溫馨提示:這是一個燒腦的問題,請各位小夥伴備好瓜子、花生、礦泉水,并盡量做到在頭腦清醒的狀态下閱讀本文。
我們要搞清楚這個問題,必須要簡單理解一下以下兩個概念:
能量和質量在相對論的體系中,質量是能量的一種具體的表現形式,能量和質量之間是可以互相轉換的。關于這個概念我們可以舉一個不恰當的例子來說明,假設氧氣就是能量,平常我們都看不見它的,但是在特定的條件下,比如說低溫環境,氧氣就會呈現了液體甚至固體的表現形式,這樣我們就能看得到,也摸得到了。
同樣的,在特定的條件下,質量和能量之間也可以互相轉換,其中質量轉能量的例子比較多,例如平常所見的燃燒現象,以及今天我們要談的核反應等。那麼能量能轉化為質量嗎?答案是肯定的,英國物理學家帕特裡克·布萊克特就證明了這一現象,他通過研究發現,高能光子在靠近原子核的時候,其攜帶的能量有時會産生出成對的正、反電子。這是人類首次通過實驗發現能量轉化為質量的現象,帕特裡克·布萊克特也因此獲得了1948年的諾貝爾物理學獎。
核結合能核結合能是指保持原子核穩定的能量,即将基本粒子結合成原子核所需要的能量,或者将原子核的基本粒子全部分開所需要的能量。還需要引入一個概念--平均結合能,它是指原子的核結合能除以原子中的質子和中子的總數得出的結果。
好了,在大概知道以上兩點知識之後,我們就可以來讨論今天的問題了,我們先來看一下各種元素的平均結合能曲線圖,如圖所示:
從理論上來講,所有的元素都是可以進行核反應的(包括核聚變和核裂變),而它們核反應是否會釋放能量,主要是看反應後質量的變化,如果是減少就會釋放能量,反之則會吸收能量。
從上圖我們可以看到,氫元素(H)的平均結合能最低,因此基本粒子要形成氫原子是很容易的,這也是宇宙中存在着大量氫元素的原因。從氫原子往後的元素,平均結合能就越來越大,到鐵(Fe)的時候平均結合能最大,在它之後就出現了下降的現象。實驗證明當比鐵(Fe)輕的元素聚變或者比鐵重的元素裂變時,都會出現質量的損耗而釋放出能量,這個釋放出來的能量就是核結合能。而鐵元素因為它的平均結合能最大,所以成為了宇宙中最穩定的元素。
實驗證明,如果單獨來計算的話,氦原子的原子核的質量比組成它的兩對質子和中子的質量要輕,這就意味着核結合能蘊含在基本粒子中,并以質量的形式存在,當氫在聚變的過程中,蘊含在氫原子中的核結合能會部分的釋放出來,這也造成了核反應中質量的損失。同樣的,當比鐵重的元素産生裂變時,也會因為質量的損失而釋放出蘊含在組成它的基本粒子中的核結合能。
最後一個問題,這些質量跑到哪去了?綜上所述,消失的質量是通過核結合能的形式存在,它被釋放之後,就變成了其它的能量,如光能、熱能、動能等,以各種能量形式存在于宇宙空間中了,根據能量不滅定律,也許在某個特定的條件下,它們又會以質量的方式出現。
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