看到这样的标题,你大概率会感到不可思议,一半概率会觉得小编胡扯,小概率想把小编拉出来揍一顿。但这标题说的……是真的啊_(:D)∠)_……
之所以会感到不可思议,是因为大家都听说过反物质的厉害,能达到100%质能转化率的能量释放……同样质量下释放的能量比氢核聚变(太阳能量来源)强146倍!比铀-235核裂变(广岛原子弹能量来源)强1248倍!比汽油强20亿倍!比TNT炸药强214亿倍!没错,单从能量释放来看,同样质量下汽油比TNT还强,惊喜不惊喜?意外不意外?
也就是说,每秒消耗426万吨质量的太阳所释放的能量相当于8.6x10^15(8600000000000000)吨TNT炸药爆炸所产生的能量……
那么问题来了,这些数字是怎么来的呢?我们先从渣渣TNT讲起吧……
TNT
TNT炸药的能量值为4200000J/kg,即每公斤TNT能释放420万焦耳能量(下同)。那这4200000J是多少质量释放的能量?这就要用爱因斯坦的质能方程【E=mc?】算一算了。
由于我们是要根据能量来算质量,因此要先把方程变换一下:【m=E/c?】,代入数值:m=4200000/299792458^2=4.67313^-11kg。也就是说,TNT炸药的质能转化率只有0.000000004673%,与100%反应的正反物质湮灭能量释放率相差21398932827倍!也就是相差高达214亿倍!如果用TNT炸药获得太阳1秒释放的能量需要9.11595*10^19kg……
汽油
假如对TNT威力完全没有概念,那我们用熟悉的汽油来对比。汽油的热值为44000000J/kg,通过上面的质能方程换算,汽油的质能转化率为0.000000048957%,跟正反物质湮灭相比相差20亿倍!汽油的能量释放率居然比TNT高一个量级……是不是有点意外?反正我看到时是有点意外的。但其实这很好理解,看上面图中TNT的分子式就会发现,它自带了氧原子,在整个燃烧过程中无需额外的氧气,自带的就足够了,因此它能在无氧环境下引燃,这样使其燃烧异常迅速,因此爆炸比较剧烈。
然而自带的氧原子也导致了可燃物C的占比降低,根据原子量计算,TNT分子式里单氧原子质量占比就高达42.4%,而主要燃烧物碳的占比仅37%。汽油的主要成分是可燃的碳和氢,燃烧时氧气从空气中获得,因此它的质能转化率要高于TNT。
铀核裂变
而这些跟核能比起来就是渣渣,铀裂变(广岛原子弹所用核元素)过程中,铀235的能量释放值为8.2*10^13J/kg,完全反应情况下能量转化率约为0.091%。广岛原子弹我们都知道它厉害,瞬间就把一个城市摧毁了。但它实际上只装载了64kg 的铀-235,而且最后只反应了1.2%,也就是仅有0.768kg的铀-235发生了核裂变反应,但它就释放了6.2976*10^13J的能量,相当于1.5万吨TNT当量。
你对比一下前面说的100%质能转化的426万吨反物质湮灭已经能感受它的恐怖了吧?那太阳每秒烧掉426万吨,它不会很快就烧没了吗?我们继续算。
氢核聚变
太阳上发生质能转化的反应是氢核聚变,它的质能转化率为0.685%,约等于0.7%,这个数字很容易获得,我们不需要额外算了。前面我说的每秒426万吨质能转化也是直接在百科词条里就能获得的。我们知道太阳的主序星阶段,即氢核聚变阶段约为100亿年,换算成秒就是10000000000*365.25*24*3600=3.15576*10^17秒,乘以426万吨=1.34435*10^27kg。很巨大的一个数字对吧?我们再找一个数字,太阳的总质量:1.9891*10^30kg,两者相除得到0.00067586,即如果按照目前的能量释放率,太阳整个主序星阶段释放能量所消耗的质量仅为目前太阳质量的0.067586%,而前面说了氢核聚变的质能转化率达到0.685%,如果主序星阶段把太阳质量的氢全部烧完(氢大约占了太阳质量的3/4)消耗的质量应为0.51375%。
可以看到对于太阳,每秒426万吨的质量消耗一点也不高,而这个质量是以能量形式转化掉了,当然它其实并非是纯能量,因为有其中一部分是被中微子带走的。不过中微子在太阳氢核聚变反应中的能量占比并不高,因此我们把426万吨都当作纯能量一点问题也没有,而426万吨的纯能量也就相当于213吨反物质与213吨普通物质完全湮灭所释放的能量!太阳里面的能量释放真就这么强……
这篇文章写完我都吓了一跳,这满屏的数字确定不会把读者吓跑?所以我有了个大胆的想法,我打算去掉所有计算过程仅保留少量数字把这篇文章重写一遍……想看的请加关注,如无意外这两天就能出来。
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