Bazı insanlar şöyle der: sadece kütle enerjiye dönüştürülür, ancak enerji kütleye dönüştürülmez Kütle-enerji dönüşümü gerçekten eşdeğer midir?
uzay-zaman iletişimiHarika dünyayı keşfedin ve tüm yolu sizinle birlikte yürümek isterim
7 kişi bu yazıyı beğendi
Einstein’ın kütle-enerji denklemi, kütle ve enerji arasında bir pencere kağıdı tabakasını delip geçiyor, maddesel kütle ve enerji arasındaki eşdeğer değişim ilişkisini ortaya koyuyor ve insanın doğa kanunlarını anlamasında bir çığır açıyor, böylece doğuşun kökenini ortaya çıkarıyor. evrendeki her şeyin ve aynı zamanda insanın gelecekteki enerji kullanımı için altın bir anahtar sağladı.
Kütle-enerji denkleminin özü, kütle ve enerjinin eşdeğer olarak değiş tokuş edilebilmesidir. Sözde eşdeğer değişim, her ikisinin de birbirine dönüştürülebileceği anlamına gelir, bu nedenle elbette kütle enerjiye dönüştürülebilir ve enerji de maddeye dönüştürülebilir. Gerekçe ve delillere gelince, lütfen sabırla okuyunuz.
Kütlenin enerjiye dönüşümü hakkında konuşalım
Einstein’ın kütle-enerji denkleminin karmaşık ve eksiksiz bir türetme süreci vardır (aşağıda), bu da sonunda basit bir formüle dönüştürülür: E=MC^2. Burada E enerjiyi, M kütleyi ve C ışık hızını temsil eder. Bu formülden, kütleden dönüştürülen toplam enerjinin inanılmaz olduğunu görebiliriz.
Formül hesabına göre 1 kg kütle (malzeme özellikleri ihmal edilirse) tamamı enerjiye çevrilir ve yaklaşık 9*10^16J (Joule) enerji elde edilebilir.Bu durum ne kadar büyük? Her saniye güneşten dünyaya yayılan enerjinin neredeyse tamamı veya 2500 trilyon kilovat-saat elektriğe veya 21.51 milyon ton TNT patlayıcının patlayıcı gücüne eşdeğerdir (1.000’den fazla Hiroşima atom bombasının eşzamanlı patlamasına eşdeğer). bombalar).
Bu artık sadece teorik bir türetme değil. Einstein bu denklemi yarattığından beri, bilim adamları 100 yılı aşkın bir süredir sayısız deneysel doğrulama yaşadılar ve tüm sonuçlar tam olarak bu teoriyle aynı çizgide. Ancak kütleyi enerjiye dönüştürmenin koşulları çok serttir ve ultra yüksek sıcaklıklar veya muazzam basınçlar gerektirir.
Güneşin çekirdeğindeki nükleer füzyon, 300 milyar atmosfer basıncında ve 15 milyon derece yüksek sıcaklıkta devam ediyor.Hidrojen nükleer füzyonu işlemi sırasında, kütlenin bir kısmı, sürekli olarak uzaya formda salınan büyük enerjiye dönüşür. elektromanyetik radyasyon.
İnsanlar geçmişte kömür yakmak ve yağ yakmak gibi enerji kullandılar, bunlar kütle-enerji dönüşümü değil, esas olarak kimyasal değişimlerdi ve kütle-enerji dönüşüm oranı çok düşüktü. Örneğin, 1 kg kömür yakıldığında sadece 29307000J enerji elde edilebilir.Kütle-enerji denklemine göre hesaplanırsa, kütle-enerji dönüşüm oranı sadece yaklaşık 3*10^-10 yani 30 milyarda birdir.
İnsanların şu anda sahip olduğu en büyük kütle-enerji dönüştürme yetenekleri nükleer fisyon ve nükleer füzyondur.
İnsanlığın hakim olduğu nükleer fisyon teknolojisi, kontrol edilemezden kontrol edilebilir hale geldi, yani nükleer enerji üretimi. Bu tür nükleer fisyon enerji üretiminin dönüşüm oranı, kütle enerji dönüşüm oranının yaklaşık %0,1’ine ulaşabilir, yani 1 kg saf nükleer yakıt, yaklaşık 25 milyon kWh’ye eşdeğer olan yaklaşık 1 gram enerjiyi dönüştürebilir. elektrik enerjisi; nükleer füzyon henüz kontrol edilemez bir aşamadayken, sadece anında hidrojen bombası patlaması şeklinde enerji açığa çıkarabilir ve dönüşüm oranı, nükleer fisyondan yaklaşık 7 kat daha yüksek olan yaklaşık %0,7’ye ulaşır. Bununla birlikte, kontrol edilebilir nükleer füzyon hala deneysel geliştirme sürecindedir ve ilerleme yavaştır.
Kütle-enerji dönüşümünün mükemmel yolu, pozitif ve negatif maddenin yok edilmesidir.
Kontrol edilebilir nükleer füzyon gerçekleştirilse bile insanın madde kütlesine dönüşme oranı sadece %0,7’dir. Antimadde pozitif madde ile karşılaştığında, kütlenin %100’ünde bulunan enerjiyi anında yok edecek ve serbest bırakacaktır, bu nedenle en mükemmel kütle-enerji dönüşümü olarak kabul edilir.
Antimadde doğada her yerde bulunur ve bilim tarafından uzun süredir onaylanmıştır. Örneğin insan vücudumuzda ve muzda az miktarda potasyum-40 bulunur Potasyum-40, bozunduğunda pozitron salan doğal bir izotoptur. Dünyamızda maddeyi oluşturan atomların dış kabuklarındaki elektronların hepsi negatif yüklüdür, dolayısıyla pozitronlar antimaddedir. Muz her 75 dakikada bir pozitron salıyor.Bazıları dünyada bu kadar çok muz varsa insanlara ihtiyaç varken diğerleri antimadde salıyor bu dünya nasıl hala var olabilir diyebilir.
Aslında bu pozitron gibi antimaddeler dünyamızda son derece küçüktürler.Onlar sadece atom altı parçacıklar halinde bulunurlar.Bilimsel hesaplamalara göre atmosferde metreküp başına 100 civarında antiparçacık vardır ve bunların milyarlarcası bir yüzey üzerinde dizilebilir. iğne ucu Protonlar veya elektronlar, etrafımızdaki havada santimetreküp başına 270 milyar trilyon atmosferik molekül vardır. Dolayısıyla bu antiparçacıklar ortaya çıkar çıkmaz pozitif parçacıklarla birlikte biz fark etmeden hemen yok olurlar.
İşte tam da bu antimadde doğada bulunması zor olan özelliklere sahiptir ve antimaddeyi yakalama ve depolama koşulları çok yüksek ve çetindir. Bilim adamları, büyük çarpıştırıcıda son derece yüksek bir vakum ve mutlak sıfıra yakın bir sıcaklık oluşturmak ve bunu kontrol etmek için manyetik tuzaklar kullanmak zorundadırlar, böylece antimadde hiçbir yere değmez, böylece antimaddeyi kısa bir süre için zar zor kontrol edebilirler.
Onlarca yıllık sıkı çalışmanın ardından bilim adamları hesaplanamayacak miktarda enerji harcadılar ve tüm dünyada üretilen antimadde bir bardak suyu kaynatmaya yetmiyor. Bu nedenle, antimaddenin insan toplumuna fayda sağlamak için enerji veya güç olarak kullanımını gerçekleştirmek sadece bir hayaldir.
Peki enerjinin maddeye dönüşmesinin delili nedir?
Pek çok insan, kütle-enerji dönüşümü bilimsel bir teoriyse, kütle ve enerjinin eşdeğer olduğunu ve birbirine dönüştürülebileceğini düşünerek bu soruyu sorgular. Neden sadece maddenin enerjiye dönüşümünü görüyoruz da enerjinin maddeye dönüşümünü görmüyoruz? Aslında bunu söyleyenlere ancak cahil ve cahil denilebilir ve görmemiş olmaları görmediklerini kanıtlamaz.
Enerjiyi maddeye dönüştürmek elbette daha zordur.25 milyon kilovatsaat elektriğin eksik olduğunu ve hepsinin maddeye dönüştüğünü bilmek gerekir ki 1g (gram) kütle dönüşebilsin. 25 milyon kWh ne kadar? Bir aile yılda 1.000 kilovat-saat elektrik tüketiyorsa, 25.000 haneye bir yıl boyunca elektrik sağlayabilir. Bu, küçük bir kasabada yaşayanların bir yıllık toplam elektrik tüketimidir ve bu elektrik tüketimlerinin toplamı yalnızca 1 g madde üretmek için dönüştürülebilir.
Üstelik bu yoğunlaşma koşulu çok çetindir, 1.65 Hiroşima atom bombasının patlamasıyla açığa çıkan güce eşdeğer olan bu elektriğin anında salınmasını gerektirir ve bu enerjiler ancak 1g maddeye dönüşebilir.
Aslında, bilim adamları bu tür deneyleri Büyük Hadron Çarpıştırıcısında zaten yapmışlardı.İki kurşun iyon demetini birbirine doğru itmek için büyük bir enerji kullandılar.Işık hızına aşırı yaklaştıklarında çarpıştılar. çarpma, 10 Trilyon derecelik yüksek sıcaklık, saniyenin milyonda biri kadar bir sürede Büyük Patlama sahnesini canlandırır. Bu sırada evren enerjiden madde üretmeye başlamıştır bile.Bu maddeye “kuark-gluon plazması” adı verilir ve atom çekirdeği oluşumunun başlangıcıdır.
Bilim adamları ayrıca, Fil Hadron Çarpıştırıcısında, yeni bir elektron ve yeni bir foton yaratmak için yeterince yüksek enerjiye sahip bir elektron ile yeterince yüksek enerjiye sahip bir fotonu çarpıştırarak aynı zamanda bir çift madde-antimadde parçacığı üretmeyi denediler. , bir proton-antiproton veya elektron çifti gibi. Yukarıdaki deney, insanların yeryüzünde madde yaratmak için enerji kullandıklarının tipik bir kanıtıdır.
Evrenimizdeki tüm maddeler enerjiden dönüşmüştür.
Einstein’ın kütle-enerji denklemi, evrenin doğuşu için maddenin kaynağının gizemini çözmüş ve aynı zamanda büyük patlama evren modeline daha elverişli bir destek sağlamaktadır. Şimdi bu model bilim camiasında ana fikir birliği haline geldi: Evren 13.8 milyar yıl önce belli bir anda oluştu ve sonsuz küçük yoğunluğa, sonsuz eğriliğe ve sonsuz ısıya sahip bir tekillik patladı.Bu bir saf enerji patlaması.
Bununla birlikte, enerjiyi maddeye dönüştürme süreci başlar. Big Bang’in başlangıcında enerji, yüksek enerjili fotonlar şeklinde ortaya çıktı ve bu fotonlar birbirleriyle çarpışarak kuarklar, gluonlar, elektronlar vb. bir tencere ultra yüksek sıcaklıkta parçacıklı macun çorbası .
Big Bang başladıktan saniyenin trilyonda biri kadar sonra sıcaklık yaklaşık 1.000 trilyon dereceye düştü, protonlar ve nötronlar oluşmaya başladı. Şu anda evren, atomları oluşturan çeşitli temel parçacıkları oluşturdu: protonlar, nötronlar ve elektronlar. Bu parçacıklar daha sonra hidrojen, helyum, lityum vb. gibi hafif atomların çekirdeklerinde birleşirler. Ancak bu zamanda, evrenin sıcaklığı son derece yüksektir ve yoğunluk aşırı derecede yüksektir ve ışık bile (elektromanyetik dalgalar) ayrıştırılamaz, bu nedenle o sırada evren opaktır ve nötr atomlar oluşamaz.
Büyük Patlama’dan 380.000 yıl sonra evren 3.000K sıcaklığa kadar soğumuştu.Bu sırada atom çekirdeği ve elektronlar nötr atomlar oluşturmak için birleşecek şartlara sahipti ve elementlerden oluşan maddeler ortaya çıktı. Tüm evren, esas olarak hidrojen ve helyum ile çok az miktarda lityumdan oluşmaktadır ve diğer elementler henüz üretilmemiştir.
Yerçekimi etkisi nedeniyle, hidrojen ve helyumdan oluşan orijinal parçacıklar, orijinal nebulayı oluşturmak için kademeli olarak kümeler halinde toplandı. Bu bulutsular çarpıştı ve küçüldü, yavaş yavaş yıldızları ve galaksileri oluşturdu. Daha sonra, yıldız evrimi ve süpernova patlamaları yoluyla, yüksek sıcaklık ve yüksek basınçlı nükleer füzyon sürecinde kademeli olarak hidrojen, helyum ve lityumdan daha ağır elementler üretildi. Bugün evrende var olan 118 elementin yıldızların evrimi ve büyük patlama ile elde edildiğini biliyoruz.
Artık evrenimizdeki çeşitli maddeler ve dünya üzerindeki milyarlarca ekolojik tür bu elementlerden oluşmaktadır. Bu nedenle, dünyamızdaki tüm madde enerjiden dönüştürülür. Kozmik enerjinin patlaması olmasaydı, bugün madde olmazdı.
Big Bang’den önceki enerji tekilliği nereden geldi?
Bu tür konular söz konusu olduğunda insanlar hep soruyorlar, Big Bang’den önceki tekillik nereden geldi? Peki küçük tekillik bu kadar büyük miktarda enerjiyle nasıl patladı? Bu başka bir konu ve uzun bir hikaye ve bilim camiası bunu henüz çözemedi ve ben istediğim gibi sonuçlar çıkaramam.
Ancak mevcut teoriye dayalı olarak biraz araştırma yapabiliriz. Genel olarak tekilliğin, insan bilişinin bilimsel kısıtlamalarına tabi olmayan dünyamızın zaman ve uzayının birleştiği ve kaybolduğu yer olduğuna veya tüm beşeri bilimsel teorilerin burada geçersiz olduğuna inanılmaktadır. Bu nedenle kozmik tekillik araştırma için yasak bir alandır.
Ancak kuantum mekaniğinin, boşluğun sıfır noktası enerjisi olan büyük patlamanın başlangıcı hakkında bir varsayımı var. Bu teori, uzay-zamanın ortaya çıkmasından önce, yani hiçliğin boşluğunda, evrenin arka plan enerjisi olan devasa bir vakum sıfır noktası enerjisi olduğunu savunur. Bu enerjiler kuantum köpüğü halinde rastgele dağılacak, sürekli olarak sanal parçacık çiftleri (pozitif ve negatif sanal parçacıklar) şeklinde ortaya çıkacak ve sonra anında yok olacak. Dünya tamamen simetrik olsaydı, evren asla ortaya çıkmazdı.
Ancak, Yang Zhenning ve Li Zhengdao tarafından oluşturulan “Zayıf Etkileşimde Korunmayan Parite Yasası” bu mükemmelliği ve dengeyi bozdu. Bundan önce, bilim camiası her zaman paritenin korunduğuna inanmıştı ki bu, Big Bang anını açıklayamayan bir çıkmaz sokak gibidir. Artık bu çıkmaza bir kanal açılmış ve Big Bang’in oluşumu haklı çıkarılmıştır.
Kuantum rastlantısallığının bozduğu sanal parçacık çifti, eğer biri seçilip yok edilmezse, o bizim evrenimizin tekilliğidir ve bu tekillik genişlemeye devam ederek günümüz evreni haline gelir. Bu, evrenin büyük patlamasından önceki modern fiziğin varsayımıdır.Bu teori mükemmel olmasa da, evrenin kökeni hakkındaki tüm varsayımlar arasında en inandırıcı ve kanıta dayalı varsayımdır.
Evrenin kökeni hala kesinlik kazanmasa da, kütle-enerji denkleminin doğruluğu ve kesinliği, şu ana kadar bu teoriye meydan okuyabilecek bir çürütme vakası yok. Hepsi bu kadar, tartışmaya hoş geldiniz, okuduğunuz için teşekkürler.
Uzay-Zaman İletişiminin orijinal telif hakkı, ihlal ve intihal ahlaka aykırıdır, lütfen anlayın ve işbirliği yapın.2021-08-06 17:29’da düzenlendi
Haber34tech 