质能转化也有限，能量开发任重道远，1个粉笔头够全人类喝几壶？

有人说，根据质能公式，1个粉笔头的质量转化为能量就可以供应全球人类喝开水100年。这实在是信口开河，毫无根据。质能转化也是有限的，不能随意想象。现在我们就来讨论一下，一个粉笔头全部质量转化为能量，够世界人民喝几壶的问题。

想了解一下质能方程是什么？质能方程也叫质能方程式，是爱因斯坦发现并创立的一个质量与能量之间当量关系的方程，这个方程颠覆性的将经典物理学质量和能量两个完全不同概念联系起来，揭示了它们之间具有等价交换的本质关系。公式的表达式为E=mc^2，这里的E代表能量，单位为J（焦耳）；m为物体质量，单位为kg（千克）；c为光速，c=299792458m/s（米/秒），一般取值约300000000m/s。

从中我们可以看到，当质量全部转化为能量时，这个能量是巨大的。根据这个公式我们可以计算出1g（克）物质，全部转化可得90万亿焦耳的能量。这是一个什么概念呢？就是1g物质全部转化为能量相当2500万kw/h（千瓦/时，1度电），或2.15万吨TNT烈性炸药爆炸威力，约1.5颗广岛原子弹或1颗长崎原子弹差不多的威力。

一个粉笔头有多少质量呢？粉笔头有长有短，因此具有不确定性，无法严谨的定量，如果我们把这个粉笔头确定为2g的话，那么其全部转化为能量可以达到180万亿焦耳，也就是相当5000万度电或4.3万吨TNT烈性炸药爆炸威力。

现在我们来看看烧开水需要多大能量。1L（升）水升温1℃（摄氏度）需要热量1大卡，1度电（1kw/h）产生的热量约860大卡，1L水升高1℃需要耗电0.00116kw/h，如果我们用基础水温15℃的水烧开，每升水烧到沸腾100℃要提升85℃，就需要耗电0.0986kw/h。

1吨水=1000L，就需要耗电98.6kw/h。那么全球按70亿人口计算，每人每天平均喝水3L计算的话，全世界人类总共每天喝水需要210亿L水，也就是2100万吨。每吨水烧开耗电98.6kw/h，2100万吨水就约需耗电20亿kw/h。

这个2g粉笔头全部能量相当5000万kw/h，因此烧开的水根本就不够人类喝一天，而且差得很远，只相当人类一天烧开水所需能量的1/40。这样看来，粉笔头质量中蕴含的能量虽然很大，但要烧开够全人类喝100年的开水还是太夸张了。

这里要指出的是，并不是全世界所有人都喜欢喝开水，喝开水只是我们中国和一些亚洲国家地区的习惯，在欧美等一些国家，更多是喝冷水习惯，当然这些冷水是经过无菌处理过的。事实上我们中国也有越来越多的人开始喝冷水，如矿泉水、纯净水等。因此本问题更多的只是一个噱头，让我们更接地气地认识一下质能方程以及质量所蕴含的能量有多大而已。

提升质能转化率是一个很难的事情。质能方程实际上只是揭示了质量和能量之间的本质联系，不管是1kg白菜还是1kg黄金，本质上其蕴含的能量都是一样的，但这并不等于这些能量就能随意得到。

人类对能源的认识和运用是循序渐进，不断提升的。从刀耕火种的柴草能源时代，到煤炭时代，再到石化时代，现在已经进入了核能时代。目前核能利用是人类能源利用的最先进技术，也是目前质能转化率最高的一种能源利用方式。即便这种“最高”的核能质能转化率，依然是非常低的，核裂变质量转换率只达到0.13%，核聚变可以达到0.7%。

也就是说，在核裂变能源利用中，1kg核燃料里只有1.3g质量转化为能量；在核聚变能源利用中，1kg核聚变燃料，只有7g质量转化为能量。但即便是这点质能转化率，释放的能量就已经非常惊人了，最极端的表现方式就是原子弹、氢弹的爆炸。

人类现在对核聚变技术的掌握还处于不可控阶段，就是“轰”的一下氢弹爆炸，无法让这巨大能量缓慢持久地释放，从而达到用于社会生产生活、造福人类的目标。这是一个世界性难题，尽管实验已有较大进展，看到了运用前景和希望曙光，但距离真正推向商业化运行还可能需要奋斗很多年。

正反物质湮灭是迄今人类知道的唯一质能完美转化方式。即便可控核聚变实现了商业化运行，人类掌握的质能转化能力也还只达到了0.7%，要实现质能100%完美转换还有99.3%的空白等着填补。因此可控核聚变利用，还只是人类能源利用万里长征走出的第一步。

现代科学在理论上认识到的物质质量完美地转化为能量，只有一个途径，就是正反物质的湮灭。研究和实验证明，正物质和反物质碰到一起，就会发生湮灭，这个过程会释放出物质质量蕴含的全部能量，随后消失得无影无踪。因此1g反物质遇到1g正物质，就会释放出2g物质的能量，不管是黄金还是白菜遇到反物质，同等质量释放出的能量是一样一样的。这就是质能转换的最高境界，质量100%转化为能量的完美释放。

在我们世界，既存在着正物质，也存在着反物质，这已经被科学发现和实验无数次的证实，没有什么可质疑的。但问题是，正物质到处都是，我们就是活在正物质的世界，而反物质是极其稀少的，只是在科学实验或者精密科学仪器可以探测到一些亚原子级的反物质，如反电子（正电子）、反质子（负质子）、反氢原子（由正电子和带负电的原子核组成的原子）等等，这些反物质一出现，就与满世界都是的正物质相互湮灭了，而亚原子级的湮灭是人类无法自然感知的。

科学家们在各种对撞机里，通过用巨大能量加速粒子以接近光速的碰撞得到反物质，并制造低温磁阱捕捉保存这些反物质。十几年来，全世界科学实验耗费了惊人的人力财力物力，制造出极微量的反物质粒子，迄今，全世界制造出的反物质加起来也不够烧开一杯开水。

因此，利用这种能量转换方式来为人类社会服务，目前还只能停留在科幻阶段，未来何时能够有可能实现这种能源利用方式，谁也不知道。但可以预期的是，如果真的到了利用反物质湮灭能量的时代，那就不是我们现在可以揣度的文明层级了。

质能转化的科学研究还有巨大的发展空间。反物质极其少见和难得，既给科学研究带来困难，也是我们的幸运。正因为我们生活在一个正物质世界，才有可能无忧无虑地活着。想想，如果我们生活在一个到处都存在着反物质的世界，岂不随时都有可能被湮灭掉吗？那才是一个令人恐怖的世界呢。

除了正反物质湮灭这种完美质能转换方式，从核聚变到顶级完美转换之间还有99.3%的空白，这期间还存在着其他的质能转化方式吗，人类在可预期的未来有可能发现这些能量转化方式吗？不知道。不过我知道的是，迄今，似乎还还没有任何科学家有这方面的发现和研究课题，如果各位有兴趣，不妨钻钻这个牛角尖，只要能够钻出1%质能转化率的能源利用方式，诺贝尔奖就是个小儿科了。

但不管怎么钻，1个粉笔头都不可能烧开让人类喝100年的开水，因为完美质能转化这个天花板已经限死了这种可能。

就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。

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