理论物理学博士在读
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严格地说,并不是。
首先,关于质能方程
的解读,我写过很多次了(见文末)。
根据质能方程,确实可以计算出一个粉笔头所拥有的总能量,但是这并不是说,这其中的能量全部可以被应用。
当我们说一个反应释放能量或者说能量被释放出来的时候,大部分情况都是在说能量由其它形式转化为粒子的动能,宏观的表现就是放热,像剧烈爆炸等等就是粒子动能在短时间剧烈增加导致的。
一般来说,一个系统(比如说一个复合粒子)的总能量包含三种:静能、动能和势能(相互作用的能量)。我们熟知的质能方程
这描述了一个自由粒子(无相互作用,即不包含势能)的能量,存在静能(
,其中
为其静止时候的质量)和动能(
,
为其动量)两部分
当然,不是所有的粒子都存在静能,比如说(自由)光子就只有动能没有静能。
能量在这几种不同的形式中转化,而不能凭空产生或者湮灭,也就是能量守恒定律。
通常,我们利用能量的过程是把势能或者静能转化为粒子的动能,粒子的动能越大,对应的温度越高,这个前面提到了。
比如说,火力发电站,就是把化学能(其实质为电子之间的相互作用能,即势能)转化为粒子的动能,最后水的温度增加,带动蒸汽轮机转动发电;
核电站也是类似,只不过是把粒子的静能转化为动能。核电站的基本原理也是烧水:
(来源)
但是这部分的静能,其实质为底层粒子(核子,包含质子和中子)之间的势能(也就是所谓的结合能),比如说,一个静止的原子核,如果把原子核看作一个整体,那么只存在静能 :
如果把原子核看作是核子构成的一个复合体系,那么原子核的能量则包含核子的静能、核子的动能以及核子之间的势能:
由此,也可以算出来原子核的质量:
而核反应,就是把原子核中的势能转变为其它粒子的动能,而且由于实际上静能远大于势能,所以释放的能量只占了原子核总能量很小的一部分。但是,原子核中的静能部分依然无法释放出来。从这个角度上说,总是有一部分能量(静能)无法被利用。而在核反应中,这部分静能远远大于核反应释放出来的能量。
那有没有办法把这部分静能也转化为能利用的动能呢?
答案是有的,就是再拿一个反物质构成的粉笔头,正反物质相遇会有很大的概率发生湮灭反应, 变成一对光子,比如说,电子与正电子会变为一对光子:
前面也说了,光子只有动能没有静能。光子可以被普通物质吸收,其粒子的动能增加,就可以被利用了。当然如果技术可以的话,也可以直接把这些光子转化为电能。
这个就好比一个男的,身体内存在一个人生长发育的全部基因,但是没有个女人,他也生不出来孩子来,必须男女配对才行。
而一个粉笔头,就好比一堆男人聚在一起,其能量再大,也释放不出来。
必须再找一堆女人与其配对,才能把其中的能量全部释放出来。
当然,有的小朋友可能会说,那就再找一个由反物质构成的粉笔头就好了。
但是由于宇宙中存在正反物质不对称现象,具体来说,可观测宇宙中只有正物质没有反物质,因此无法在自然界中找到反物质。
那么可不可以在实验室生产呢?原则上可以,比如
的这个回答
有可能存在产生反粒子的链式反应么?
但是目前的生产的效率太低,最终只能是输入的能量大于输出的能量,入不敷出。
所以,只有一个普通物质构成的粉笔头的话,并不能释放其包含的全部能量,在核反应的层面上,可以利用的能量仅仅占了总能量很小的一部分。虽然其包含了大量的能量,但是并无法利用。只能眼馋了。
质能方程
关于该如何解读质能方程,我也写过几篇文章:
质量是怎么转变成能量的?
子乾:质能方程:能量质量相互转化?
供大家参考。
不认真思考的,全部黑哥抬走
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