根据爱因斯坦的质能方程，一根粉笔的能量可供人类使用一百年吗？

发布者：青灯问童子 2023-7-2 16:24

爱因斯坦狭义相对论中的质能方程，也就是E=mc平方，表明质量和能量是等价的，两者可以相互转换。但更深刻的含义在于：质量只是能量的另一种表现形式，能量才是最本质的存在。

如果仅仅看质能方程公式，很容易对该方程产生误解，会误认为质量在任何时候都可以完全转换为能量，其实大多数时候是不能这样的。

质量完全转换为能量，目前来看只有一种方式，那就是与对应的反物质相遇，发生湮灭，物质与反物质就可以完全转换为纯能量，比如说电子与正电子相遇。如此来讲，如果存在一根“反粉笔”，与粉笔相遇，就可以转换为纯能量。

而爱因斯坦的质能方程想表达的显然不是物质与反物质相遇发生的事情，具体是怎么回事呢？

需要从原子的内部结构说起。我们都知道原子核是由质子中子组成的，质子中子通过强力，也就是强相互作用结合在一起，这种结合就会产生强大的结合能，理论上如果要把中子质子分开，需要外界能量大约结合能才可以。

而核聚变的过程就是质子中子这样的核子再次组合在一起的过程，比如说太阳核聚变，就是两个质子和两个中子结合成氦原子核，在这个过程中质量会亏损转换成能量。但是你会发现核子的数量没有任何改变，那怎么会出现质量亏损的现象呢？

虽然核子的数量没有任何改变，但是氦原子核的质量要比两个中子和两个质子的质量总和略小，这就是亏损的质量，那么亏损的质量到底来自哪里呢？

就是来自核子之间强大的结合能。在质子中子聚变的过程中，核子的结合方式发生了改变，损失了部分结合能，损失的能量当然也能以质量的形式表现出来。

这里有必要强调一下另外一种反应形式：化学反应。我们通常会说化学反应前后质量不会变化，其实这是不严谨的。因为化学反应通常都会释放出能量，只能释放能量肯定意味着质量的亏损，所以化学反应的过程质量并不守恒。

只是因为化学反应前后质量亏损太小了，完全可以忽略不计而已。这是因为化学反应的过程并不会出现在核子层面，只是原子核外围电子的组合发生了改变而已，而电子的质量相对于原子核要小很多。

明白了核聚变以及质能方程的具体表现形式，再来看看一根粉笔的能量是否够人类使用一百年。

其实这就是简单的数学计算，按照核聚变原理，一根粉笔的质量是不可能全部发生聚变的，只有一小部分质量会转换为能量。

退一步讲，即便是把一根粉笔的质量全部转换为能量，会产生多少能量呢？

大约只有1.8乘以10的14次方焦耳。你可能对这个数字没有什么概念，对比一下就知道了。人类一百年使用的能量是多少呢？大约为5.7乘以10的20次方焦耳，这两个数字完全不是一个数量级的，相差太大了。

所以，不要说一根粉笔了，就是一万根粉笔全部转换为能量，也不能让人类使用一百年。

最重要的是，以上都是理论上的分析，实际上以目前人类科技水平，莫要说把一根粉笔全部转换为能量了，我们连把粉笔进行核聚变的科技都没有，因为人类科技还远远达不到可控核聚变的高度。

人类目前使用的主要还是化学能源，而化学能量的本质其实就是火，与原始社会人类使用的火本质上是一样的，只是如今的化学能源的能量更集中罢了，但是效率仍旧非常低，这也是为什么火箭的推动力很难有质的提升的本质所在！

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