早年 , 物理界宇称守恒理论占有统治地位 , 那时的人们很迷惑 , 正物质和反物质既然是对称的 , 正反物质就会随时湮灭 , 宇宙为什么会出现呢?现在的反物质去哪里了呢?这些疑问一直到杨振宁、李政道的宇称不守恒定律问世 , 才得到了解答 。
原来宇宙只是基本对称守恒的 , 但并不是完美的 , 是有破缺的 , 由此就出现了不守恒现象 , 那些随时出现随时又湮灭的虚粒子对 , 有那么一些不守规矩 , 单个没有湮灭 , 奇点就出现了 。这个奇点爆发并不断膨胀 , 就出现了我们的世界 。
根据这个理论 , 不守规矩的虚粒子不可能只有我们一个 , 或许还有许多许多 , 这就是在我们宇宙之外 , 还有许多平行宇宙的说法依据 。
随着宇宙的冷却 , 能量转化出我们的世界在奇点大爆发那一刻 , 宇宙只有能量 , 那时的宇宙温度无限高、密度无限大 , 无法衡量 。一直到了普朗克时间 , 也就是10^-43秒(1000亿亿亿亿亿分之一秒) , 温度才降到了10^32K(亿亿亿亿K) , 密度降到10^94g/cm^3(克/立方厘米) , 这个密度超过质子密度的10^78倍 。
随着宇宙的高速扩张 , 温度也下降很快 。大爆炸后10^-12秒(1万亿分之一秒)时 , 温度降到了10^-15K , 各种粒子开始出现 , 质子、中子、玻色子、中微子、电子、夸克、胶子都出现了 , 并稳定下来 。
这就是宇宙已经从能量中转化出了物质 , 但这些物质还只是以轻子为主 , 强子还极少 。在很长一段时间里 , 宇宙温度和密度都还极高 , 核力还无法束缚中子和质子 , 连光也无法逃逸 , 宇宙处于黑暗不透明时代 。
一直到了38万年后 , 宇宙温度降低到了3000K , 中性原子才开始结合生成 , 真正有形物质开始出现 , 主要是最简单的氢原子和氦原子 , 还有极少的锂 。这些元素飘荡在宇宙空间 , 由于自身引力作用 , 开始凝聚成星云 , 而后生成了恒星、星系 。
到这时 , 我们现在认知的世界出现了 , 这些都是从能量中转化出来的 。
科学家们已经模拟了宇宙大爆炸1秒钟的状态科学家们在欧洲大型强子对撞机里面 , 用1045万亿电子伏特强大能量推动 , 让两束铅离子在27km的地下管道中相向狂奔 , 当将两束铅离子速度达到光速的99.9999991%时 , 让它们发生对撞 , 瞬时产生了10万亿度的高温 , 出现了一个迷你版的宇宙大爆炸 , 还原了宇宙大爆炸1秒前的场景 , 那是一种高温高压下 , 由夸克和胶子组成浓密的“原始粒子汤” 。
这个实验既印证了大爆炸理论的预期 , 也为能量转化为物质提供了证据 。在对撞机的许多次实验中 , 质量和能量的相互转化都严谨符合爱因斯坦的质能方程计算 , 由此更证明了这个已经发现了100多年理论的伟大 。
在人类世界 , 主要利用的是质量转化为能量质量转化为能量的条件很苛刻 , 目前除了正反物质湮灭 , 还没有任何技术能够将全部质量转化为能量 。现在人类能够掌握的质能转化率最高的技术就是核聚变技术 。
人类在上世纪就掌握了核裂变和核聚变技术 , 但一直到现在 , 这种技术的可控性还只停留在核裂变上 , 因此可以用于民用 , 如核发电等 , 为人类解决能源问题起到了重大作用 。
核聚变除了“轰”的一下氢弹爆炸 , 还无法做到能量可控地缓慢释放 , 只有做到了可控缓慢释放 , 才能够推上民用 , 造福社会 。
核裂变是将重原子核分裂成更小的原子核 , 在分裂过程中会亏损一部分质量 , 这个亏损的量很小 , 理论上只有不到0.1% 。现在核裂变技术主要采用两种原料 , 即铀235和钚239 , 铀235裂变过程质量损失约为0.0946% , 钚239的损失约为0.0961% 。
核能是目前人类效率最高的质能转化技术别看1公斤铀或者钚的裂变 , 只有不到0.1%的质量转化为能量 , 但这种能量对于人类过去的化学能源来说 , 已经是无法比拟的了 。我们按照爱因斯坦的质能方程来计算 , 1公斤核裂变燃料转化出约1g质量的能量 , 就是9*10^13J , 这个能量相当于2500万度电 , 或25150吨炸药爆炸能量 。
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