大家好,今天小编关注到一个比较有意思的话题,就是关于激光足球场的问题,于是小编就整理了2个相关介绍激光足球场的解答,让我们一起看看吧。
问这个问题,不是脑洞大开,也问不出来的。
先给结论,捏碎一个原子,人类早在一个世纪前就办到了,并不是多大的事情,倒是我前几天回答过一个同学的捏碎一个夸克用大多力气的问题,比较清新和高逼格一些。
题主有两个知识点需要注意:
我们可以用手捏住一个原子吗?
一个原子在现代人类掌握的微观尺寸来讲,其实挺大的了,我们用显微镜将物体放大到纳米(100埃)级别,几乎就可以看到原子了,放个图吧,大致上是这样的:
然后,是不是就要准备上工具了呢?且慢!
在这里,就是经典物理和量子力学的分界点了。
作为经典科学最辉煌时代的代表,拉普拉斯认为只要给我足够的参数,足够的运算能力,过去、现在、未来一切尽在我的掌握中!就没有科学家不能确定的事情。捏个原子,分分钟搞掂的事情嘛。
可惜世事难料,量子力学诞生了;很不幸,量子力学统治了微观宇宙!
作为量子力学的带头大哥,波尔说,拉普拉斯,别傻了,你还想算宇宙了,你其实连个电子也预测不了!
至于你还想捏住一个原子,省省吧,你连它具体什么时间在哪里都不清楚——测不准原理,怎么捏?
捏碎一个原子花多少力气?
大佬们看清楚题目,题主只要求捏碎一个原子,并没有要求捏碎一个原子核!
卢瑟福1909年,通过著名的α粒子散射实验,就已经成功的击碎了金箔的原子。在一个用铅制成的容器,抽干净空气达到真空状态后,装入少量的镭或钋,使α粒子从小孔中放射,让α粒子束撞击很薄的金属箔(约100~10000Å),再利用涂有硫化锌的荧光屏幕来侦测。
镭核在α衰变中放出能量为4.78MeV的α粒子和能量为0.19MeV的γ光子,根据能量守恒,击碎一个原子,最少需要一个镭核发生α衰变,共需要4.97MeV。
和后世的能击碎原子核的大型粒子对撞机(LHC)提供的能量等级相比,LHC可以让两个原子核碰撞的能量达到了1000 TeV,卢瑟福当年的实验中的能量级别,的确是少到可以忽略不计的了。
结语
击碎一个原子,不用花多少气力;但你永远无法捉紧单一个原子。
我是猫先生,感谢阅读。
古希腊时期的德谟克利特认为物质是由最基本的原子组成,当时的原子论以及之后道尔顿的原子论都认为原子是组成物质的最小微粒。既然是最小微粒,意思就是不可分割,不论用多大的力气或者多大的能量。直到十九世纪末二十世纪初,汤姆生发现电子、贝克勒尔发现放射性,等等发现使人类认识到原子并不是组成物质的最小微粒。
现在人们已经认识到,原子是由原子核和核外的电子组成的,原子核又是由质子和中子组成,原子已经不再是之前认为的那样不可分割。
原子既然可以分割,那么“捏碎”一个原子需要多大的力气呢?其实对于“捏碎”原子这样的工作,完全不同于日常生活中捏碎一粒坚果,已经不能用“需要多大的力气”来讨论了,而是要讨论需要多大的能量,另外还需要看将原子“捏碎”到什么程度。
氢原子是最简单的原子,其原子核只有一个质子,核外有一个电子。把氢原子捏碎就是把氢原子电离,相当于将电子和质子分开到足够远的距离,这个过程需要消耗能量,如果氢原子处在基态,将氢原子捏碎需要13.6电子伏的能量。
如果是将基态碳原子核外的6个电子全部电离,需要的能量大约是将基态氢原子电离所需能量的76倍。
如果还要进一步将原子核捏碎成质子和中子,需要的能量要比电离能高数个数量级。下图为部分原子的比结合能随质量数的变化图像,比结合能指的是将原子核拆散成质子和中子所需的能量与核子数(质子数加中子数)的比值。如下图所示,铁的比结合能(平均结合能)最高,大约是8.6兆电子伏,铁的原子核中有26个质子及30个中子,这样将铁原子核拆散成质子和中子所需的能量为481.6兆电子伏,是将基态氢原子电离所需能量的3500多万倍。原子核的比结合能比电离能高出数个数量级,这就是原子核内蕴藏着巨大能量的一个体现。
有人会问,还能不能进一步将电子、质子、中子捏碎?目前的理论认为,电子已经是基本粒子,基本粒子就是不可分割的粒子。质子、中子是由夸克组成的,由于夸克禁闭的原因,夸克不能单独存在,目前不能把质子、中子分割成夸克。夸克之下还有没有更基本的粒子,目前仍然是猜想。
题主的脑洞确实够大,想要捏碎原子,就要了解原子的结构。原子是由带正电的原子核和周围带负电的电子构成。如果要捏碎原子,就意味着要剥离原子核周围的电子,并破碎原子核。
题主问的是用多大“力”来捏碎原子。其实在原子尺度上,经典的牛顿力学是不适用的。我们要借助量子力学来解释了。量子力学是研究物理过程的能量和动量的。描述微观过程常用的能量单位是电子伏(Ev)1 eV = 1.6×(10^(-19))
J。将原子核破碎需要几百万Ev。
希望我的回答能帮到题主
“人造太阳”并不是造一个新的太阳挂在天上,它实际上就是一个装置,一个可控核聚变装置,通过这个装置实现人类可控制的核聚变反应,同时释放巨大能量,原理与太阳一样顾而形象地称这个装置为“人造太阳”。
“人造太阳”概念的提出,最早是在1985年提出的,是国际热核聚变实验堆计划(ITER)的重要目标成果。我国目前有两个ITER平行项目,一个在合肥,一个在成都。
“人造太阳”的工作原理,简单地说就是模拟太阳的工作原理,在一个特定的装置内,利用强磁场把温度高达上亿度的高温等离子体约束起来,推动它实现核聚变反应,释放巨量的能量。
我国于1999年开始“人造太阳”的立项研究,2006年在合肥成功研制世界上第一个非圆截面全超导托卡马克EAST装置,这个EAST装置被称为“东方小太阳”。2013年,“人造太阳”实验装置成功实现100秒长脉冲高约束等离子体运行。2017年,又把时间提高到101.2秒。2018年,又实现了完全非感应先进稳态运行模式和电子温度1亿度等离子体运行,走在了世界前列。
今年6月,我国又在成都启动了新一代可控核聚变研究装置“中国环流器二号M”项目。这个装置也是基于托卡马克磁约束,利用磁场约束高温等离子体,在激光加热到核聚变温度后开始进行核聚变。这个项目可以将等离子体电流,从我国现在的1兆安培提高到3兆,将等离子体温度提高到超过2亿度。成都的“人造太阳”将于明年正式运行。
“人造太阳”计划的实施,将可以为我们的生产生活提供巨量的、能够大范围使用的核聚变能量,可以有效缓解环境污染,对从根本上解决能源危机问题具有重要的现实意义。我国在这方面已经走到了世界的前列,为这些默默无闻的科研工作者们点赞!为我们伟大的国家点赞!
不但真的会造出来,而且在可以预见的未来很快就会造出来,目前已经进入了实质性研究阶段。
首先,我们不要对“人造太阳”感觉到太神秘,其实人造太阳的概念早就被提出来了,简单理解就是“可控核聚变”,由于太阳的能量来源就是核聚变,所以如果科学家能够控制核聚变,就等于控制了一个“小型太阳”。
在今年初期,我国在研究人造太阳的实验中走出来关键一步,能够制造出温度达到一亿度的人造太阳,不过并没有投入到商业领域,只是在实验室中,不过即便如此已经相当了不起了。
一亿度什么概念?对比太阳的温度就知道了。太阳的核心温度也只有1500万度,也就是说太阳最高温度也远没有达到一亿度。不过虽然太阳核心温度远没有达到一亿度,但核心压力极其高,达到1500亿个大气压,目前人类科技远远达不到创造出如此高压力的水平,所以只能不断地提升温度来弥补压力上的不足。
不过即便是一亿度的高温,地球上的任何物质都不可能承受住,目前也只有一个方法来约束如此高温的等离子体,那就是用磁场控制,让高温的等离子体不能碰到装置内的任何部件。
显然,这对技术的要求很高,毕竟上亿度的高温一旦没有很好地控制泄漏出去,后果是无法想象的,这就相当于一颗“小太阳”在我们身边突然爆炸了。所以,即便在实验室中能够控制人造太阳,也必须反复确认它的安全性,必须确保足够安全才能投入到商业用途领域!
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