Bu dünyadaki en temel varlık enerjidir ve enerjinin gizemi medeniyeti ileriye götürür.
Bu dünya enerjiden doğdu.13.8 milyar yıl önce evren bir tekillikten patladı ve dünyadaki her şeyi saf enerjiden dönüştürdü.
Enerji nedir? Enerji tam olarak nedir? Sadece ısı mı yoksa su ve ateş mi? Bu birçok insanın şüphesidir.
Modern fizik bunu şu şekilde açıklıyor: enerji iştir, hareket biçimindeki maddenin özelliğidir ve maddenin niteliğidir.
Enerji varoluşunun tüm biçimleri olan mekanik enerji, kimyasal enerji, termal enerji, elektrik enerjisi, radyasyon enerjisi, nükleer enerji, ışık enerjisi, gelgit enerjisi, alan enerjisi vb. Gibi birçok enerji varoluş yolu vardır.
Enerji birimi genellikle Joule (J) 'dir ve elektron voltları (eV) atom fiziği ve parçacık fiziği gibi alanlarda yaygın olarak kullanılır. 1eV = 1.602x10 ^ -19J. Erg (erg) bazen kullanılır, 1erg = 10 ^ -17J.
Ayrıca ortak bir elektrik enerjisi birimi de vardır derece (kw · h), 1kw · h = 3.6x1000000J
Bunlar bugün dünyaya dair algılarımızdır.
Evrenin başladığı anda, hiç kimse enerjinin hangi formda olduğunu bilmiyordu.
Bilimsel araştırmalar, Büyük Patlama'nın başlangıcındaki Planck zamanından önce, yani 10 ^ -43 saniye önce, evrenin yoğunluğunun santimetre küp başına 10 ^ 94 gramı aştığına inanıyor, bu da 1 kelimesinin arkasında 94 sıfır kütle olduğu anlamına geliyor. Bu tırnak Büyük enerji topunun kaç milyarlarca kütleye sahip olduğunu bulmak size kalmış ve bundan daha fazlası, bilmiyorum.
Bu zamanda evren hiper uzayda bir tekilliktir, uzay ve zaman birdir. Kuantum mekaniği teorisine göre, bu sefer Heisenberg'in belirsizlik ilkesiyle tutarlı olan kuantum enerji tedirginlikleriyle dolu bir kuantum vakum durumunda. Ama bu sadece bir tahmin, bizim boyutumuzla ilgili olmayan zaman ve uzayın durumunu kimse bilemeyecek.
Bu nedenle, zaman ve mekanın doğumundan önce, enerjinin hangi formda var olduğunu tarif etmek imkansızdır.Şimdi bildiğimiz dört temel kuvvet Planck zamanından sonra ayrılmaya başladı.
Dolayısıyla en yüksek halin enerjisi, açıklanamayan enerjidir. Bu devasa enerji, uzun tarihsel süreç içinde 13,8 milyar yıllık bir evrim geçirdi ve bugün tüm bu maddelere sahip.
Dolayısıyla dünyamızdaki her şey enerji tarafından dönüştürülür. O halde enerji maddeye dönüştürülebilir, madde enerjiye dönüştürülebilir mi?
Elbette. Antik çağlardan beri yemek pişirmek ve ısıtmak için yakacak odun, kömür ve petrol enerjisi üretimi ve çalışan trenler, maddenin her gün gerçekleşen enerjiye dönüşümünün örnekleridir.
Ama bu dönüşümde herhangi bir gizem var mı? Elbette var.
20. yüzyılın en büyük bilim adamı Einstein, bu sırrı bizim için ortaya çıkardı ve insanlığa maddi dünyayı anlamada büyük bir adım attı.
Einstein'ın özel görelilik kuramı ve genel görelilik kuramı, uzun zamandır modern fiziğin temel taşları olmuştur Görelilik kuramındaki göz kamaştırıcı bilimsel mücevherler arasında, büyük kütle-enerji denklemi olan elmas düzeyinde bir keşif vardır.
Bu denklemin ifadesi: E = MC ^ 2.
Bu denkleme bakmayın çok basit, ama onu karmaşık düşünme ve hesaplamalardan sonra elde etmek, sonunda bu özü yoğunlaştırdı.
Bu bir şaheser, Einstein karmaşık dünyayı basit ve şeffaf hale getirdi.
Bize bu dünyada kalite ve enerji olmak üzere sadece iki şey olduğunu ve bu iki şeyin sadece dönüştürülmekle kalmayıp nicelleştirilebileceğini söyledi Bu ifade, niceleme standardıdır.
E enerjisi (J birimi), kütle M (birim kg) çarpı C ışık hızının karesinin (3x10 ^ 8) karesine eşittir.
Bu denklemin en büyük önemi, kütlenin özünün enerji olduğunu, büyük enerjinin ancak küçük kütle üretebileceğini ve küçük kütlenin çok büyük enerji üretebileceğini ortaya çıkarmasıdır. Kütle ve enerji eşit olarak birbirinin yerine kullanılabilir.
Kütle-enerji denklemine göre hesaplanmıştır: 1 × 0.001Kg × (3 × 100000000m / s) ^ 2 = 90000000000000J
Bu denkleme göre 1 gram kütle tamamen enerjiye çevrilir ve 90 trilyon J enerji elde edilebilir.
Bu, tüm kütleyi enerjiye dönüştürmenin inanılmaz verimliliği.
Yani 1 gram lahana ya da 1 gram altın olsun, içerdiği enerji eşdeğerdir.Bütün enerjisini serbest bırakmanın bir yolu varsa, 1 gram lahana veya 1 gram altın olsun, 1.5'e denktir. Hiroşima atom bombasının patlayıcı gücü 25 milyon kilovat-saat elektriğe eşdeğerdir.
Ancak tüm kütleyi enerjiye dönüştürmek çok zordur.
İnsan uygarlığının kayıtlı tarihi yalnızca birkaç bin yıldır, ancak bu binlerce yıldır insanlar enerji elde etmek için kimyasal dönüşümü kullandı, bu nedenle dönüştürülmüş kütle-enerji oranı çok düşük.
Modern termik enerji üretiminin kütlesel enerji dönüşüm oranını kömürden elektriğe çevirelim.
Ulusal Kalkınma ve Reform Komisyonu tarafından sağlanan verilerin, termik santrallerde kilovat-saat elektrik başına kömür tüketiminin 2000 yılında 392 gram standart kömürden 360 gram'a düşürüldüğü ve 2020'de 320 grama daha da düşeceği bildirildi.
2020'de kilovat-saat başına 320 gramlık olası enerji tüketimi olan en son enerji tüketimine dayanarak, modern kömür yakıtlı elektrik üretiminin en yüksek dönüşüm oranını hesaplayacağız.
1 ton standart kömür elektrik üretebilir = 1000kg / 0.32kg = 3125 derece
3125 derecex3600000J = 11250000000J
Dönüşümde 1 gram kütle fonksiyonu dönüşümünden elde edilen enerji 90000000000000/1 ton kömürden elde edilen enerjinin 11250000000 = 8000 katıdır.
Yani 1 ton kömürün elde ettiği enerji, 1 gram kütlenin toplam enerjisinin sadece 8000'de biri yani 1 ton kömür, sadece 0.000125 gram kütlenin açığa çıkardığı enerjiyi elde etmektedir. Bu dönüşüm oranı nedir? % 0.0000125
Bu çok büyük bir gelişmedir Birisi daha önce kömürün kimyasal dönüşümü ile elde edilen enerjinin kütlenin enerjiye dönüşüm oranının sadece% 0.0000028'e eşit olduğunu hesaplamıştı.
Kaçınılmaz bir diğer sorun da kimyasal enerjinin dünyanın uzun vadeli birikiminin bir sonucu olmasıdır.Örneğin, kömür ve petrol üretmesi yüz milyonlarca yıl alır.Modern insanlar rezerv miktarı kadar toplar ve üretim oranı, benimsenme oranıyla tamamen orantısızdır. Enerji tükenmesi kaçınılmaz bir eğilim haline geldi.
Bu darboğazın nasıl çözüleceği, geçen yüzyıldan beri çeşitli ülkelerdeki bilim adamlarının ve politikacıların karşılaştığı önemli bir sorun olmuştur.
Einstein'ın kütle-enerji denkleminden esinlenerek daha yüksek bir enerji dönüşüm oranı aramak için insanlık nükleer enerjinin yaratıldığını keşfetti.
6 Ağustos 1945'te ABD, Japonya'nın Hiroşima kentine insanlık tarihindeki ilk atom bombasını attı. "Küçük Çocuk" kod adlı yaklaşık 13.000 tonluk patlayıcı eşdeğeri atom bombası dünyayı uyandırdı ve nükleer fisyon teknolojisinin ustalığını sembolize etti. .
9 Ağustos 1945'te ABD, Japonya'nın Nagazaki kentinde kod adı "Fatty" olan yaklaşık 20.000 tona eşdeğer bir atom bombası attı. Büyük enerji salınımı doğrudan Japonya'nın kayıtsız şartsız teslim olmasına neden oldu ve İkinci Dünya Savaşı sona erdi.
Bu, insanlığın, kütle-enerji dönüşümünün verimliliğini büyük ölçüde artıran, işlevlerin dönüşümünde ustalaşması için yeni bir yöntemdir.
Daha sonra, insanlar kontrol edilebilir nükleer fisyon teknolojisinde ustalaştı ve bu teknolojiyi nükleer enerji santralleri inşa etmek için kullandı ve nükleer enerjinin barışçıl kullanımında yeni bir çağ başlattı.
İnsanlar ayrıca kütleyi enerjiye dönüştürmek için nükleer füzyon teknolojisini kullanan ve nükleer fisyondan daha verimli olan bir hidrojen bombası geliştirdiler.
Nükleer fisyon kütle enerjisinin dönüşüm oranı% 0,13 ve nükleer füzyon kütle enerjisinin dönüşüm oranı% 0,7'dir.
Nükleer fisyonun, kömür yakmanın kimyasal enerji dönüşüm yönteminden 10.400 kat daha verimli olduğunu ve nükleer füzyonun nükleer fisyondan 5 kat daha verimli olduğunu görebiliyoruz.
Bununla birlikte, insanlığın hâlihazırda ustalaştığı nükleer füzyon hala kontrol edilemez bir aşamadadır ve yalnızca bir kerelik bir patlamadan enerji açığa çıkaran nükleer füzyon silahları üretilebilir.
Nükleer füzyon araştırması, birçok ülkenin halihazırda üstesinden gelmeye çalıştığı bilimsel bir araştırma projesidir ve birçok atılım yapılmıştır.Örneğin, kontrol edilebilir nükleer füzyonun enerji çıktısının girdiden daha büyük olduğunu ve kısıtlı sürekli nükleer füzyon süresinin ilerleme kaydettiğini fark etmiştir.
Bu araştırmada Çin bir virajda solluyor Çinin "yapay güneş" deney cihazı EAST (Gelişmiş Süperiletken Tokamak Deney Cihazı) 101,2 saniyeden fazla kararlı durum uzun darbeli yüksek hapsetme plazma işlemi elde etti ve bu noktaya ulaştı. Dünyanın ön cephesi.
Ama sonuçta, sadece 100 saniyelik kontrol edilebilir sürekli nükleer füzyon var Çözülmesi gereken birçok sorun var ve gerçek ticari operasyona giden yol hala çok uzun. Bazı insanlar, kontrol edilebilir nükleer füzyon teknolojisinin 2050'de ticari uygulamalara gireceğini tahmin ediyor ve başarısını görmekten mutluluk duyuyoruz.
Kontrol edilebilir nükleer füzyon ortak bir enerji kaynağı haline geldikten sonra, insani gelişmenin darboğazı, enerji krizi uzun süre içinde ortadan kalkacaktır. Nükleer füzyon için birçok hammadde olduğu için tükenmez oldukları ve nükleer füzyonun çevrenin korunması ve çevrenin iyileştirilmesinde önemli rol oynayacak en temiz ve yüksek verimli enerji kaynağı olduğu söylenebilir.
Bu aşamada geliştirilen kontrol edilebilir nükleer füzyon için gerekli hammaddeler hidrojen izotopları döteryum ve trityumdur.Bu elementler deniz suyunda ekstrakte edilebilir. 1 litre deniz suyu 300 litre benzin üretebilir. Arkadaşlar Pasifik Okyanusu'ndaki suyu hesaplayabilir. kaç? Atlantik Okyanusunda ne kadar su var? Hint Okyanusu'nda ne kadar su var? Kaç yıl kullanılabilir?
İnsanlar ayrıca ayda büyük miktarda helyum-3 rezervi olduğunu keşfettiler.Helyum-3 nükleer daha temiz ve daha verimli bir nükleer füzyon yakıtıdır. Ancak bu tür nükleer füzyon reaksiyon koşulları daha yüksektir, bu nedenle teknik gereksinimler de daha yüksektir ve insan tarafından kontrol edilebilir nükleer füzyonun adım adım gerçekleştirilmesi gerekir.
Dahası, ay kaynaklarının gelişimi hala yarı bilimkurgu durumundadır ve bunun hakkında konuşmak için henüz çok erken.
Ancak aydaki helyum-3 rezervleri bir milyon ton kadar büyüktür ve insanların on binlerce yıl boyunca kullanması için yeterlidir. Helyum-3'ün tüm dünya rezervlerinin sadece yaklaşık 500 kilogram olduğunu bilmeliyiz, bu yüzden ay kaynakları özellikle değerlidir Bu dünyanın küçük kardeşi şüphesiz insani gelişme için enerji rezervuarıdır.
Bununla birlikte, medeniyet seviyesi yükseldikçe insan enerjiye olan talebi daha da artacak ve büyüklük dereceleri ile artacaktır. Bu nedenle insanlığın nükleer füzyona ek olarak daha uzun vadeli bir vizyona sahip olması gerekir.
Kardashev'in kozmik medeniyet hiyerarşi teorisine göre kozmik medeniyet üç seviyeye ayrılmıştır.
Birinci seviye medeniyet, ana yıldız medeniyetidir, bu, medeniyetin gezegenin tüm kaynaklarını ve enerjisini kontrol edebilmesi ve kullanması gerektiği anlamına gelir; ikinci seviye medeniyet, yıldız sisteminin tüm enerjisini ve kaynaklarını kontrol edebilmesi ve kullanabilmesi gerektiği anlamına gelir; üçüncü seviye medeniyet anadır. Galaksi uygarlığı, ana galaksinin tüm enerji ve kaynaklarını kontrol edebilmeli ve kullanabilmelidir.
Bir insan olarak birinci sınıf medeniyete ulaşmak için, yeryüzünün tüm kaynaklarını ve enerjisini kontrol edebilmeli ve kullanabilmeli, artık yeryüzünden gelen doğal ve insan yapımı afetlerden korkmamalı; ikinci sınıf medeniyete ulaşmak, güneş sisteminin tüm kaynaklarını ve enerjisini artık korkmadan kontrol edebilmektir ve kullanabilmektir. Güneş sistemindeki güneş değişiklikleri, asteroit çarpmaları vb. Gibi çeşitli felaketler; üçüncü uygarlık düzeyine ulaşmak, galaksinin tüm enerji ve kaynaklarını kontrol edip kullanabilmektir, temelde herhangi bir felaketten korkmadan, insanlar sonsuza kadar var olabilir, sadece büyük patlama ve dağılmış bilinç olabilir İnsanlığı bitir.
Bu üç medeniyetin faaliyetleri şu şekildedir: Birinci seviye medeniyet sadece yeryüzünde veya komşu gezegenlerde aktif olabilir. Kaplumbağaları yakalamak için denize gitmek sorun değil. İkinci seviye medeniyet güneş sistemi etrafında hareket edebilir ve komşu yıldız sistemlerini ziyaret edebilir. Ne? Üçüncü düzey uygarlık istediği zaman galaksiler arasında gidip gelebilir. O zamanlar ışık hızındaki darboğaz artık bir sorun değil. Warp motorları ve solucan deliği geçişleri uzun zamandır eski efsaneler haline geldi. Ne tür insanlar haline gelince Varoluş yolu veya kullanılan galaksi hareket araçları düşünülemez.
Bu medeniyet seviyeleri sınıflandırmaları çok kesin olmasa da, genel gelişim yönü bilim camiası tarafından hala geniş çapta kabul edilmektedir.
Uygarlığın yükseltilmesini sağlamak için en önemli ölçüt, enerji kullanım seviyesini kontrol etmektir.
Bu uygarlık seviyelerinin enerji çıktısı tek ölçektir. Medeniyetin bulunduğu yıldız sistemine ve galaksiye bağlı olarak, gerekli enerji çıkışı da farklıdır.
Örneğin insan uygarlığı birinci basamak uygarlığa ulaştığında, uygarlık faaliyetlerinin çıktı gücü saniyede 10 ^ 16 ~ 10 ^ 17 watt'a ulaşmalıdır.Bu şu anda gezegenimiz tarafından alınan toplam güneş enerjisi miktarıdır; ikinci düzey uygarlık faaliyetlerinin çıktı gücü saniyede 4 × 10'a ulaşmalıdır. 26 watt, bu saniyede güneş tarafından üretilen enerjidir; üç seviyeli uygarlık faaliyetinin çıkış gücü, galaksinin enerji radyasyonunun toplamı olan saniyede 4 × 10 ^ 37 watt'a ulaşmalıdır.
Gezegenimizin mevcut enerji tüketimi yalnızca yaklaşık 10 ^ 13 watt'a ulaştı, bu nedenle uygarlık seviyemiz yalnızca 0,73.
Aslında, insanlar için pek çok sorun var.Çeşitli felaketler, sera etkisi, nükleer savaşlar ve salgınlar insanlığın hayatta kalması ve gelişmesi için hala ciddi tehditlerdir.Bu, yeryüzünün kaynaklarının ve enerjisinin tam kontrolünden ve kullanımından uzaktır.
Bilimsel topluluk, uygarlık 0.1 düzey yükseltilirse, enerji çıktısının 10 kat artırılması gerektiğine inanıyor.Bu şekilde, biz insanların birinci düzey uygarlık düzeyine ulaşmak için enerji üretimini 1.000 ila 10.000 kat artırmamız; ikinci düzey uygarlığa ulaşmak için 100'e ulaşması gerekiyor. 100 milyon kat daha fazla enerji çıkışı.
İnsanlar hızlı gelişme çizgisine girmiştir, bu nedenle her yıl enerji talebi ve üretimi hızla artmaktadır ve büyük olasılıkla büyük bir büyüme aşamasına girecektir.
Bilim adamları, insanoğlunun birinci sınıf medeniyete ulaşmasının yaklaşık 200 yıl, ikinci sınıf medeniyete ulaşmasının ise 5.000 yıl alabileceğini tahmin ediyor.
Üçüncü düzey uygarlık artık tahmin edilemez ve muhtemelen 100 milyon yıl, hatta milyarlarca yıl gibi uzun bir zaman alacaktır.
Yukarıdaki uygarlık gelişimi ölçümünden, enerjinin uygarlığın kaynağı olduğunu ve insan uygarlığının enerji çözülmedikçe ilerleyemeyeceğini görebiliriz.
Medeniyetin gelişmesiyle birlikte, enerjinin talebi ve rolü gittikçe artacak ve hatta insan varoluşunun biçimi büyük değişikliklere uğrayabilir.Bir bilinç veya enerji biçimine dönüşmesi muhtemeldir.Enerji talebi şu anda düşünülemez.
İnsanoğlunun mevcut enerji kullanım düzeyi tek başına gelecekteki uygarlığın gelişimini sürdürmek için yeterli olmaktan uzaktır.
Artık insanlık petrokimya çağından nükleer enerji çağına geçiş dönemine girdiğine göre, kontrol edilebilir nükleer füzyon enerjisinin kullanımı hala deney aşamasındadır. Nükleer füzyon toplumda yaygın olarak kullanılsa bile, bu enerji kullanım yönteminin kütle enerji dönüşüm oranı sadece% 0,7'dir ve dönüşüm verimliliği hala oldukça düşüktür.
İnsanoğlu artık kütle enerjisinin en yüksek dönüşüm oranının% 100 olduğunu biliyor.Şu anda sadece antimadde ve pozitif maddenin yok edilmesinden patlayan enerjinin% 100 kütle enerjisinin mükemmel dönüşümü olduğu biliniyor.
1 gram antimadde ve 1 gram pozitif madde bir araya geldiğinde, hepsi yok olacak ve 2 gram kütle-enerji dönüşümü ile sonuçlanacak ve 180 milyar kilojul veya 50 milyon watt enerji ile sonuçlanacak.
Bununla birlikte, antimadde dünyamızda çok azdır ve üretilmesi, tutulması ve depolanması son derece zordur. Dünyanın dört bir yanındaki bilimsel deneyler onlarca yıldır devam ediyor, sayısız enerji harcadı ve elde edilen antimadde bir bardak kaynar suyu kaynatmak için yeterli değil.
Ve eğer çok fazla antimadde varsa, örneğin, bir antimadde gezegeni dünyaya gelecek, yeryüzüyle birleşecek ve yok edilecek ve insanlar ve dünya yok olacak, ki bu da kazanmaya değmez. Bu nedenle anti-maddenin kullanımı zor ve çok tehlikelidir ve kullanmazsa kendini yok edecektir.
Öyleyse verimli enerji kullanımı için daha fazla seçenek var mı?
Bazılarının olacağını düşünüyorum, ancak insanların dünyayı anlayışı hala nispeten sığ ve enerji kullanımı hala çok düşük bir seviyede. Bu seviye, medeniyet seviyemizle eşleşiyor. Hala birçok bilinmeyene sahibiz. Alan açılmadı.
Doğa, enerji kullanımında% 0,7 ile% 100 arasında% 99,3'lük bir boşluk bırakmayacak Nükleer füzyon ve antimadde imhasına ek olarak, keşfedilecek ve kütle-enerji dönüşüm oranı için geliştirilecek alanın% 99,3'ü var.
Einstein'dan sonra madde ile enerji arasındaki kapıyı açan başka bir usta kimdir? O şimdi mi doğdu? Yoksa o sadece kalabalığın içinde öne çıkmayı mı bekliyor? Bekleyip göreceğiz ve onun gelişini saygılı bir tavırla karşılamaya hazırız.
İşte bu, okuduğunuz için teşekkürler ve hoşgeldin tartışma.
