在这个话题中涉及两个关键因素,一个是物质转换,另一个则是质量转换,从理论上来看,只要满足相关条件,两者都可以实现,那么如何来实现这两个看起很搞笑,但却是非常严肃的科学问题呢?
一、物质的转变
我们能见到所有物质,在宇宙中统称为显物质,从本质上来看都是由原子组成的!物质属性的不同就是组成物质的原子不一样而已,那么原子的属性由什么决定的呢?原子核,而原子核则由质子或者和中子组成!质子的数量差异决定了元素的差异,而中子则决定物质同位素差异,因此,从理论上来看只要重新组合质子数与中子数即可满足物质(元素)属性的差异!
如何实现质子与中子数的改变?
从本质上来看有两种方式可以实现原子核中,裂变和聚变都可实现物质(元素)特性的转变!
裂变:质子+中子组成的重核发生了裂变,比如自然界存在的U-235发生了裂变,分裂成了Ba56和Kr36
U(铀)是92号元素,分裂出来的Ba56由56个质子组成,Kr由36个质子组成,两者加起来刚好是92个质子!因此在这个过程中质子数并没有改变,但中子数发生了改变,以为Ba56的中子数是144个,而Kr36则是89个,两者相加是233,多出了两个成了自由中子,当然这就是链式反应的基础,不过与本例相关性不大,我们就不多说了!
聚变:轻核聚变成重核,当然根据结合能的不一样,从轻核开始到质子数的逐渐增加,需要的能量是直线上升的,不过今天仅仅从理论上来讨论,比如从两个质子组合成的氦元素,三个质子组成的锂元素!而这三种元素是宇宙大爆炸初期即能形成的元素,而接下来的恒星则会接过元素聚变的接力棒,从氢元素开始一直到超新星爆发前的26号铁元素(26个质子),为什么只到达铁元素?从元素的结合能来衡量,到达铁元素之后就再无法在释放能量的条件下聚变了,在这之后的转变过程需要吸收能量!而过后的元素转变过程则在超新星爆发时早期通过S过程和R过程完成大量元素的转变!
要从棉花变成铁,棉花的主要由碳元素组成和部分矿物质组成,因此要从碳元素变成铁,中间还有很多步骤需要跨越,但从理论上来看并非不可能实现!以下是元素聚变的顺序:
氢(H)~氦(He)~碳(C)~氧(O)~氖(Ne)~镁(Me)~硅(Si)~硫(S)~钙(Ca)~铁(Fe)
从碳到铁至少需要经过7个步骤,当然到铁元素阶段还会到镍,由会重新衰变回铁的过程,我们忽略不计,另外元素聚变的结合能差异和释放能量差异造成的元素之间转换时的微量质量差也忽略不计,简单的以氘氚聚变0.7%的质量亏损来做个示意计算!那么从1千克碳(忽略少量矿物质),那么最终获得的铁元素为:
1×(1-0.7%)^7=0.952kg
大约还剩下952克的铁!
二、质量的转换
上文完成了元素的转变,那么接下来需要完成质量转换!如何实现呢,相对论已经告诉我们了,速度和质量是有相互关系的,当速度逐渐增加,那么物质的质量也在改变,理论上看只要有合适的的速度,那么就能将质量从952克增加到10千克!
M为质增后的质量:10kg,m为原始质量:0.952千克,那么上述公式中的速度V经过简单计算即可知道:
V=0.99546C
C为光速!
只要达到光速的99.646%即可达到将952克的铁增加到10kg,但是很抱歉这只是相对论质量,如果在速度为99.646%的飞船上称重这个952克经过千辛万苦转换出来的铁,它仍然是952克,连一个普朗克质量都不会变化!