很有意思的一个话题,原子曾经被认为是物质的最小组成部分,因此在二十世纪初卢瑟福α粒子散射之前,一直认为原子都是物质不可分割的一部分,因在那个时代,还真认为粉碎原子比粉碎地球要困难,但现在不一样了。
原子内部的世界
在卢瑟福α粒子散射实验之前,其实对组成物质的原子已经有部分认识了,因为电子是在原子核之前被发现的,因此科学界认为电子就像枣糕一样镶嵌在原子外壁上,而原子就是一个坚固的不可分割的部分,这就是汤姆逊原子枣糕模型的来历。
1909年卢瑟福在英国曼彻斯特大学做了一个α粒子散实验,环境挺简单,用α粒子轰击微米级别的金箔。
结果发现大部分α粒子都直接穿过金箔,只有极少数粒子发生了偏转,另有比例大约只有1/8000发生90度偏转,还有大角度偏转的,无法用汤姆逊的枣糕模型来解释。
因此在1911年,卢瑟福提出了自己的原子模型,此时距离真正的原子云原子模型已经很接近了。当然我们现在使用的原子模型是薛定谔的量子力学模型,因为电子这种基本粒子的运动方式遵守海森堡不确定性原理,它的速度和位置无法同时测定,因此众多的电子在原子内部出现是一片概率云的模式
卢瑟福原子模型在现在依然在原子认识入门时候会用到,因为这个方式更容易理解,而薛定谔的模型则是更是一个真实模型。
如何粉碎原子?
无论是薛定谔还是卢瑟福的原子模型,要粉碎是很简单的,但却不是用常见的粉碎方式,因为无论是挤压还是研磨或者其他方式都不可能达到这个效果,因为粉碎原子不能用常规粉碎方式,只需极其简单的方法即可!
加热、加热再加热,一直到物质达到等离子状态即可
等离子状态就是粉碎了吗?完全没错,因为等离子状态就是电子游离了原子核成为自由电子,而失去了电子的原子核就成了离子,都将它们分离了,还不是粉碎吗?
而且可以用电场将它们彻底分离,比如离子发动机用的就是这个原理,用电场将离子加速向后方排出,飞行器获得前进动力,而电子则通过电子枪注入粒子羽流,让它们会合在一起重新结合成原子,避免飞行器电荷累积。
原子真的就被粉碎了吗?
假如我们认识就局限在卢瑟福和薛定谔的原子模型水平的话,其实上文就已经解决问题了,但偏偏不是,因为在原子内我们还认识到有原子核,是是质子和中子构成,两者的组成又不一样
质子:两个上夸克+一个下夸克
中子:两个下夸克+一个上夸克
胶子在两者之间传递粘合力
因此要分离质子与中子的原子核的话还是很困难的,因为质子与中子之间有强大的结合能,想要分开他们,必须要有超过这个能量的输入才有可能让他们分离,当然在现代科学条件下,打开质子与中子并不难,加速器即可。困那的是如何打开中子和质子,因为它们都有三个快克构成,而由于夸克禁闭,似乎看起来无法通过加速器高能粒子撞击的方式打开它,因此还是得用老办法。
而这个老办法就是温度,只要达到夸克胶子的相变温度,那夸克胶子就被打碎成了一盘夸克胶子等离子体,但其实这个温度也是在加速器中实现的。现代高能加速器能达到宇宙诞生的10^-6S时夸克与胶子从能量中诞生时的温度,也许未来能更高,但现在这个条件已经是极限了。
粉碎地球有多难?
从理论上来看这并不困难,因为把地球挖开运走不也是一种粉碎方法吗?只要是建构,太阳都能搬空,但事实上这不可能,只能从地球的质量与直径可以计算出地球的引力结合能方面来考虑,只要超过这个能量,就可以让地球直接回到星云时代,那么这个能量有多大呢?
地球引力结合能:2.45X10^32J
用爱因斯坦的质能等价公式可以计算出这它需要多少质量转换而来
2.73×10^15千克质量完全转换为能量
按0.7%的比例计算,需要3.89×10^17千克氘元素才可以达到这个效果,海水中的氘含量为0.0018%,那么需要2.1×10^22千克水来提取(2.1×10^19吨)
地球上总含水量约为:1.4×10^18吨
看起来似乎还差不少,不过人类能达到氕元素聚变在从氕聚变成氘,完成两轮质子链反应,那么摧毁地球不过是跟玩一样。
因此从这点来看粉碎原子还是比较容易点,毕竟人类制造出的加速器已经达到了这个水平,但摧毁地球却遥遥无期。