Kütle-enerji denklemi, kütlenin devasa enerjiye dönüştürülebileceğini ortaya çıkarır, böylece enerji kütleye dönüştürülebilir mi?
Einstein'ın kütle-enerji denklemi, maddi kütle ile enerji arasındaki eşdeğer ilişkiyi ortaya çıkararak, insanların kütlenin muazzam enerji içerdiğini bilmesini sağlar.
Ünlü kütle-enerji denklemi ifadesi: E = MC ^ ²
E'nin enerji olduğu yerde, Joule (J) cinsinden; M, kilogram (kg) cinsinden kütledir; C, saniyede yaklaşık 300 milyon metre (m / s) değeriyle ışık hızıdır.
Bu denkleme göre 1 gram maddenin içerdiği enerjiyi hesaplayabiliriz:
0.001kgx300000000² = 90000000000000J
Yani 1 gram maddenin içerdiği enerji 900 trilyon joule'dur. Bu enerji 25 milyon kilovat saatlik elektriğe, 2.152 ton TNT patlayıcıların patlayıcı gücüne ve 30 tondan fazla kömürün yaydığı ısıya eşdeğerdir.
Bununla birlikte, insanların kütle ile enerji arasında dönüştürme kabiliyeti hala çok zayıftır.Şu anda hakim olan en ileri teknoloji yalnızca nükleer enerjidir ve nükleer enerjinin akıllı dönüşüm oranı, nükleer fisyon için yalnızca% 0,13 ve nükleer füzyon için% 0,7'dir.
Artık insanlık kontrol edilebilir nükleer fisyon teknolojisinde ustalaştı, bu da nükleer fisyon enerjisinin sürekli ve yavaş bir şekilde serbest bırakılabileceği ve böylece bu enerjinin nükleer enerji üretimi gibi sosyal üretime ve hayata hizmet etmek için kullanılabileceği anlamına geliyor.
Nükleer füzyon teknolojisi hala kontrol edilemeyen bir durumda, yani patladığında bitecek olan bir hidrojen bombasının yaratılması ve "patlama" gitmiş durumda. Nükleer füzyon yavaş yavaş serbest bırakılabilirse, sivil kullanım için üstesinden gelinmesi gereken birçok teknik zorluk vardır ve daha önümüzde uzun bir yol vardır.
Artık insanlık sadece 1 gram antimadde ve 1 gram pozitif maddenin yok edilmesinin mükemmel bir kütle-enerji dönüşümü sağlayabileceğini ve tüm kütlenin enerjiye dönüştürülebileceğini biliyor. Ek olarak, pratikte madde ve enerjinin dönüşüm oranını iyileştirmenin ve nükleer birikimden daha yüksek bir enerji dönüşüm oranı elde etmenin bir yolu yoktur.
Bu nedenle, dönüşüm oranı hala çok düşük.
Ama öyle bile olsa, kütleyi insan tarafından enerjiye dönüştürme teknolojisi, enerjiyi kütleye dönüştürme teknolojisinden çok daha iyidir ... İnsanların, enerjiyi kütleye dönüştürme anahtarına henüz hakim olamadığı söylenebilir.
Mevcut algı, enerjinin kaliteye dönüştürülmesinin daha yüksek teknik gereksinimler gerektirdiği ve kütlenin enerjiye dönüştürülmesinden çok daha yüksek tüketim gerektirdiğidir.
Teoride 900 trilyon jul enerji 1 gram madde üretebilir. Yani 25 milyon kilovat-saat elektrik kullanarak veya 30 tondan fazla kömür yakarak veya 1,5 Hiroşima atom bombasının gücünü kullanarak 1 gram malzeme üretilebilir.
Ancak şu anda, insanoğlu böyle bir teknoloji seviyesinden çok uzak.
900 trilyon jul enerji 1 gram maddeye dönüştürülecekse, enerjinin hiç akmaması gerekir ki, enerji kütle ve enerjinin korunumu ile maddeye geri dönebilsin.
İnsanlar hala bunu nasıl yapacaklarını bilmiyorlar.
Bu başarılabilse bile, enerjinin farklı maddeler oluşturması için farklı yollar ve yöntemler vardır ve farklı sıcaklık ve basınçların doğru bir şekilde kavranması gerekir.
Dolayısıyla şimdiye kadar insanlar ne 1 gram maddeyi enerjiye çevirebiliyor ne de 900 trilyon jul enerjiyi maddeye çevirebiliyor.
Bununla birlikte, insanlar devasa enerji tüketme varsayımı altında bu kadar az miktarda madde elde etmek için bazı girişimlerde bulunmuştur.
Örneğin, şu anda bildiğimiz 118 elementten sadece 94'ü doğada bulunur ve 24'ü yapay olarak sentezlenir.
Yapay olarak sentezlenen bu 24 madde, enerjiyle dönüştürülen maddeler olarak düşünülebilir.
İnsan yapımı elementler, nükleer füzyon ilavesiyle sentezlenir. Başka bir deyişle, nükleer füzyon yoluyla, daha hafif elementler daha ağır elementlere kaynaşır.
Layman'ın terimleriyle, bu yöntem belirli bir elementi başka bir elementi bombardıman etmek için "top mermisi" olarak kullanmaktır. "Gülle", atom çekirdeğinin dış kabuğunu "delmeden" ve kendisini bombardımana entegre etmeden önce yüksek bir enerjiye ulaşmalıdır. Çekirdekte, daha hafif olan iki çekirdek daha ağır bir çekirdek halinde erir ve yeni bir element yaratılır.
Bu sürece nükleer füzyon da denir. Nükleer füzyon son derece yüksek sıcaklık ve basınç gerektirir ve bu sıcaklıkların ve basınçların oluşumu kesinlikle yüksek enerji gerektirir.
Bu elementlerin üretimi genellikle hadron çarpıştırıcısında gerçekleştirilmektedir. Yöntem, parçacıkları ışık hızına yaklaşacak şekilde hızlandırmak ve belirli bir çekirdeği bombardıman etmektir, bu da yüksek bir sıcaklık ve 100 milyon derecenin üzerinde şaşırtıcı bir yüksek basınç üreterek iki çekirdeğin kaynaşmasına neden olur.
Örneğin, kaliforniyum atom numarası 98 ile bor atom numarası 5 olan bor ile bombardıman edilmesi, atom numarası 103 olan elemental renyum, 24 atom numarası olan krom ile 82 atom numaralı kurşun bombardımanı, 106 atom numarası olan holmiyum elementi elde edecektir. .
Bu elementlerin hepsi son derece kısa yarılanma ömürlerinden, yani ömürlerinin çok kısa olmasından kaynaklanmaktadır.Örneğin, rodyumun yarı ömrü sadece 35s'dir, bu nedenle doğada elde edilmesi zordur.
Bu şekilde üretilen insan yapımı elementler ve izler sadece atom seviyesinde ve sadece bir an için var. Bununla birlikte, bu varoluşların, bu elementin varlığını doğrulayan bilim adamları tarafından yakalanması ve böylece periyodik elementler tablosuna dahil edilmesi ve insan bilişine girmesi yeterlidir.
İnsanlar da bu yöntemi altın elde etmek için kullanabilirler, yani altın enerjiden dönüştürülebilir.
1980'de Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Lawrence Berkeley Enstitüsü, bizmut çekirdeklerinin yüksek enerjili bir hızlandırıcıda ışık hızında bizmut çekirdekleriyle bombardımana tutulduğu bir deney yaptı ve sonuç olarak dört proton patladı.
Bizmutun atomik katsayısı 83'tür, bu da 83 proton olduğu anlamına gelir. Bizmut "top mermisi" bombardımanı altında, hedef bizmutun 4 protonu vurularak 79 proton bırakıldı. Altın atomlarının katsayısı tam olarak 79'dur, bu nedenle orijinal bizmut atomları altın atomlarına dönüşür.
Aynı şekilde, element 82 kurşunu altına dönüştürebilirsiniz. Ancak, bu yöntem şu anda sadece atom aşamasındadır.
Altın atomu ne kadar büyüktür? 3.269644763 × 10 ^ -27kg, ki bu bir gramın milyar milyarda biri kadardır, ancak bu önemsiz miktarda altını yapmak için kullanılan enerji çok büyük ve oranı gerçekten hesaplanamaz.
Dolayısıyla insan "taşları altına çevirebilse de" bedel, altının kendisinden daha büyük bir mertebe değildir.
İnsanın enerjiyi kütleye dönüştürme kabiliyetine sahip olmadığı söylenebilir.
İnsan karşımaddesinin maliyetine bir bakalım.
Antimadde de doğada üretilir, ancak miktarı son derece küçüktür, genellikle atomik seviyenin altındadır.
Örneğin, muzlar ayrıca her 75 dakikada bir 1 pozitron salgılayan antimadde üretir ve insanlar da pozitronlar salgılar.
Tüm maddenin atomlardan oluştuğunu ve çekirdeğin etrafındaki elektronların negatif yüklü olduğunu biliyoruz. Bu nedenle, negatif elektronlar dünyanın her yerindedir, pozitronlar çok azdır ve pozitronlar antimadde'dir.
Antimadde pozitif maddeyle karşılaştığında, hızla yok olur ve aynı zamanda büyük bir enerji açığa çıkarır.
Bu enerji ne kadar büyük? Einstein'ın kütle-enerji denklemindeki kütle-enerjinin mükemmel dönüşümü, enerjinin tam salınımıdır.
Bu şekilde 1 gram antimadde pozitif maddeyle çarpışırsa 1800 trilyon jul enerji açığa çıkarır ki bu da üç Hiroşima atom bombasının patlamasına eşdeğerdir.
Neyse ki, dünyamızda çok az antimadde var ve bunu korumak son derece zor. Çünkü antimadde, pozitif maddeyle karşılaştığında kaçınılmaz olarak yok olacaktır.Bu dünya pozitif maddeyle dolu, sadece görebildiğimiz kadar değil, görünmez hava da yoğun bir şekilde pozitif madde olan gaz molekülleri ile doludur.
Yani elektron seviyesindeki antimadde ortaya çıkar çıkmaz, yani pozitron ortaya çıkar çıkmaz, havadaki negatif elektron ile yok edilir.
Bir elektron ne kadar enerjidir? Yani 1eV, 1eV = 1.6 × 10 ^ -19J, yani 1 elektron volt 0.00000000000000000016 joule'e eşittir.
Bu enerji hiç hissedemeyeceğimiz bir şey.
Neyse ki, dünyamızda var olan antimadde tamamen elektroniktir ve onların yok olma sürecini hissedemiyoruz. Daha fazlası varsa, bizim var olmamıza yer kalmaz.
Çünkü antimadde çok azdır ve korunması son derece zor olan pozitif madde ile karşılaştığında yok olacaktır.Bu nedenle bilim adamlarının antimaddeyi yakalayıp üretmesi son derece zordur.
Şu anda, bilim adamları, antimadde oluşturmak için parçacıkları yüksek hızlarda bombardıman etmek için çoğunlukla büyük hızlandırıcılar ve hadron çarpıştırıcıları kullanıyor.
Teorik olarak çarpışan bir çift altın atomu, aynı miktarda antiparçacık üretecek olan 500 parçacık üretecek.
Bilim adamları ışık hızına yakın iki altın atomuyla çarpıştılar ve trilyonlarca derecelik yüksek bir sıcaklıkta saniyenin trilyonda birinden daha kısa bir sürede anti-helyum-4'ün izlerini yakaladılar.
Bu zorluk hayal edilebilir. Bilim adamları, 1 milyar çarpışmanın ürettiği 500 milyar parçacığı taradılar ve 18 antimadde helyum-4 çekirdek sinyalini tespit ettiler, böylece bugüne kadarki en ağır anti parçacığın kanıtlarını elde ettiler.
Antimaddeyi korumanın yolu, mutlak sıfıra yakın bir ultra düşük sıcaklık yaratmak ve ardından manyetik hapsetme yoluyla bir antimadde tuzağı oluşturmak ve antimaddeyi düşük sıcaklık durumunda tutmak için bu manyetik alan tuzağını kullanmaktır.
Yıllarca süren sıkı çalışmayla, bilim adamları kaç tane antimadde ele geçirdi?
Bazı bilgilere göre bugüne kadar üretilen ve toplanan antimadde: Fermilab'da 15 ng; CERN'de 1 ng ve DESY'de 2 ng.
Bunlar toplamda 18 nanograma ulaşıyor, bu da milyar gram başına 1.8 parça. Tüm bu antimaddenin yok edilmesiyle üretilen enerji, bir bardak kaynar suyu kaynatmak için yeterli değildir.
Ve antimadde yapmak için ne kadar enerji gerekiyor? Geçmişte antimadde üretmek için kullanılan enerjinin hesaplanmasına göre, insanlığın mevcut bilimsel ve teknolojik yetenekleri, 250 milyar kilowatt elektriğe eşdeğer olan 25000000000000000 kilowatt enerji olan 1 gram antimadde üretmek için 25x10 ^ 15 kilowatt enerji gerektirmektedir.
Bu enerji tüketimine göre hesaplandığında, kilovat-saat başına maliyet 0,01 ABD doları (7 sent RMB) olarak hesaplansa bile, 1 gram antimaddenin üretim maliyeti 250 trilyon ABD doları gerektirir.
2017'de dünyanın gayri safi milli hasılası 80,68 trilyon ABD dolarına ulaştı, bu da dünyanın her yerinden insanların 3 yıl boyunca yemeden veya içmeden 1 gram antimadde üretemeyeceği anlamına geliyor.
Bu nedenle, birisinin dünyayı yok etmek için antimadde yaratacağından endişelenenler huzur içinde uyuyabilirler.
Einstein'ın kütle-enerji denklemine göre, her gram madde 25 milyon kilovat-saat elektrik elde etmek için enerjiye dönüştürülür; şu anda insanlar enerjiyi maddeye dönüştürmek isterken, maddenin 1 milyar katı enerjiyi alır.
Bu nedenle, insanoğlu enerjiyi maddeye dönüştürmek için ekonomik olarak uygulanabilir teknolojiye henüz hakim olamamıştır İnsan uygarlığı seviyesinin hala nispeten düşük bir seviyede olduğu ve daha önümüzde uzun bir yol olduğu görülmektedir.
İşte bu, tartışmalara açığız ve okuduğunuz için teşekkürler.
Zaman-uzay iletişimi orijinal telif hakkı, ihlal intihal etik olmayan bir davranıştır, lütfen anlayın ve destekleyin.
