在原子弹发明之前,爱因斯坦是怎么知道原子核蕴藏巨大能量的?
7月7日 心碎巷投稿 在我们的传统认知中,质量和能量是两个不同的概念,两者之间也没有什么关系,能量的概念比较局限,我们甚至不能很好的描述这个概念,但是随着物理学的逐步发展,狭义相对论问世后,我们发现质量和能量之间存在确定的当量关系。
物体的质量为m,则相应的能量为Emc。
每次提起质能方程的时候,我们就会联想到原子弹,那么在原子弹被发明之前,爱因斯坦是怎么知道原子核内隐藏着巨大能量的?
其实爱因斯坦的质能方程和原子弹关系并不大,原子弹也不是依靠质能方程为理论基础,两者之间关系没有我们想象的那么密切,但是每次我们提起原子弹的发明,就会自然而然地想起爱因斯坦和质能方程。
质能方程给我们描述的质量和能量之间的关系,质量和能量之间如果按照质能方程来完全转化的话,释放的能量要比原子弹更大,根据质能方程我们可以计算出,1克物质全部转化为能量的话,大约等于900万亿焦耳的能量,这个数字要比我们想象的大很多很多,也就是说任何物质中都隐藏着巨大的能量。
我们常说的原子弹是一代核武器,是裂变武器,最新的氢弹依靠的并不是裂变反应,而是聚变武器,因此原子弹指的就是利用核裂变或聚变反应,释放大量的能量形成巨大的爆炸,而在这个过程中,损失的质量其实很少,所以我们才会说原子弹和质能方程之间的关系并不大。
我们日常生活中,煤炭和燃油这些能源在燃烧时释放的热量,依靠的主要是化学反应,这些化学反应在发生的时候,原子核不会发生任何的变化,只是让原子之间的组合状态发生变化,而核反应就不一样了,参与反应的原子核会通过裂变或者是聚变的方式转变为其他的原子核,在这个过程中一定的质量转化为了能量,所以核反应释放的能量要比化学反应大很多。
那么爱因斯坦是怎么知道原子核内部存在巨大能量的呢?
其实,爱因斯坦并不是第一个研究质量和能量之间关心的人,而是第一个把这一系列的研究概念联合起来,最终整合出来一个完整理论的人,可以说爱因斯坦也是在其他人的研究基础上,得到的这个方程。
其实在爱因斯坦之前,有几位科学家为了计算电子的质量,就得到了类似于质能方程的方程式,但是这些科学家在计算出了这个方程式后,并没有联想到质量和能量之间的关系,会产生这么巨大的影响。
爱因斯坦的质能方程和原子弹的关系不大,而质能方程的意义也要比原子弹重要很多很多倍,首先质能方程告诉了我们,不论物体是否在运动,都具有固定的能量,就算是静止的物体,也拥有固定的能量。
其次,就是物体质量中蕴藏的巨大能量,在条件合适的时候,可以被完全释放出来,只是条件十分的苛刻,人类几乎无法实现,不过我们也不需要让质量完全转化成能量,只是从核反应中获取一部分能量就足够我们使用了,现在人类的核电站依靠的主要是核裂变,我们还没有掌握核聚变技术。
如果人类可以掌握核聚变技术,就可以获得大量廉价且清洁的能源,让人类文明科技快速发展,但是想要从原子核中窃取能量,绝对不是一件简单的事情,核聚变对材料和技术的要求很高,人类现在还没有办法实现。
太阳之所以可以保持稳定,并且不断地向外释放能量,就是依靠内部的核聚变反应,每一秒太阳大约都会消耗400万吨的质量转化为能量向外释放出来,从太阳诞生开始,大约已经消耗了100个地球的质量了,不过对于太阳来说,这也只是九牛一毛罢了。
既然质量可以转化为能量,那么能量是不是也可以转化为质量呢?答案是肯定的,宇宙在诞生早期,因为大爆炸产生了巨大的热量,整个宇宙的温度都很高,在极端的温度下,不存在任何的物质,只存在能量,随着宇宙的逐渐降温,才慢慢演变成了今天这个样子。
质能方程这个方程式,向我们揭示了质量和能量之间的关系,更关键的是,这个方程也从另外一个角度给我们揭示了宇宙的演化和发展,而质能方程可以从相对论的质速关系中直接推导出来。
所以,在爱因斯坦提出质能方程之前,其实一些科学家就已经了解到原子核中隐藏着巨大的能量,而爱因斯坦整合了前人的观点,又加入了自己的理解,最终质能方程才得以问世。
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