科学百科59期丨在原子弹爆炸时，有可能把能量转化成物质么？

本期为大家带来：

《你知道吗——现代科学中的100个问题》

本书是阿西莫夫的优秀作品之一。

作者以通俗的语言，深入浅出地解释了现代科学中的一百个尖端课题。

其中，有些是了解现代科学技术所必须具备的基础知识，如科学的研究方法、二进制数、相对论、亚原子粒子、核聚变、熵、晶体、病毒等。有些则是当代科学技术的前沿阵地，如黑洞、统一场论、夸克、快子、金属氢等。

作者对这些问题的来龙去脉，它们目前处在什么样的状态、有没有希望得到解决等问题均作了回答。

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第五十九个问题：在原子弹爆炸时，有些物质转化成能量。有没有可能反其道而行之，把能量转化成物质呢？

能量是肯定有可能转变成物质的，不过，要想大量做到这一点，在实践上却办不到。现在我们就来看看这是为什么。

按照爱因斯坦的狭义相对论，E＝mc。这里E代表能量，以尔格为单位；m代表质量，以克为单位；c代表光的速度，以每秒厘米为单位。

光在真空中行进的速度非常接近于每秒300亿（3×1010）厘米。c2这个量代表c×c的乘积，即等于3×1010×3×1010＝9×1020。这就是说，c2等于

900,000,000,000,000,000,000.

因此，从理论上说1克的质量（m＝1）可以转化成9×1020尔格的能量。

尔格是个非常小的能量单位。我们比较熟悉的单位是千卡（大卡）：1千卡大致等于420亿尔格。1克质量在转化成能量时大约产生2.2×10（即2200亿）千卡。你每天只要从你吃下的食物得到2,500千卡的能量，就可以生活得很舒服了。要是你有1克物质所代表的能量可以利用，你就有了一个够你维持240,000年的能源，这不管是用什么人的标准来衡量，都是一个巨大的数目。

换一种表示方法吧！如果1 克物质所代表的能量能够完全变成电能，那么，它可以供一盏100瓦的电灯泡连续点燃大约280,000年。

再换一种说法，那就是，1克物质所蕴含的能量相当于燃烧7千万加仑汽油所得到的能量。

因此，既然原子弹里有数量相当可观的物质变成能量，那么，原子弹爆炸时会造成那么巨大的破坏作用，也就不足为奇了。

这种转化可以朝两个方向进行。如果说物质能够转化成能量的话，那么，能量也可以转化成物质。这是任何时候都可以在实验室里参观的：一种能量非常高的粒子—— γ射线光子——能够不太费劲地转化成一个电子和一个正电子。这时，物质转化成能量的过程就颠倒过来了：现在是能量通过这种方式转化成物质。

但是，这时形成的物质只包含两种非常轻的粒子，它们的质量小到几乎等于零。用这样的原理能够产生更多的物质——多到甚至看得见的物质吗？

这一来你可就用得上算术了：既然1克物质可以转化成燃烧7千万加仑汽油所产生的能量，那么，燃烧7千万加仑汽油所产生的全部能量，也仅仅能够产生1克物质。

即使有人想作一次表演，不惜倾家荡产去积集只能够产生1 克物质的全部能量（并且这能量可能要比所需要的能量多好几倍，因为总会有一些必不可少的消耗），也还是无法做到这一点。事情很简单：所需要的能量既不可能足够快地全部产生出物质来，也不可能全部集中在一个一下子能产生出1克物质的充分小的体积里。

可见，这种转化在理论上虽然有可能实现，但在实践中却完全做不到。不错，据科学家们推断，宇宙中的物质过去一度是由能量形成的，但是，形成这些物质的任何一组条件肯定是我们现在在实验室里无法再现的。