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原子弹的爆炸 , 与爱因斯坦有脱不开的关系 , 但是很多人却以为原子弹就是爱因斯坦制造的 , 这个认识当然是错误的 。
实际上 , 爱因斯坦仅仅提供了原子弹爆炸的理论基础 , 论证了可行性而已 。 而原子弹的理论基础其实可以很简单其实就来源于狭义相对论中的质能方程 。
原子弹爆炸
什么是质能方程?在我们的常识中 , 质量和能量是两种完全不同的属性 , 有质量的一点是拥有实体的物质 , 而能量则往往是只能感受无法触摸的光和热 。
但是在物理神人爱因斯坦的眼里 , 质量和能量其实就是同一种东西 , 因此他认为质量和能量是可以互相转换的 。 甚至他还计算出质量和能量互相转换时是如何变化的 , 并将这种变化中一条方程高度概括并且表述出来 , 这就是大名鼎鼎的质能方程E=mc2 。
E就是能量 , 单位是焦耳(J) , m是质量 , 单位是千克(㎏) , c是一个固定的数字——真空中的光速目前人类测得的光速为299792458米每秒 。
爱因斯坦与质能方程
这个质能方程其实是用来描述物质的能量总量的 , 每一千克物质 , 会拥有等同光速的平方 , 换算一下就是将近9万太焦耳的能量 。 而人类爆炸过最大氢弹——沙皇炸弹 , 释放出的能量才达到21万太焦耳 。
沙皇炸弹
设想一下 , 下班回家买了两斤水果 , 结果要是有人跟你讲这两斤水果包含的能量足以毁天灭地的能量 , 再买三斤水果就能凑齐得到比一个沙皇炸弹还要强大的能量了 , 你会相信吗?答案显而易见 。
当然 , 我们手中的水果并不会轻易变成炸弹 , 要实现质能方程其实是有条件的 , 当物质的静止质量失去的时候 , 才有可能释放出那么多的能量 。
核爆释放能量
水果的质量并不会凭空消失 , 即便我们将它吃进肚子里然后消化掉 , 但只要将属于它的化学分子全部找回来 , 我们就能发现水果的质量一点都没少 。
质量如何转化为能量?水果不会凭空丢失质量 , 那就意味着水果蕴含着的能量实际上是很难释放的 , 因此我们并不需要担心它会变成大炸弹把我们炸个稀碎 。
那么质量要如何转化为能量呢?答案很简单 , 找一堆木材 , 然后将其点燃 , 组成木材就会被转化为光和热 , 这些木材燃烧殆尽后 , 剩下木炭与灰烬的质量可能都不足原来质量的十分之一 。
木材燃烧化为灰烬
那么这是否意味着木材减少了十分之九的质量 , 却只能释放出一点点光和热 , 根本不像质能方程中所描述的 , 能释放出质量乘以光速平方的能量?于是我们是否已经推翻了爱因斯坦的质能方程了?
我们实际上并不能够成功推翻质能方程 。 因为如果我们有能力将木材燃烧时产生的烟雾和废气都收集起来 , 我们就可以发现 , 实际总重量与燃烧前是相差无几的 。
燃烧反应释放出的光和热虽然让木材丢失了一点质量 , 但是这点质量太少了 , 几乎可以忽略不计 , 因此实际上燃烧反应也无法让物质流失太多质量 。
前文说到 , 原子弹的原理就是来源于质能方程 , 也就是说 , 原子弹爆炸时产生的巨大能量 , 其实就是因为物质失去质量时会释放出的巨大能量 。
原子弹爆炸原理
让物质失去质量并不是一件简单的事情 , 因此我们必须找到一种十分重的放射性元素 , 然后使用高速中子撞击这种元素的重核原子 , 将原子核撞散 , 重核原子的原子核一分为二后 , 将会形成两个更轻的原子 , 于是这个重核原子的一部分质量将会被转化为能量释放出去 。
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