质能方程是爱因斯坦最伟大的发现之一,是描述质量与能量之间当量关系的方程,是对经典物理学革命性的发展。
根据爱因斯坦的质能方程E=mc^2,所有具有质量的物质能量是相等的,所以不但1公斤杯子与1公斤白菜的能量一样,1公斤空气和1公斤黄金也一样。当然这个公斤是重量单位,只在地球上适用;而质量则是以千克(kg)为单位,在宇宙的任何地方适用,衡量的方法是天平。
这个方程中E代表总能量,m代表质量,c代表光速。
这样才能够实现同等质量的能源等价交换。
当然1千克黄金与1千克空气在地球上的价值完全不一样,但这并不等于它们的能量不一样。质量包含着静质量和动质量,同样质量的物质存在着等价的质能关系。
如果质量全部转换成能量的威力有多大呢?
根据质能方程可以计算出,1克能量全部转化为能量E=1x10^-3x(3x10^8)^2=9x10^13J。就是90万亿焦耳,这个能量相当于2.5千万度电,2.14万吨黄色炸药的当量,1.5颗广岛原子弹爆炸的威力。
不管什么物质质量转化为能量的威力都是一样的,只要你有本事把它的能量转化出来。人们知道了物质总蕴含的巨大能量,并不是说就能够实现物质能量的高效率转换。
事实上,现在人类能量转化的能力还是很弱小的。
我们传统的煤燃烧质能转换率只能达到0.0000028%,也就是说燃烧1吨煤只能得到0.028克物质完全转化的能量。而绝大部分物质通过燃烧变成了另外的物质,没有转化成能量。
爱因斯坦的质能方程,启发了人类对核能开发,尤其是原子弹的发明。
因为通过测量不同原子核的质量和质子中子质量差,可以得到原子核蕴含的结合能估计值。
核能大大提升了人类对能源的利用能力。现在核发电使用的是核裂变技术,质能转换率达到0.13%,也就是比煤的燃烧效率提升了46000多倍。而核聚变的质能转换率达到0.7%,又在核裂变基础上提升了5倍多。
但现在核聚变还只能做氢弹,是一种瞬间释放的不可控能量,要使其成为可控核聚变造福人类,还有较长的路要走。
现在认为质能转换最完美最高效的方式是反物质湮灭所释放的能量,这种物质质能转换率可以达到100%,是质能转换的完美方式。
这比核聚变又提升了142倍,这种转化的效率实际上还应该乘以2。因为1克反物质要与1克正物质遇到一起才会发生湮灭,实际上就能够得到2克的质能转换量。这样作为反物质来说,就实现了200%的转化率,比核聚变提升282倍。
所以如果1克反物质与1克杯子残渣或者1克白菜或者1克黄金或者1克空气发生湮灭,其爆发的能量都是一样的,相当于3颗多广岛原子弹的威力。
只看这个反物质撞上了什么,撞上谁谁就倒霉,也可以说谁就光荣了,奉献出全部的光和热。
不过,人类现在还很难获得反物质,要利用这种理想化能源还只是一个梦想。
现在明白了吧?不管什么物质,其质能转化量是一样的。
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