日常生活中的能量转换 请问科学家有没有观测到能量变成物质的事例,有何分享?
请问科学家有没有观测到能量变成物质的事例,有何分享?
能量和物质是一个的两面,一个是可见的,另一个是不可见的。看不见的能量是由可见物质的运动产生的。
根据爱因斯坦质能转换公式,核弹实现了质量转为能量,那有什么能量转为质量的例子呢?
答案很多。但我想举一个最重要的例子,大多数人都不知道。
首先,我们看到的有质量的物体都是由原子组成的,原子是由原子核和电子组成的。原子核由质子和中子组成,电子的质量只有质子的1/2000左右,可以忽略不计。这种质量物体的质量来源基本上是原子核,即质子和中子。
好吧,有趣的问题是,质子和中子分别由三个夸克组成。三个夸克的总质量是多少?你可以说一个质子(或中子)等于三个夸克,三个夸克的质量等于一个质子的质量。我告诉你,答案是错的,三个夸克加起来只有一个质子质量的7%!你说得对,只有7%!所以问题是,剩下的93%在哪里?
剩下的93%是这个问题的答案,它来自夸克相互作用的能量!这三个夸克通过交换称为胶子的无质量粒子来维持质子和中子的存在。你也可以说93%的质量来自胶子,但胶子是无质量的,是纯能量。这些纯能量占原子质量的93%。
从更广泛的意义上讲,只要复合粒子是通过强相互作用由基本粒子组成,它们的大部分能量来源都是相互作用能,而不是基本粒子的质量。这是爱因斯坦质量-能量方程的一个非常重要的表示。
在宇宙中,物质是如何转换成能量的?能量又是如何转换成物质的?
根据对现代科学的理解,已经达成了两个重要共识。一是空间不是空的,物质不是实的;二是自然界的变化是不连续的,表现为质变和量子化。所以,我们的宇宙只是自然界的一部分,在它解体之前,它是一个与外界隔绝的独立体,类似于水中的气泡。另外,宇宙是由量子组成的,离散的基态量子构成空间,离散的激发量子变成能量,由多个激发量子组成的封闭系统就是物质。所以,能量是一个离散的(单)激发量子,质量是封闭能量的量度。因此,我们可以理解能量与质量的关系,即离散与封闭的关系。因此,从理论上讲,两者是可以互换的,转化的实质是能量的不同状态。那么,在现实世界中,如何确定转型的方向呢?能量如何转化为物质,物质如何转化为能量?答案是宇宙的演化为两者的转化提供了物理机制。早期,宇宙是由无数高能量子组成的,只有一个离散态;当宇宙收缩到极限,量子之间的距离为零时,它开始以大爆炸的方式反转和膨胀。在宇宙膨胀的早期阶段,宇宙膨胀的速度远远快于宇宙内部传播的速度(光速)。因此,随着宇宙的膨胀,宇宙中的量子空间会变得越来越不平衡,就像倒水是不连续的一样。因此,我们只能通过屏蔽局部高能来平衡宇宙内部空间,而由此形成的封闭系统就是物质(基本粒子)。这是一个将能量转化为物质的过程。在宇宙膨胀的后期,宇宙膨胀的速度远远小于宇宙内部传播的速度(光速),因为两者的变化是相反的。此时,宇宙内部空间的熵会随着宇宙的膨胀而增加,也就是说,此时,通过空间内部的通讯可以达到平衡,宇宙内部的能量将不再转化为物质。后来,随着宇宙的进一步膨胀,宇宙中量子空间的能量(背景温度)和密度的降低,先前产生的封闭系统(物质)的封闭性将减少,使这些封闭系统开始逐渐解体,再次释放能量,回到离散量子。这是将质量转化为能量的过程。如果不同的封闭系统有幸相遇,它们会合成较大的封闭系统(聚合反应)或降解成较小的封闭系统(裂变反应),从而提前释放出部分能量。之所以现在的质能转换主要是质能转换,是因为质能转换的条件已经不普遍了,只有局部地区才能看到质能转换的情况。例如,在叶绿素的帮助下,光和能量可以将能量转化为物质。
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