導語
1920年代,愛因斯坦提出他著名的E=MC²,完成了質能的徹底統一。
這個理論揭示出質素和能量是可以相互轉化的,那麽低於能量閾值的粒子將能量被累加,當其超過閾值後,就能釋放出原本在其裏面的能量。
這個理論的最終驗證將在20年後。
但愛因斯坦也是這個理論的原始創作者,並非導致原子彈產生的制造者。
那麽相比原子彈,氫彈和反物質更具能量,它們的威力又有多大呢?
一、愛因斯坦的E=MC²和原子彈。
在1905年,愛因斯坦發表了【論質能關系】。
這是一篇關於光的量子理論的論文。
這篇論文首次提出物質和能量之間的等效關系,也就是質素和能量之間是可以實作相互轉化的。
一個質素為m的物體,如果速度為v,那麽在其上由於動能是mv²/2,那麽在其上由於動能是mv²/2,這個物體具有的能量就是質子的能量。
若是將這個質子的能量,透過合適的方式發射出去,那麽該質素m物體就會失去對應的質素。
使用同樣的邏輯,這個質子的能量就是質子的能量,質子失去了對應的質素,那麽它就失去了對應的能量。
E=MC²,這個理論的推導非常簡單易懂。
他的主要思路,就是考慮一個相對論速度v,動量為mv。
相對論動量和非相對論動量是不同的,相對論比非相對論多了一個系數γ。
這個系數和v有關,v越大,那麽γ就越大。
因此,使用動能等於運動速度所對應的動量的平方的1/2倍,加上質子靜止能量的和,那麽可以得到質子在高速運動狀態下的能量.
由此我們可以得到一個結論,即「運動的質素」和「靜止的質素」,兩者之間的關系是透過γ來聯系的。
這個時候,我們可以對γ進行一個展開,利用泰勒展開式來將γ進行一個展示。
當γ為無窮大,或者速度趨近於光速時,那麽γ就是一個無窮大數值。
因此,高速飛來的質子,會產生一個多到無法計算的能量。
再仔細想一下,我們再實驗這個質子的過程中,要是在質子的能量上減少掉,那麽就會違背能量守恒定律。
這個結果是完全不合理的,因此,電子在運動中必然會具備一定質素,在運動時圍繞原子核進行旋轉和運動,但是在這個過程中,質子的質素會發生改變。
除了E=MC²之外,他所發明的相對論理論,也有很多新的發現和思路。
例如,他的相對性理論中證明了光速是一個不會隨著參考系的改變而改變的常數,即光速不是常數。
但這個結論和實驗結果是不符的,並且這是一個常數,沒有單位,也就是光速的大小是無法進行量的。
因此,他就不能夠用來進行計算,這一點,成為了不利。
但同時,也正是這個常數,卻是萬有重力定律和牛頓定律的修正和完善。
同時也是相對論的核心,沒有光速這個常數,那麽就意味著真空是不存在的。
愛因斯坦鼓浪嶼生活的那幾 年,正是在他思考這個理論的時候,當他在閑暇的時候,他就會在陽光沐浴下,走在濱海大道,吹著海風,思考著這個相對論的理論,這也成為了他的傑作。
但他並沒有研究這個概念,並且這個公式也只是一個推導,他並沒有發現它的威力。
來自美國的獨立的發明家-愛杜·科朗裏奇,這個榜樣人物,他就是那個利用這個公式和質能的等效關系,來發明一種高效的方法,來產生出高溫高壓的裂變反應。
這個技術他稱之為「原子彈」。
他的演算法可以將小的原子核合並為大的原子核,同時也釋放出能量。
在1942年,時任美國總統羅斯福,他看到了歐洲戰爭的前線狀況,也開始強化美國的軍備,最終下令成立曼哈頓計劃。
他的終極目標就是要研發生產出原子彈。
二、1克氫彈爆炸威力有多大。
1945年,美國在日本廣島投放世界第一顆原子彈,這也是世界上第一次使用核武器。
隨後三天,美軍又再次對日本長崎投擲了核武器。
若是核能來自於分裂,那麽氫彈所利用的核能就是來自於核聚變的過程。
氫彈所采用的核能,其能量已經遠超過了原子彈,其爆炸威力也遠遠不是簡單累加的關系。
因此他的威力是極其巨大的,因此人類在世界上看兩次核武器的爆炸,也是對自身責任的一個反思。
氫彈的制造過程,可以將摩天大樓都煉成一片廢墟,再用其制成一顆氫彈是完全沒有問題的。
其威力可見一斑,若是將其打在城市的中心,那麽一座城市將徹底被摧毀,成為一片死城,所有生命都會在爆炸中化作灰燼。
因此,人類所面臨的,不僅僅是爆炸的威力。
更加重要的是,人類面臨的是核軍備的不安全感,是由於核武器的原因,可能會爆發大規模的戰爭。
同時還會在人類中埋下心理陰影,人類是否能從一次核戰爭的淪陷中,能夠重新站起來進行復興。
總體來說,核彈的威力極大,但其在制造和使用上,也面臨嚴格的道德和國際法。
雖然氫彈在爆炸中可以釋放出巨大的能量,但是在使用上,最終還是被道德和國際法所限制。
雖然在中國的憲法中,國家軍事力量是在維護國家的主權和領土完整的,但是不能夠在沒有被攻擊過的前提下,主動對其它國家發射核彈。
在【聯合國的禁止核武器的條約】中,對「不會對沒有受到核攻擊的國家進行核攻擊」作出規定。
三、反物質。
在上世紀60年代,蘇聯釋出了一種核武器的概念,它就是反物質彈。
其威力為1克反物質和1克物質直接碰撞,產生100%的能量的樣品。
在氫原子彈的爆炸過程中,物質的質能轉化率為0.6%。
因此我們可以透過質能轉化率,來估算出反物質彈的威力,其威力將會是1.67/0.06=27倍。
但只有進行了計算,就一定能夠制造出這麽高威力的武器,這顯然是不現實的。
但是也說明,反物質的威力將會比氫彈的威力要大。
氫彈的本質是核聚變武器,其威力來自於氫原子的核聚變,其核聚變的過程,要求溫度必須能達到1000萬度。
只有將氫原子的放射線,能夠平衡1000萬度周圍氫原子的熱運動,來激發更多的核平衡之間的核反應,這個過程才能夠形成導致核爆炸的連鎖反應。
然後我們來看一下反物質的燃燒過程,若是將反物質和物質兩者之間碰撞,兩者之間不可能自發的接近和碰撞。
因此要對這兩個進行填充,但在這種過程中,也會有相反的和補償過程。
所以正是這個過程,只是成為一個巨大的等效能量,因此能夠進行相互抵消。
那麽如何儲存和使用反物質?
由於反物質是由反質子和反中子組成,因此所處的狀態並不是分散的,而是聚合在一起的。
他所存在的形式是在粒子對撞機中進行制造並且收集起來。
反物質還有一大價值,他在光年的距離內,帶來的能源是非常豐富的,大約是1噸反物質所帶進來的能量,對應的是一億顆40卡燃油的火箭所帶進進來的能量。
因此在未來有可能進行星際航行,其威力是巨大的。
但是,要對反物質具備一定的控制能力,同時也需要建造大型的加速器,來將反物質進行靜止,並且儲存。
然而,為了將1克反物質進行制造,所需要的時間將會達到5000萬年。
同時在制作過程中,爆炸所釋放出的能量,將會對整個過程產生影響,因此,在目前的水平上,是無法進行制作的。
即使將反物質進行燃燒,並且在燃燒的過程中,能夠將反物質進行聚變,這都是不現實的。
然而,如果人類真的擁有了這樣一種武器,他將會是絕對的一種殺傷性武器,將會對全球的和平穩定產生影響。
結語
在人類的發展的道路上,科技帶來的貢獻,同時也帶來了風險,我們應當審慎發展,同時人類應當註重和平與合作,來避免戰爭和沖突的發生。