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化學反應都遵從質量守恒和能量守恒,愛因斯坦的質能方程有啥用?

文/姿勢分子

對愛因斯坦或者物理學有點了解的朋友都知道一個特別牛的方程——質能方程,也就是能量等于質量乘以光速的平方。

愛因斯坦首次揭示了一個事實:質量和能量是可以相互轉換的。

這個理論震驚了所有人,也開啟了物理學的新篇章。

不過,問題在于,質能方程有什么用呢?

我們上學的時候學化學都知道,所有的化學反應都遵從一個法則:質量守恒定律。

既然反應過程中質量不會減少,又怎么可能出現質量轉換為能量的現象呢?

反過來,就更讓人困惑了。假如一個體系中有一股能量,它又如何能夠把自己轉變成實際的物質呢?

有點匪夷所思。

事實上,質量和能量的轉化,是超出生活之外的特殊環境和情況下才會出現的。

上個世紀30年代,人類首次發現了反電子。20年后,反質子和反中子也相繼浮出水面。

原來,這個世界還有反物質。

科學家發現,粒子和反粒子的相遇,會發生物理學上最神秘的反應——湮滅。

當它們發生湮滅的時候,粒子和反粒子的實體消失,也就是質量消失,完全轉化成能量。而轉化的過程,就是遵從著愛因斯坦的質能方程。

這就是質量轉化為能量的一種渠道。

那么,能量如何轉化為質量呢?

其中一種形式,就是霍金提出的黑洞輻射。

我們通常認為,黑洞是一個只吃不吐的怪物,霍金表示不認同。

根據他的研究,黑洞在吃掉物質的同時,會在內部積累巨額的能量。這么多的能量即使對于黑洞來說,也是難以承受的。

被黑洞吞噬的能量,有的時候也會逃逸出黑洞。而這些能量在黑洞的強大作用下,會被轉化為粒子和反粒子,也就是發生了湮滅的逆向反應。

其中,一個粒子被黑洞迅速吞噬,另一個粒子會朝相反的方向被射出去,這就是黑洞的霍金輻射。

一個反粒子雖然沒什么,但是這個過程會長期存在,導致黑洞逐漸損失自己的能量,因此這也是黑洞蒸發的一個過程。

這么看起來,愛因斯坦的質能方程似乎只能用在宇宙,不適合在地球上使用。

的確,科學家已經提出在宇宙中利用這個理論了。

面對廣袤的宇宙和人類航天器速度過低的尷尬局面,科學家提出了反物質推動器,利用電子和反電子的湮滅過程提供巨大的能量,推動航天器以接近光速的速度完成星際穿越。

在未來,科學家或許也將掌握利用能量創造質量的技術。換句話說,“憑空造物”,或許即將成真。

(人山人海,相遇不易。創作艱辛,如果您覺得姿勢分子這篇文章還可以,請點擊關注,是對我最大的鼓勵。快陪我一起探索有趣的科學世界吧~)

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