为什么有人说核聚变并不是质量转化成能量?质量究竟为何物?

星宇飘零 2023-12-23 22:07:51

在很多科普作品里我们都看到过说核聚变是质量转化成能量,证明了爱因斯坦的质能关系。

(氢弹爆炸,图源:ATOMIC HERITAGE FOUNDATION原子能遗产基金会)核聚变并不是质量转化成能量?

但近年发现有很多人纠正这种“错误”说法,说核聚变并非质量转化成能量!原因是核聚变过程中粒子数并没有变少,比如两个氘核(氢的同位素,由一个质子加一个中子组成)发生核聚变后,产生一个氦核,而氦核就是由两个质子加两个中子组成的。因此整个核聚变过程中核子数并没有变化,组成核子的夸克数也没有变化,因此质量并没有转化成能量,过程中所释放的实际上是结合能。

(中科院物理所科普截图)

这似乎也解释得过去,核聚变释放了能量,两个氘核聚变成一个氦核的过程中质量确实减少了,但这减少的质量实际上是来自于能量——结合能。但是习惯思考的同学一定会产生疑问:结合能顾名思义不是使核子结合在一起的能量吗?为啥结合后反而减少了?难道结合能是负能量?

(氘氚核聚变,图源:Universe Today)

其实这是望文生义产生的误解,这里的结合能用另一个名词可能就没有歧义了——分离能。分离能顾名思义就是把氦核重新分离成两个氘核所需的能量,根据能量守恒,分离能等于结合能,也就是忽略核反应前后原子核的动能变化,两个氘核核聚变时释放的能量=使两个氘核重新分离时所需的能量。

(氘原子,图源:加州伯克利分校)

大概的定义捋清楚后,我们来谈谈这结合能究竟是算质量转化成能量还是一种能量转换成另一种能量?我个人的理解是:质量转化成能量!因为假如我们忽略动能,两个氘核的质量在反应后确实减少了,最终生成的氦核质量比两个氘核分开时少了,即所谓的质量亏损,注意,忽略动能的情况下,反应前后的质量都是静质量,即惯性质量,我个人认为这就是氘核的质量转化成了能量。

(核聚变质量亏损,图源:QS Study)

如果不认同这一点,那么“反物质湮灭质量100%转化成能量”的说法也是错误的!因为一个质子的质量里只有约1%是来自于组成它的三个夸克,其余大约99%都来自于束缚三个夸克的胶子(强相互作用传播粒子)的束缚能和夸克自身的动能,也就是说,质子的质量里99%都来自于能量,如果按照上面结合能不算质量转化能量的标准,那反物质湮灭也不能称为质量100%转化成能量!

(反物质,图源:ESO)

然而反物质湮灭中质量100%转化成能量已经是科学界共识了,所以以此逻辑,核聚变的质量亏损就是质量转化成能量!接受反驳。

(反物质湮灭,图源:vocal.media)

当然,你还得把费曼先生一起反驳了,因为他也是这么说的……

(费曼物理学讲义截图)质量究竟是什么?

最后,我们来探讨一下质量究竟是什么?上面问题的争议点其实就在质量如何界定上,也就是结合能算不算质量?从前面质子质量来源我们可以看到,我们所定义的质量,实际上很大程度上就来源于能量,但这是原子和亚原子粒子的质量来源,那基本粒子呢?在量子力学里,基本粒子的质量来自于与希格斯场的相互作用,但我这篇文章讨论的并不是量子力学,而是相对论的质能关系,因此我们要从相对论的视角来讨论质量究竟是什么。

(质能方程)

在1905年,即所谓的爱因斯坦奇迹年,爱因斯坦发表了五篇重量级的科学论文,其中两篇就是后来被称为狭义相对论的论文,其中第一篇是研究运动物体与时空关系的,第二篇就是本文所讨论的质能关系。而当初爱因斯坦得到的质能关系实际并不是上图这样我们经常看到的E=mc²,而是E=△mc²。这里的△m代表的是质量的变化量。在那个时代,还没有发现反物质湮灭这种物理过程,包括运动物体趋近光速时质量的相对论变化和静止物体辐射光子后的质量变化,所考虑的都是变化量。

(质速关系)

到1932年,狄拉克所预言的反物质被发现,它能与普通物质完全湮灭的奇异特性,使人类对质量与能量有了更深的认识。但直到相对论质能关系发现40年后的1946年,爱因斯坦才正式把质能关系式修正为E=mc²,修正后的质能关系可用文字表达为:质量为m的物质粒子具有mc²的内禀能量。

(爱因斯坦)

这个修正后的质能关系可以变相理解为:质量就来源于能量。从相对论力学去理解质量就是:质量是能量的一种特殊表现形式。我个人的进一步理解(仅供参考)是:物质只是一种特殊的能量形式。也就是当能量以相对静止状态出现时,它就表现为质量,并具有惯性!要论证这一点需要从黑洞的物理特性入手,我将在下一篇文章详细分析,敬请关注。我是星宇飘零,关^_^注我,和你分享更多有趣科学知识。

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4 阅读:719
评论列表
  • 2024-02-10 15:52

    宇宙万物最大的特征就是一切都可以转化,可以点石成金,可以化金为水,如果化不出来,那是条件不够

  • 爱因斯坦放屁,任何核变,是宇宙中第一种化学反应:中子→氢原子+电磁振子(光子)。减少的质量是电磁振子的质量。放出的能量是粒子维持圆周运动的能量

  • 2024-02-07 20:52

    核能化学能,都是释放光子,光子本性才是深化理解的唯一途径。理解光子参考论文 photon energy and photon behavior discussions

    Ydccaep 回复:
    太阳能,化石能,核能,都是释放光子
  • 所有核变,人们到目前,全理解错误。爱因斯坦在无知地胡扯。裂变,聚变,都一样。都是中子的分解。中子→氢原子+电磁振子(暗物质,光子)十能量(破坏圆周运动放出维持圆周运动的能量)!裂变与聚变发生条件不同。裂变因碰撞而使中子分解。聚变因加热使中子分解。裂变发生后,与聚变一样,靠加热继续进行!

  • 2024-03-28 23:31

    悖论斯坦,背叛数学由公理演绎证明特称命题的传统,号称证明全称公设公理。以光速不变假说祸害相对速度公理,祸害绝对时空,祸害能量质量引力等物理基本概念和认知方法。祸害数学,祸害物理,终身搞骗,祸害极大极深极广。

  • 2023-12-24 18:18

    重子的质量来自周围的空间密度(暗物质),空间密度与重子质量成正比。就好比水里的气泡,气泡的气压来自于周围的水压。

  • 2024-01-07 15:53

    核聚变时你走过去测量一下吧,有什么好吵的。这任务交给你了。[捂脸哭][捂脸哭][捂脸哭]

  • 2023-12-25 14:48

    质量是一种场能聚合。

  • 2024-02-22 10:58

    相对速度是自然公理,是绝对真理。为什么悖论斯坦要用光速不变假说祸害自然真理,欺师灭祖???还造谣说真理是相对的,蔑视自然和它的绝对诚实???

  • 2023-12-23 22:56

    电磁力是万有引力的10^36—10^42倍,恐怖至极。电子破碎由同性电荷斥力场发射获得动能,四散而去。不奇怪

    亚龙斯 回复: Ydccaep
    不一样的,一种像地球大气粘在表面,另一种像是从地球上发射出去的火箭,它们能影响的距离不同。
    Ydccaep 回复:
    都是距离平方反比,一样的变化
  • 2024-02-07 20:36

    自然绝对诚实,创造了人类,给了人类无穷的机会,是人类唯一的生存依靠。敬畏自然的绝对诚实,带来了人类科学。。。………悖论斯坦蔑视自然,创造反公理假说,大搞虚幻,意欲何为???狗都知道真假敬畏自然,难道有些人不如狗吗?………数学演绎必须从公理出发,才可能有意义有效。由创造反自然公理假说悖论演绎出的狗屎场方程狗屎核弹方程,必然是骗是祸。

  • 质是本质,量是能量,本质能量,

  • 2024-04-06 19:16

    自发裂变反应的预测和发现,是原子能利用的直接原因。与爱因斯坦有啥关系?质量亏损是他发现的吗?不知道他如何将沙子变成能量?如何将能量变成质量?篡改美女“动能公式(天天到处用)”把她变性成和尚“质能方程(看到人家核弹成功了,他居然假惺惺地说后悔编造了狗屎造核弹方程)”………这个莫名其妙的数学“能量”是动能还是势能?如何与质量运动发生作用?——解释光电效应?物理机制根本木有涉及,对光谱特性,对光电子能量分布,对偏振和温度影响等都不能解释。是半知乱解,害大于利(笨蛋好于坏蛋)。对比牛顿对“引力”必要充分真实的严谨归纳,是不是荒唐的笑话???——原来他还干过采用牛顿引力常数否定万有引力定律的丑事!——相对论篡改伽利略变换,洛伦兹遗憾的说“对于我,只有真正的时间,。。。都是爱因斯坦干的(破坏时间基本概念的荒唐事?)”

  • 2024-04-06 19:16

    引力是空间弯曲???空间对质量有力的作用???空间还知道质量的大小(穿越时间有变化)???有作用力和反作用力?空间不可入吗???没见过鬼,只见装鬼。👻两个质点靠在一起,质量引力的作用力和反作用力,空间往哪个方向弯呢?骗子知道吗?………质量随相对速度变化吗?相对速度无穷多。静质量是相对哪个速度参考系呢?各个方向相对速度不一样,难道各个方向质量不同吗???

  • 2023-12-23 22:52

    质量如何获得能量清清楚楚比比皆是,质量变成能量是创造假说,能量变成质量还是创造假说。

  • 2024-04-06 19:17

    迈克尔逊-莫雷实验结果的理解::有质量的光子惯性运动,一点也不奇怪。……光子对实验装置相对速度基本不变,地球重力对光子速度影响太小也测不到,近似为惯性系。

  • 2024-04-06 19:18

    波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波到处都有,水由粒子构成,不是波粒二象性。沙粒在特殊条件下形成沙丘波,所以沙粒有波粒二象性???波是一种物质???

  • 2024-03-17 03:28

    相对论一百多年了有什么实用性,可以举个例子吗?

星宇飘零

简介:专注宇宙、天文、物理的科普