粉碎一个原子,比粉碎一个地球更难吗?

如题所述

第1个回答  2022-07-09

这里要强调一点,也就是定义一下:粉碎。事先说明,并不是什么科学定义,这是为了后面的行文方便。因为地球本身也是原子构成的,因此这里的粉碎地球是指宏观上让地球破碎成碎渣,不能够形成地球。而这里的粉碎原子,其实是指让原子无法保证自身的原子结构。

那这两者到底哪个更难呢?

其实,我们从能量的角度出发的话,肯定是粉碎地球所需要的能量要大得多。

人类现在已经有办法粉碎一个原子,用的办法就是大型的粒子对撞机。科学家通过这种办法了解到了原子、原子核内的情况,找到了许多粒子。

但这个过程中耗费的能量确实很多,欧洲的大型粒子对撞机LHC位于日内瓦附近,瑞士和法国交界的侏罗山地下100米深处。它每次一起动,附近居民家里灯会变暗不少,还遭到了许多居民的投诉。所以,它是不折不扣的耗电大户,功率能够达到 200兆瓦

但是这点能量对于地球并不会有任何影响。按照目前主流的大碰撞假说,地球在45亿年前,质量还只有现在的9/10,后来一颗火星大小的行星在地球轨道附近,两者来一场对对撞。这个行星一部分的跌落到了地球内部,剩余的一部分碎渣抛洒到了太空当中,在引力作用下形成了如今的月球。

这次撞击的能量远远高于撞碎原子所需要的能量的数个数量级。即使是6500年前的小行星撞击,这颗小行星的直径大概10公里左右。曾经有科学家对这颗小行星撞击进行研究,并通过计算机进行模拟,这颗小行星撞击释放出来的能量大概是10亿颗原子弹爆炸所释放出来的能量。

但无论是忒亚还是6500年前的小行星,都没有能够把地球撞碎。那背后到底是什么在起作用呢?

结合能

我们要清楚的是,任何物质都是依靠作用结合到一起的,地球是引力的作用下结合到一起的,而原子呢? 原子是通过核力把质子和中子束缚在原子核内,而原子核和电子之间则是电磁相互作用。因此,无论是地球还是原子,想要打破都要通过通过足够多的能量来实现。

在原子中,电子和原子核之间的结合是比较容易被打破的,比较牢固的是原子核, 其中铁原子核是稳定的,也是平均结合能量最大的。铁原子的平均结合能是8.55315MeV,换算一下也就是1.3*10^(-12)J。

至于地球的引力结合能,我们也有一个专门的公式:

这里假设了地球是一个均质天体,计算可以得到地球的引力结合能 2.24×10^32J 。也就是说, 地球的引力结合能是铁原子的结合能1.7*10^(48)倍,这就意味着,要把粉碎地球所需要的能量都够粉碎铁原子1.7*10^(48)个的。

中子星

相比碾碎原子,其实有一件事做起来远比粉碎地球要难得多。那就是把电子压入到原子核内,让质子和电子反应生成中子。这是由于电子属于费米子,费米子需要遵循泡利不相容原理。说白了,就是电子在原子核外应该占据各自不同的能级状态,大家都不能重样,可以理解成每个电子都有自己的坑,不能乱来。当外界压力挤压电子时,电子为了排好这个座次,就会产生一种量子效应: 电子简并态 。这个简并态就会产生向外的压力来抵抗外界的压力。

而在一些大质量恒星(质量大于10倍太阳质量的恒星)在演化过程中,到了晚年,内核还剩下太阳质量的1.44倍~3倍左右,引力就可以大到电子简并力都无法抵抗,然后就会产生中子星。

所以,相比粉碎单个原子,把一坨原子的电子都挤到原子核内,最终让中子排排列要简单的多得多。产生中子星所需要的能量条件要远比粉碎地球大出好几个数量级。

最后,我们来总结一下, 粉碎地球的难度要远比原子难度要大得多,即使是粉碎最稳定的铁原子所需要的能量也要比粉碎地球相差1.7*10^(48)倍。

所谓的粉碎,一般是指通过某种方式将一个较大的物体,分解成若干个更小的单位。我们知道原子是由原子核和电子组成,而原子核又是由质子和中子组成,因此,只要将原子核分解成更小的单位,我们就算是将原子“粉碎”了。

粉碎一个原子很难吗?在19世纪以前,要想完成这个目标难如登天,主要原因是,原子实在是太小了。但粒子对撞机的出现使这种事情变得非常的容易,事实上,现在的科学家们早就可以利用粒子对撞机,将比原子还要小得多的质子撞得粉身碎骨了。

所以对于人类来讲,粉碎一个原子可以说是易如反掌。

我们再来看看粉碎一个地球难不难。在这之前,我们先科普一个名词:引力结合能。

引力结合能,是指离散的物质通过万有引力的作用而互相结合的能量,因此,我们只要向某个物体释放出超过其引力结合能的能量,就可以将其粉碎。

计算一个球体的引力结合能很简单,其公式为:U = 3GM^2/5R(G为引力常数,M为质量,R为球体半径),将地球的相关数据代入公式,我们得到地球的引力结合能约为2.24 x 10^32焦耳。

这是什么概念?人类制造的威力最大的沙皇炸弹,其爆炸时释放的能量约为2.1 x 10^17焦耳,也就是说,要将地球粉碎,我们大约需要超过10^15(1千万亿)颗沙皇炸弹,而且还得在地球内部一起引爆才行,这个数量比地球上所有的人口还要多出十多万倍!

注意,这里指的是 威力最大的核弹 ,实际上,人类目前储备的核弹,比沙皇炸弹威力小多了。

很明显 ,粉碎地球比粉碎原子要难多了,这两者根本不可相提并论。

何为“粉碎一个原子?”,如果粉碎一个原子指的是把组成原子的原子核和电子分开,那么粉碎原子太简单了,生活中子我们可以随意粉碎原子,比如火焰本质上就是“被粉碎的原子”,因为火焰是等离子态,等离子态就是失去电子的原子存在的状态,失去了电子就相当于被粉碎了!

除此之外,还可以通过电离的方式把原子核与电子分离,当然用高温和对撞机的方式也能把原子粉碎,分离原子核与电子!

不过如果想继续粉碎原子核就不是那么容易了,原子核的中子质子依靠强力相互结合,强力是一种非常强大的力,我们必须克服这种力量才能粉碎原子核,这需要强大的能量,需要的能量理论上之前等于原子核的结合能,准确地说是平均结合能!

虽然原子核的结合能很大,但通过大型的粒子对撞机也可以实现粉碎原子核。科学家们发现的很多基本粒子都是通过对撞机让两个微粒相撞才发现的!

由此来看,粉碎一个原子并不是太难!但如果想粉碎地球就太难了,或者说仅存于理论上的可能!实际上想要粉碎地球是不可能的!

粉碎地球就相当于地球形成过程的逆过程,需要的能量理论上等于地球的重力结合能!而地球形成初期其实就是大量石块不断撞击地球形成的,撞击的过程产生的能量非常巨大,这都是重力结合能的表现形式!

6500万年前一颗直径10公里的小行星撞击地球产生的能量至少相当于上亿颗原子弹的能量,即使如此,对于地球来说也不值得一提!所以可以想象需要多么恐怖的能量才能粉碎地球!

网络上经常有这样的言论:美俄两国的核武器可以把地球毁灭几十次!这是一种严重的夸大和误解!不要说毁灭地球几十次,即使地球上所有核武器同时引爆,对于地球来说也是挠痒痒!毁灭几十次的更应该是人类,连地球上的物种也不可能灭毁灭,更不要说地球本身了!

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