质能方程
其实关于,也就是能量到物质的转变,无论是在宇宙中,还是在人类的实践都实现过了。但是要了解,我们要从最本质的问题出发,那就是爱因斯坦的狭义相对论。话说在1905年,爱因斯坦提出了4个具有开创性的科学理论。
其中被我们称为狭义相对论的是后两篇,在第一篇中,爱因斯坦统一了时间和空间。而在后一篇中,爱因斯坦统一了能量和质量。但是爱因斯坦对于能量与质量的统一是和大多数人理解得不一样的。我们平时常常会听到“质量转化为能量”这样的用法,其实这个说法并不准确。在这篇论文中,爱因斯坦提出的统一思想是这样的,他认为质量和能量其实是一个东西,是一体两面的,能量里有质量,质量里有能量。(关于这一点,详情可以查一查爱因斯坦当年的论文,或者可以看看大学物理学教材。)而质量和能量之间可以用质能方程E=mc^2来换算。
我们可以用一个例子来理解质量和能量。这就好比你有一笔钱,你可以把这笔钱都换成人民币,你可以都换成美金。无论你是用人民币还是用美金,其实你拥有的这笔钱的价值是不变的。而质量就好比这里的人民币,能量就好比这里的美金,一定的人民币的价值是等效于一定价值的美金的。但是如果你花了其中的一些钱,无论是你用人民币还是美金都是减少了。
所以,我们才会说,能量里还有质量,质量里还有能量。也因此,所谓的质量守恒以及能量守恒,说白了是一个事。
那能量又是如何实现和物质之间的转化的呢?
宇宙大爆炸
我们都知道物质其实是粒子构成的,比如:夸克,电子等。而宇宙其实起源于138亿年前的一场大爆炸。
今年,获得诺贝尔奖的吉姆·皮布尔斯其实就是相关方面的研究者。他和一批杰出的科学家一起完成了标准宇宙学模型,而这个模型就是基于大爆炸理论建立起来的。
而宇宙大爆炸初期,温度特别高,当时几乎没有什么物质粒子,主要就是电磁波,也就是我们说的光子。不过这个时候的光子和我们平时常见的光子是有很大区别的。这时候的光子应该叫做高能光子,也就是具有非常高能量的光子。
我们都知道,物质都有自己的反物质,比如:电子的反物质就是正电子,质子的反物质就是反质子。光子的反物质其实是它本身。而正物质和反物质碰撞之后会发生湮灭。
当然,你可能要问了,真的存在“反物质”么?实际上,科学家还真的发现了,在高能的宇宙射线就找到过,而且科学家在实验室里也实现过。
那光子和自己的反物质“光子”碰撞会如何呢?常识告诉我们并不会有什么。但实际上,这种观念是错的。这是因为我们平时生活的环境温度相对低。如果在超级高温的情况下,比如:几十亿度时,那情况就不一样了。科学家发现,光子碰撞前,如果它们所具有的的能量要大于一对电子所具有的能量,碰撞之后可以产生一对正反电子,而这对应的温度就是59.3亿度。(我们把可以形成某种粒子的温度叫做阈值温度。)不同的粒子其实具有不同的阈值温度。
如果光子的能量要稍微多一些,那这些能量就会转化为粒子运动的能量。因此,在大爆炸初期,物质粒子就是光子这样碰撞出来的。
实验中实现过么?
实际上也确实有,人类在高温的征途上也确实做了不少,美国原子能委员会拥有一台质子对撞设备,叫做相对论重离子对撞机。它可以把任意的原子核加速到十分接近于光速,然后实现对撞,这产生的能量能达到1万亿度的黑体辐射的水平。只不过,这个过程很短暂。但这还不是最猛的。
欧洲核子研究中心拥有一台大型强子对撞机,这台设备不断升级,只是为了找到上帝粒子“希格斯玻色子”,在执行任务过程中,他们做到了局部温度相当于10万亿度的黑体辐射的水平。
但无论是上面的哪一个,所能维持的时间都很短,也确实产生了些许的电子。但没有办法实现大规模地创造物质粒子。
最后,我们来总结一下,只要温度给够,高能光子的碰撞是可以产生物质粒子的。如今宇宙中的物质就是在宇宙早期温度还很高时形成的。至于人类是否可以做到?目前来说,科学家只能在实验室当中实现极为短暂的高温环境。因此,根本没有办法大规模地创造物质粒子。
谢请,我认为人是可以用能量产生物质的,只是与平常所说的产生不同。水蒸气要变成水和雨,表现有一个密度大的东西依附才行,因此可以进行人工降雨,物体表面会产生雨露。能量分很多层次,原子核、夸克等等都是高能量,与我们差距过大,人类无法生产,所以从这个方面说,人类无法用能量生产物质。开始不计高能量物质,在低能量上,我们一直在让它们不断运转,温度变化、热胀冷缩、化学变化、加工东西等等,都是在用能量创造物质,物质的互相变化和生存消失,人类一直在做着,大自然也一直在做着,这本来就是宇宙世界的特性,只是看你着眼的能量层次不同,和人的理解不同,看到和想到的不一样罢了。
能量就是物质,能量的变化就等于物质的变化,它们互相相等,是一体两面,看你如何理解。如果认为用一团低能量创造物质,那才是用能量创造物质,那么确实不能,因为我们不能凭空创造高能量核心,那不属于我们的层次和维度。
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