愛因斯坦的質能方程E=mc^2告訴我們,質量和能量可以相互轉換。不過能量是最根本的東西,質量只是能量的另外一種表現形式罷了。
不過對于質能方程,很多人會產生誤解,認為任何東西都可以完全轉換成能量。其實并不是這樣的。
比如說,一根粉筆頭很難全部轉換成能量,除非用這樣方式:與反物質相碰,發生湮滅,可以完全轉換成能量。也就是說一根粉筆頭與一根“反粉筆頭”相遇,就能轉變成純能量。
但是愛因斯坦的質能方程并不會讓質量完全轉換成純能量,這里我們有必要解釋一下。
一個原子的原子核是由質子和中子組成的, 質子和中子這樣的核子通過強大的強相互作用被束縛在一起。
當我們的太陽進行核聚變時,核子會聚合在一起形成氦原子核,這個過程中會釋放出能量,質量虧損。
細心的你可能發現了,兩個質子和兩個中子聚變成氦原子核,核子數量并沒有改變,怎么出現質量虧損的情況呢?
但事實上正是如此。氦原子核的質量會略小于兩個中子加上兩個質子的質量,這部分質量就是虧損的質量,轉換成了能量。
為何會出現這種情況?虧損的質量到底在哪里?
這是因為中子和質子通過強相互作用結合在一起,擁有強大的結合能,損失的質量其實就是結合能,能量可以以質量的方式體現出來。當質子中子發生聚變的時候,結合能會發生改變(減少),通過核聚變釋放出來。
有必要再說一下化學反應,我們都知道化學反應會產生能量,只要產生能量肯定意味著質量虧損。那么為什么我們還要說“化學反應中質量守恒”呢?
因為化學反應中質量虧損得非常有限,基本可以忽略不計。化學反應并不在原子核層面上演,只是電子層面的重組結合改變。
說了這么多,再回到問題中來。
要想通過粉筆頭通過核聚變產生能量是不太現實的,即使能聚變產生的能量也不會很多。因為核聚變過程只有少量的質量虧損轉換成能量。
而且即便是按照質能方程把粉筆頭的質量全部轉換成能量,也只有大約1.8*10^14焦耳的能量。
人類一百年能使用多少能量呢?大約5.67×10^20焦耳,兩個數字完全不是一個等級的,相差好幾個數量級。
而且,以目前人類科技水平水平來看,不要說把粉筆頭的質量全部轉換成能量了,我們甚至都無法有效控制核聚變,無法實現可控核聚變。目前人類使用的主要能量仍舊是傳統的化學燃料能源,這種能源本質上與原始人類使用的火是一樣的!