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世界上有幾克電子

圖文 更新时间:2024-07-28 00:15:20

世界上有幾克電子(全世界的電子總質量隻有幾十克是真的嗎)1

假的,全世界的電子總質量不可能隻有幾十克。雖然單個電子質量隻有9.11×10^-31千克,但電子總數量非常多,所以電子總質量也會很高。

如果地球的電子總質量隻有幾十克,由于質子的質量是電子的一千多倍,那麼,地球的質子總質量就隻有幾十千克(假定地球是電中性),而中子的質量也差不多隻有幾十千克(中子的數量和質量與質子大緻相當)。由于質子、中子和電子構成了所有的物質,這就意味着地球的總質量才百來千克,這與地球質量将近6億億億千克的事實嚴重不符。

下面,簡單來估算一下地球上的電子質量之和。

世界上有幾克電子(全世界的電子總質量隻有幾十克是真的嗎)2

雖然由于太陽風的作用,地球被電離了,但地球的電離度非常低,隻有一千億億億分之一(10^-27),故可以認為地球大緻呈現為電中性。物質的組成一般包括三種粒子——質子、中子和電子,其中質子帶一個正電荷,中子不帶電,電子帶一個負電荷。因此,對于大緻呈現電中性的地球來說,質子數和電子數大緻相等。

雖然單個質子、中子和電子的質量都是已知的,為了算出電子的總質量,還需要知道地球的質子和中子之比。

世界上有幾克電子(全世界的電子總質量隻有幾十克是真的嗎)3

從質量占比來說,整個地球質量的32.1%為鐵,30.1%為氧,15.1%為矽,13.9%為鎂,2.9%為硫,1.8%為鎳,1.5%為鈣,1.4%為鋁,另外1.4%為其他元素。對于原子序數較高的元素,其中子數都要多于質子數。而對于原子序數較低的元素,質子數和中子數基本上相等。由于地球的元素組成都是原子序數較低的元素,所以可以認為質子數、中子數和電子數都是相等的。

單個質子的質量和中子的質量幾乎是相等的,而單個質子的質量是單個電子質量的1836倍。由此可以算出電子總質量占地球質量的0.0272%(1/(2×1836 1)),所以電子的總質量為1.63×10^21千克,即163億億噸。

因此,全世界的電子加起來隻有幾十克的說法是錯誤的。事實上,這裡的幾十克指的是構成互聯網的所有運動電子的質量。

世界上有幾克電子(全世界的電子總質量隻有幾十克是真的嗎)4

根據哈佛大學的物理學家Russell Seitz估計,互聯網中可能有7500萬至1億台服務器,每台服務器的功率在350至550瓦之間,所以總功率大約為400億瓦。由于矽邏輯以大約3伏的電壓運行,并且1安培大約是每秒10^18個電子,如果芯片的平均運行速度為10億赫茲,通過計算可得,互聯網是由大約50克的運動電子組成。如果再算上個人電腦,這個數據還要變大3倍。

不過,這項估計是在2006年做出的,現在已經十幾年過去了,互聯網的數據量早已大幅度增加。按照現在的水平,互聯網中的運動電子質量可能已經有幾百千克了。

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