星等多种物质,我们在宇宙中所看到的一切物质都是宇宙大爆炸所产生的。如果人类想要将能量转化为物质,那么我们就必须制造一场人为的宇宙大爆炸。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(12)

这样才能够将能量转化为物质,不过目前人类的科技显然是无法做到的,有不少人认为,高级文明或许能够做到,在很多神话故事中,神仙能够凭空将物质变出来,而这些所谓的神仙会不会就是外星人,只不过当时的人类并不知道它们是外星人,它们利用先进的科技将能量收集起来,然后转化为物质,所以古人以为是神仙变出来的,虽然这个想法非常大胆,但也是有一定道理的,如果说古人没有见过高级文明,那么它们怎么知道物质可以凭空出现?现在科学家也在积极的研究能量和物质之间的奥秘,未来随着人类科技的发展,说不定人类能够能够将能量转化为物质。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(13)

根据质能方程式,人类科技已经有了很大的进步,不过这一切都要感谢爱因斯坦,爱因斯坦之所以伟大,并不是仅仅是因为这个方程式,除此之外,爱因斯坦的相对论将经典力学中的缺点全部弥补,并且还预言了很多神秘的天体,比如说黑洞,在100多年前,爱因斯坦就利用公式计算出了黑洞存在宇宙当中,不过当时人类的科技还不够发达,所以很多人都不相信黑洞存在宇宙当中,现在科学家已经证实了黑洞确实存在宇宙中,而且爱因斯坦预言的引力波也被科学家发现了。

质量转换能量的过程(只见质量转化为能量)(14)

爱因斯坦预言了很多神秘的天体,他在世的时候,很多理论都没有被证实,但是在100多年后的今天,爱因斯坦的很多理论都被科学家证实了,而且现在人类探索宇宙的方向基本上都是按照爱因斯坦的理论来进行的,爱因斯坦可以说影响了人类物理学几百年或者更长的时间,目前人类也在积极的探索宇宙的奥秘,未来随着人类的进步,说不定我们能够解开宇宙的最终奥秘,不知道什么时候,还能够再次出现像牛顿、爱因斯坦这样伟大的物理学家?对此,大家有什么想说的吗?

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