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能量和质量到底能不能互相转换?转换的机制是怎样的呢?

能量和质量到底能不能互相转换?转换的机制是怎样的呢?
2018年11月13日 23:38 科学-求知者作者:科学-求知者

  文/姿势分子

  对爱因斯坦或者物理学有点了解的朋友都知道一个特别牛的方程——质能方程,也就是能量等于质量乘以光速的平方。

  爱因斯坦首次揭示了一个事实:质量和能量是可以相互转换的。

  这个理论震惊了所有人,也开启了物理学的新篇章。

  不过,问题在于,质能方程有什么用呢?

  能量和质量到底能不能互相转换?转换的机制是怎样的呢?

  我们上学的时候学化学都知道,所有的化学反应都遵从一个法则:质量守恒定律。

  既然反应过程中质量不会减少,又怎么可能出现质量转换为能量的现象呢?

  反过来,就更让人困惑了。假如一个体系中有一股能量,它又如何能够把自己转变成实际的物质呢?

  有点匪夷所思。

  事实上,质量和能量的转化,是超出生活之外的特殊环境和情况下才会出现的。

  上个世纪30年代,人类首次发现了反电子。20年后,反质子和反中子也相继浮出水面。

  原来,这个世界还有反物质。

  科学家发现,粒子和反粒子的相遇,会发生物理学上最神秘的反应——湮灭。

  当它们发生湮灭的时候,粒子和反粒子的实体消失,也就是质量消失,完全转化成能量。而转化的过程,就是遵从着爱因斯坦的质能方程。

  这就是质量转化为能量的一种渠道。

  那么,能量如何转化为质量呢?

  能量和质量到底能不能互相转换?转换的机制是怎样的呢?

  其中一种形式,就是霍金提出的黑洞辐射。

  我们通常认为,黑洞是一个只吃不吐的怪物,霍金表示不认同。

  根据他的研究,黑洞在吃掉物质的同时,会在内部积累巨额的能量。这么多的能量即使对于黑洞来说,也是难以承受的。

  被黑洞吞噬的能量,有的时候也会逃逸出黑洞。而这些能量在黑洞的强大作用下,会被转化为粒子和反粒子,也就是发生了湮灭的逆向反应。

  其中,一个粒子被黑洞迅速吞噬,另一个粒子会朝相反的方向被射出去,这就是黑洞的霍金辐射。

  一个反粒子虽然没什么,但是这个过程会长期存在,导致黑洞逐渐损失自己的能量,因此这也是黑洞蒸发的一个过程。

  这么看起来,爱因斯坦的质能方程似乎只能用在宇宙,不适合在地球上使用。

  的确,科学家已经提出在宇宙中利用这个理论了。

  能量和质量到底能不能互相转换?转换的机制是怎样的呢?

  面对广袤的宇宙和人类航天器速度过低的尴尬局面,科学家提出了反物质推动器,利用电子和反电子的湮灭过程提供巨大的能量,推动航天器以接近光速的速度完成星际穿越。

  在未来,科学家或许也将掌握利用能量创造质量的技术。换句话说,“凭空造物”,或许即将成真。

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