世界起源于能量,138亿年前宇宙有一个奇点爆发

世界奇闻 2020-01-13 09:13奇闻网www.qiwenkd.com
这个世界起源于能量,138亿年前,宇宙有一个奇点爆发,从纯能量幻化出现在的世界万物。
能量是什么?能量到底是什么?是光是热还是水与火?这是许多人的疑惑。
现代物理学是这样解释的:能量就是做功,是物质以运动方式表现出来的特征,是物质的属性。
能量的存在方式有很多,比如机械能、化学能、热能、电能、辐射能、核能、光能、潮汐能、场能等等,这些都属于能量的存在形式。
能量的单位一般采用焦耳(J),在原子物理学、粒子物理学等领域常用电子伏(eV)。1eV=1.602x10^-19J。有时也用尔格(erg),1erg=10^-17J。
电能还有一个通用单位就是度(kw·h),1kw·h=3.6x1000000J
以上这些,是我们对今天世界的认知。
在宇宙开端的那一刻,能量以什么样的形式存在,没有人知道。
科学研究认为,大爆炸开端的普朗克时间之前,也就是10^-43秒之前,宇宙密度超过每立方厘米10^94克,就是在1字后面拖着94个零的质量,这个指甲盖大的能量球有多少个亿的质量,自己去算吧,而且是超过,超过多少,不知道。
这个时候的宇宙是超时空的一个奇点,空间和时间合一。根据量子力学理论,这个时候是处于量子真空状态,充满了与海森堡不确定性原理相符的量子能量扰动。但这只是猜测,永远也不会有人知道超时空的状态,那不是我们维度的事物。
因此在时空没有诞生前,能量以什么样的形式存在无法描述,我们现在知道的四种基本力,是在普朗克时间以后才开始分离出来。
 
所以,最高境界的能量就是能量,无法解释是什么。这个巨大的能量在漫长的历史过程中,经历了138亿年的演化,才有了今天这一切~物质。
所以,我们这个世界的一切都是能量转化过来的。那么,能量能够转化成物质,物质能够转化成能量吗?
当然能。我们自古以来,柴火做饭取暖,煤炭石油发电跑火车,都是物质转化为能量的实例,每天都在发生着。
但这种转换里面有什么奥秘吗?当然有。
20世纪最伟大的科学家爱因斯坦为我们揭示了这个秘密,使人类对物质世界的认识有了一次大的飞跃。
爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论早已成为现代物理学的基石,在相对论里面琳琅满目的科学珠宝里,有一颗钻石级发现,就是伟大的质能方程。
这个方程的表达式为:E=MC^2。
别看这个方程很简单,但得到它却经过了复杂的思考和演算,最终浓缩出了这样的精华。
这才是大师级杰作,爱因斯坦把错综复杂的世界变得简单而透明。
他告诉了我们,这个世界只有两样东西,质量和能量,而且这两样东西不但能够转化,而且能够量化,这个表达式就是量化的标准。
能量E(单位J),等于质量M(单位kg)乘以光速C的平方(3x10^8)。
这个方程的伟大意义在于,揭示了质量的本质就是能量,巨大的能量只能产生出很小的质量,而很小的质量能够产生巨大的能量。质量和能量是等价互换的关系。
按质能方程计算:1×0.001Kg×(3×100000000m/s)^2=90000000000000J
根据这个方程,1克的质量完全转化成能量,能够得到90万亿J的能量。
这是质量全部转化为能量的惊人效率。
也就是说,不管是1克白菜还是1克黄金,它们蕴含的能量都是等价的,如果你有办法把它们的能量全部释放出来,不管是1克白菜还是1克黄金,都相当于1.5颗广岛原子弹的爆炸威力,相当于2500万度电。
 
但质量要全部转化为能量是很难很难的。
人类有记录的文明史才有几千年,但这几千年来,人类都是采用化学转换的方式来获取能量,因此转化出来的质能比贡献是很低很低的。
我们来换算一下现代火力发电燃煤转换为电能的质能转换率。
有报道称,发改委提供的数据为,火电厂每度电煤耗现在由2000年的392克标准煤已经降到360克,2020年将进一步降到320克。
我们按照最新的能耗,也就是2020年可能达到的一度电能耗320克,来测算一下现代燃煤发电最高质能转化率。
1吨标准煤能够发电=1000kg/0.32kg=3125度
3125度x3600000J=11250000000J
换算,1克质量职能转换得到的能量为90000000000000/1吨煤得到的能量11250000000=8000倍。
也就是说1吨煤得到的能量只是1克质量全部能量的8000分之一,也就是1吨煤只得到了0.000125克质量全部释放的能量。这个转化率是多少?0.0000125%
这已经是非常大的提升了,之前有人测算称,燃煤化学转化得到能量只相当于质能转化率的0.0000028%。
还有一个不可回避的问题是,化学能源是地球长期积累的结果,如煤炭石油的生成需要亿万年的时间,现代人类采集多少,储量就少多少,生成速度与采用速度完全不成比例,这样能源枯竭就成了必然趋势。
怎样解决这个瓶颈,从上世纪开始就是摆在各国科学家和政要面前的重大课题。
 
为了寻求更高的能量转化率,在爱因斯坦质能方程的启发下,人类发现制造了核能。
1945年8月6日,美国在日本广岛投放了人类历史上首颗原子弹,这颗爆炸当量约1.3万吨代号为“小男孩”的原子弹爆炸,惊醒了世人,象征着人类掌握了核裂变技术。
1945年8月9日,老美又在日本长崎投下了当量约2万吨代号为“胖子”原子弹,巨大的能量释放直接促使日本无条件投降,第二次世界大战从此结束。
这是人类掌握了职能转换的新方法,大大提升了质能转化的效率。
后来人们掌握了可控核裂变技术,并利用这个技术建造核电站,开始了和平利用核能的新时代。
人类还开发出了氢弹,利用核聚变技术进行质能转换,比核裂变效率更高。
核裂变质能转化率为0.13%,核聚变质能转化率为0.7%。
我们可以看出,核裂变比燃烧煤这种化学能量转化方式效率提升了10400倍,而核聚变又比核裂变提升了5倍多。
 
但是,目前人类掌握的核聚变还处于不可控阶段,还只能制造一次性爆炸释放能量的核聚变武器。
核聚变的研究是许多国家当前正在努力攻克的科研项目,也取得了很多突破性进展,比如已经实现了可控核聚变的能量输出大于输入,受约束连续核聚变时间取得进展。
这项研究中国正在弯道超车,中国的“人造太阳”实验装置EAST(先进超导托卡马克实验装置),已经获得超过101.2秒的稳态长脉冲高约束等离子体运行,在这方面走到了世界前列。
但毕竟还只有100秒的可控连续核聚变,要解决的问题还很多,距离真正的推上商业运行路还很漫长。有人预言,可控核聚变技术将在2050年进入商业化应用,我们乐见其成。
可控核聚变成为常用能源后,人类发展的瓶颈~能源危机将会在一个相当长时期消除。因为核聚变原料很多,可谓取之不尽用之不竭,而且核聚变是最清洁的高效能源,对保护环境改善环境会起到重要作用。
而现阶段开发的可控核聚变所需要的原料为氢的同位素氘和氚,这些元素在海水里就可以提取,1升海水可以产生300升汽油的能量,朋友们可以计算一下,太平洋的水有多少?大西洋的水有多少?印度洋的水有多少?可以用多少年?
人类还发现了在月球上有大量的氦-3储量,氦-3核是一种更加清洁高效的核聚变燃料。但这种核聚变反应条件更高,因此技术条件要求也就更高,人类的可控核聚变还要一步一步进行。
而且对于月球资源开发,目前也还是处于半科幻状态,现在奢谈为时尚早。
但月球氦-3的储量有百万吨之巨,足够人类使用上万年。要知道,氦-3这种物质整个地球储量才有500千克左右,因此月球资源尤为珍贵,这个地球的小兄弟无疑是人类发展能源的储备库。
 
但是,人类对能源的需求随着文明等级的提升,将会越来越大,而且是成数量级增长。因此除了核聚变,人类还必须有更长远的眼光。
按照卡尔达舍夫宇宙文明等级理论,宇宙文明分为三个等级。
一级文明为母星级文明,就是文明必须能够掌控利用所在行星的全部资源和能源;二级文明为母恒星文明,就是必须能够掌控和利用所在恒星系全部能源和资源;三级文明为母星系文明,就是必能够掌控利用母星系全部能源和资源。
作为人类来说,达到一级文明,就必须能够掌控和利用地球全部资源和能源,再也不怕来自地球的天灾人祸;达到二级文明就是能够掌控和利用太阳系全部资源和能源,再也不怕来自太阳系的各种灾害,如太阳剧变、小行星撞击等;达到三级文明就是能够掌控和利用银河系全部能源和资源,基本不怕任何灾害了,人类可以永远存在,只有宇宙大爆炸和意识消散才能够终结人类。
这三个文明的活动范围分别为:一级文明只能在地球或邻近星球活动,上天入地,下海捉鳖不在话下;二级文明可以在太阳系周边活动,到邻近的恒星系走个亲戚什么的;三级文明就可以在星系之间随意穿梭了,那个时候什么光速瓶颈限制都不在话下了,曲速引擎,虫洞穿越早就成了古老传说,至于人类已经成为一种什么样的存在方式,或采用什么样的星系移动工具,都无法想象。
 
这些文明等级状态划分虽然并不一定十分精确,但大致发展方向还是得到科学界广泛认同的。
而要实现文明的升级,最主要的度标就是掌控能量利用能量的水平。
这些文明等级的划分,能量输出量是唯一度标。根据文明所在的恒星系统和星系不同,所要求的的能量输出量也是不一样的。
比如人类文明达到一级文明,文明活动所输出的功率要达到每秒10^16~10^17瓦,这是目前我们地球接受太阳能量总和;二级文明活动输出功率要达到每秒4×10^26瓦,这是太阳每秒钟所产生的能量;三级文明活动输出功率要达到每秒4×10^37瓦,这是整个银河系能量辐射的总和。
而我们地球目前的能量消耗量才达到约10^13瓦,所以,我们的文明等级还只有0.73级。
事实上,人类现在的问题多多,各种灾害和温室效应以及核战、瘟疫等还严重威胁着人类生存和发展,对地球资源和能源完全控制利用还相去甚远。
科学界认为,文明提升0.1个等级,需要增长10倍的能源输出,这样我们人类要达到一级文明水平,还需要增加1000倍~10000倍的能量输出;要达到二级文明,需要达到现在100亿倍以上的能量输出。
 
人类已经进入了发展的快车道,因此每年的能量需求和产出都在快速增长,并且很可能要进入数量级增长的阶段。
科学家预测,人类要达到一级文明,可能需要200年左右,要达到二级文明可能还需要奋斗5000年。
三级文明现在无法预测,很可能需要亿年,甚至十几亿年的漫长时间。
从以上文明发展的度量,可以看出,能源是文明的源泉,能源不解决,人类文明无法前行。
随着文明程度的提升,能源的额需求和作用将会越来越大,甚至人类本身存在形式都可能发生巨变,很可能要幻化成意识或者能量的形式,对能量的需求我们现在无法想象。
人类仅仅依靠现有的能源利用水平是远远不足以维系未来文明发展需求的。
现在人类开始进入石化时代转向核能时代的过渡期,可控核聚变能源利用还处于试验阶段。即便核聚变推上了社会广泛运用,这种能源的使用方式质能转换率也只有0.7%,转换效率还是相当低的。
 
现在人类已经知道了最高的质能转化率是100%,目前所知只有反物质与正物质湮灭爆发出来的能量,才是100%质能的完美转化。
1克反物质与1克正物质碰在一起,就会全部湮灭,产生出2克的质能转换,得到1800亿千焦,也就是5000万瓦的能量。
但是,我们这个世界反物质是十分稀少的,而且制造、捕获、储存都是极端困难的。全世界科学实验经历了几十年,花费了无数的能量,得到的反物质还不够烧开一杯开水。
而且如果真的反物质多了,比如有一个反物质星球来到地球,就会与地球结合而湮灭,人类和地球就将化为乌有,这当然是得不偿失。所以反物质的利用既艰难又十分危险,弄不好会毁灭自己。
 
那么还有没有更多选择的高效率能源利用方式呢?
我想一定会有的,只不过人类对世界的认知水平还处于较为浅薄状态,对能源的利用还处于很低级阶段,这种水平是与我们的文明程度相匹配的,我们还有很多未知领域没有开拓而已。
大自然不会留下0.7%~100%之间99.3%这样一个能源利用空白,质能转换率除了核聚变和反物质湮灭,还有99.3%的空间尚待发现和开发。
谁是继爱因斯坦之后,又一位开启物质和能源之间通道之门的大师呢?他(她)现在出生了吗?或者他(她)就在芸芸众生之中等着脱颖而出?我们拭目以待并愿意用崇敬的心态迎接他(她)的到来。

Copyright © 2014-2020 www.qiwenkd.com.奇闻网【奇闻快递】-版权所有

奇闻异事,飞碟,ufo,奇闻趣事,奇闻怪事,灵异事件,灵异故事,考古发现,恐怖事件,世界奇闻,宇宙奥秘,未解之谜,