請問科學家有沒有觀測到能量變成物質的事例,有何分享?

某一個人呀


這個問題的答案是肯定的,能量變成物質的事例不僅有,而且這樣的例子還有很多。

自從愛因斯坦提出質能方程以來,人類對能量和質量相互轉化的理解向前邁進了一大步,目前為止還沒有發現任何違反質能方程的現象,因而自然界一切關於能量轉化的事例都可以用質能方程來解釋。

不過在這個題目中存在一點不易說清楚的問題,那就是如何定義“物質”,或者說如何判斷“變成物質”,在很多情形中,能量轉化為質量,但物質原子的總數並沒有變化;在另一些情形中,能量轉化為質量,原子數目發生了變化,也產生了新的元素,但核子的總數沒有變; 當然最徹底的情形就是物質從無到有憑空產生,這種現象也能找到。如果這三種情形都能算做“能量變成了物質”的話,我們下面就分別描述一下。

1、能量轉化為質量,但原子總數不變的例子

這種情況最為常見,各類化學反應(包括電解反應)就是最好的例子。簡單的說,只要是吸收能量的化學反應,所生成的物質的質量一定大於發生反應的物質質量,雖然只是大了那麼一丁點兒(以至於用儀器都測不出來),而我們可以用質能方程精確的計算出反應後的總質量增加了多少。

在化學反應中,元素的種類和摩爾數並未發生任何變化,也就是說原子數量不變。那為什麼總質量還會有變化呢?這是因為在化學反應中,電子的狀態發生了變化,從而導致原子的質量發生了微小的變化。

這裡特別說明一下光合作用,很多回答將光合作用作為能量轉化為物質的典型,因為從直觀上來講,很容易認為是陽光的能量轉化成了有機物,但我認為這有些流於表面了,光合作用依舊是一種化學反應,屬於”光化學反應“,生成的有機物的物質元素並非來源於陽光,而是來源於二氧化碳和水,陽光的能量只是使反應後的物質總質量增加了十分微小的“一丁點兒”。

2、能量轉化為質量,原子總數可發生變化,但核子總數不變的例子

這種就屬於核反應的範疇了,類似於化學反應,只要是吸收能量的核反應,反應的產物都存在著質量的增加。由於核反應的能量吸收和釋放比化學反應要大得多,其質量變化也更加明顯。吸能的核反應特別的多,介紹起來也很枯燥,我們就選取一類特別壯觀的核反應作為例子:超新星中重元素的合成反應

我們知道當原子序數大於28(鐵元素)之後,再通過聚變的方式向上合成更重的元素將會消耗能量,質量達到一定限值的超新星在爆發之前,其內部的溫度和壓力達到相當驚人的程度,具備了合成比鐵更重的元素的能力,原子核不斷與氦核發生聚變反應,生成各類重元素,一直到超鈾元素。

當超新星爆炸時,這些重元素被拋撒到星際空間,我們地球上的重元素也是這樣形成的,在這一反應中,原子的數量改變了,質子和中子的總數並未發生變化,但新合成的原子核的質量要大於原來的原子核加上氦核,這是由於核子的狀態發生了變化,在膠子理論中,可以認為能量轉化成了膠子。

3、能量憑空轉化為物質的例子

這種情況最常見的例子就是電子對效應:當高能光子(γ射線)經過原子核附近時,在核電場作用下,γ光子轉化為一個正電子和一個負電子。根據質能方程,γ光子的能量必須超過1.02MeV才有可能引起電子對效應。

電子對效應並不罕見,是高能光子與物質發生的主要相互作用之一,自1930年就被科學家觀測到了,是能量可以轉化為物質的有力證明。

通過以上事例,我們可以發現,能量和物質之間存在著內在的聯繫,可以說是某種事物的兩種表現形式。現在物理學已經發展更加深入,出現了很多新的理論,比如弦理論、超弦理論等,也許在未來,我們可以從更深的層次上理解能量和物質之間的關係。


人馬座A


請問科學家有沒有觀測到能量變成物質的事例,有何分享?

(注:題目中的“能量變成物質”不太嚴謹,因此本文將其改為“能量轉成質量”)

長久以來,人們都認為能量就是能量,質量就是質量,這兩者涇渭分明,不可混淆。但在100多年前,著名的物理學家愛因斯坦卻使人們改變了這一看法,愛因斯坦指出,能量和質量其實是物質的不同屬性,它們是可以互相轉化的,並且有著非常確定的當量關係,可以通過一個簡潔的質能方程式來描述。

我們天天都能感受到的來自太陽的能量,就是一個質量轉化為能量的事例,根據科學家的計算,在太陽的內部,每一秒都會有大約400萬噸的質量在核聚變反應中轉化為能量。研究表明,所有核反應產生的能量,實質上就是來源於反應物在核反應過程所損失的質量,因此可以說,“質量可以轉成能量”這種現象,現在的我們都是認同的。

然而“能量可以轉成質量”卻很難讓人接受,因為這看上去就是傳說中的“無中生有”,而我們似乎並沒有看到過這種現象。那麼能量到底能不能轉成質量呢?這裡先給出答案,事實證明能量確實可以轉成質量,在過去的日子裡,科學家已經觀測到實例,下面我們就來講一下。

我們都知道,原子是構成世間萬物的基本單位,它是由原子核和電子組成,原子的絕大部分質量都集中在原子核內,而原子核又是由質子和中子構成。從更微觀的層面上看,質子和中子是由夸克構成,質子包含兩個上夸克和一個下夸克,中子包含一個上夸克和兩個下夸克。

按常理來講,一個質子的質量就應該等於其內部所有夸克的質量之和,但事實上卻並非如此,科學家發現,兩個上夸克的質量加上一個下夸克的質量,只有一個質子質量的1%左右。那麼質子為什麼會多出這麼多的質量呢?

在質子的內部,夸克通過強相互作用力結合在一起,而傳遞強相互作用力的是一種名為“膠子”的粒子,它是一種沒有靜質量的規範玻色子,但其本身攜帶了能量。科學家認為,質子的這些多出來的質量就來自於質子內部膠子所攜帶的能量,而中子也是同樣的情況(中子內部的夸克總質量只有中子質量的大約1.3%),因此這可以被看作一個“能量可以轉成質量”的實例。

第二個實例來自於高能光子,科學家發現,如果一個光子攜帶的能量大於兩個電子的靜質量,那麼當這個光子在與有質量的物質互相作用時,就可能會產生一個電子和一個正電子,同時這個光子本身則會消失。1933年,科學家就在雲室實驗中觀測到了這一現象。

第三個實例則來自於歐洲核子研究組織(CERN)的強子對撞機(LHC),科學家在實驗中發現,在兩個高能質子碰撞時發生的散射過程中有時會觀測這樣的現象:兩個質子都沒有改變,但是卻產生了新的粒子,比如說“J/ψ介子”。

需要指出的是,“J/ψ介子”是由一個粲夸克和一個反粲夸克構成,而質子卻是由兩個上夸克和一個下夸克構成,這就意味著,在這種現象中產生的新粒子不是質子的“碎片”,而是由質子所攜帶的能量直接產生。

1997年,日本的“Tristan”粒子加速器觀測到一種被稱為“真空極化”的現象,何謂“真空極化”?簡單地講就是,強大的電磁場可以在真空中激發出正反粒子對。很顯然,這也是一個“能量可以轉成質量”的實例。

看到這裡,可能大家會比較奇怪,為什麼“能量可以轉成質量”這種現象只有在微觀的層面才可以被觀測到?我們來看看愛因斯坦提出的質能方程式 E = MC^2,根據這個方程式我們可以得出 M = E/C^2,方程式裡的C代表的是光速常量,可以看到C^2是一個很大的數字。

也就是說,需要非常大的能量才可以得到一點點的質量,舉個例子,廣島原子彈釋放的能量大約為1.3萬噸TNT當量,而其損失的質量卻僅為0.9克左右,那麼反過來講,我們需要將1.3萬噸TNT爆炸的能量全部集中起來,才能產生大約0.9克的質量。顯而易見的是,以我們人類目前的科技水平,根本就不可能做到這種程度的能量操控。

不過既然我們已經知道了能量確實可以轉成質量,那麼不出意外的話,在遙遠的未來,人類很可能會真正掌握能量與質量之間的轉換技術,從而一舉成為宇宙中的高級文明。


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魅力科學君


大家談的很好。其實,客觀地講,物質就是能量,能量就是物質。具體的每個、每種物質,都是以質量形態表現出來、以能量的發展為動力的。這不是"哲學“問題,這是人類,從古到今都觀測到、接觸到、應用到、認識到的事實! 只不過,科學家、專家加以分別研究、探討罷了! 世間,不存在物質轉能量、能量轉物質問題,只存在這種物質轉化為那種物質,比如無生物轉化為有生物,氫氧元子轉化為水,等等。物質的相互轉化,是通過內在的能量運動,從量變到質變而來的。量變質變,都是通過,該物質自身內在的質、量變化,在一定條件下、一定環境的影響下,轉化而來的!這理,外在條件,很關鍵。比如,在一定時間、一定溫度下,雞蛋可以轉化成雞子。但變化,仍然是雞蛋"內在“的原因。而這種變化,又一切決定於"外在“的條件、地點、和時間呀! 類似例子,無論在化學、物理、生物、天文,甚至各項社會科學,等等的觀測、實驗中都存在,太多太多,很有興趣,大家可以研究提高!有了這個認識,應該是提高自己認識水平的,極好的方法吧! 供參考!


永柏惠遠


你食用大米丶豬肉,大米豬肉都是物質的,在你胃裡消化轉化為能量,被你吸收轉化為細胞,細胞是物質的,你是細胞構成的。

汽油是物質,在汽缸中燃燒產生能量,作為物質的氣油消失轉化為能量。能量對機械做功推動汽車運動,氣車是物質的。汽油燃燒丶做功過程中又釋放出二氧化碳和水,二氧化碳和水都是物質的。

能量丶物質就是這樣相互轉化丶重組丶拆分。


資料完善度低


這個現象不用科學家來觀察了,它再普通不過,每分每秒都在重複發生,這就是植物的光合作用——植物體內的葉綠體吸收了太陽光的能量,結合從土壤吸收的水和無機鹽及小分子有機物、空氣中的二氧化碳,轉化為氧氣、生物大分子有機物如蛋白質、核酸及其它各種生命物質,最後實現生長,然後才會有各種動物和人類的生存。生命過程就是明顯的能量轉化為物質的現象。

如果要糾結於純物理現象,那麼,我記得物理學裡學過,一對光子在強磁場中進行高速碰撞,可能會變成一對正負電子對,是實驗已經觀測到的,但具體實現的條件記不清了。

個人理解,能量和物質之間的轉換,只不過是象水有汽態、液態和固態一樣,當物質的振動狀態(頻率和能量)不同的時候,就會呈現為不同的物態。汽態、液態和固態是從分子級結構上體現在宏觀上的狀態。那麼在比分子小很多級別的量子態,能量和物質之間的轉化那是瞬間生生滅滅無數次的。世界變化的本質是能量的聚散,也就是我們古人所說的“炁”的變化,古語說:“聚則為形,散則為炁”,其中的“形”就是我們現在說的物質,“炁”就是能量態或者是非常小的量子態的大量的物質微粒。愛因斯坦的質能方程:E=MC^2就是解答這個問題的公式。

正如金剛經所言:“一切有為法,皆如夢幻泡影,如露亦如電,應作如是觀”。所有的物質,暫稱“有為”,都是不同能量因緣合和聚集而構成,其實所謂物質也只是在我們眼裡呈現出來的有輪廓、形狀和結構的假象而已,我們能夠“看到”物質,本質是因為我們眼睛接收到了“物質”反射或發射到我們眼中的電磁波,而它們對應的本體,實際上在我們看到它們的過程中,從微觀量子態,物質和能量的相互轉化,不知道已經生生滅滅過多少次了。


瓏荃堂


核反應中,質量損耗產生巨大的能量,那麼巨大的能量能否產生物質呢?實驗室是否有類似的實驗呢?哪怕產生一個電子呢。反正到目前為止,我是不知道,接下來所說的,均是猜測。中子星都知道,很小的體積,巨大的密度,如果是質量更大的恆星,就會變成黑洞,質量更大,體積更小,中子也被壓碎,可能就是純能量體,一旦有能量溢出,巨大的能量需要載體,就會形成物質,大概,就是宇宙大爆炸的微弱版。


張大偉94


我已經成功地觀測到了。現在我公佈方法,免費的,不用打錢呦。用一個豆子,在三月底埋在地裡,適當澆水。精心保護啊!到秋天,豆子由於接受了太陽能,就可以變成好幾十個豆子。多出的根莖葉也算進去,就多了很多物質。這就是能量轉化成物質的鐵證。


法緣石


能量與物質是一體的二面,一面有形,一面無形,無形的能量,由有形的物質的運動來承擔。


惠舒旅社老闆


能量變物質不奇怪。從哲學的高度分析,能量就是物質,只是轉換的種類不同而已。比如引力,其中就有引力波(線)在傳遞到達目標體產生引力作用。不會無緣無故發生引力,必有引力微粒傳遞,就象光粒子、電粒子、磁力線粒子等一樣,這些粒子通過轉換可以變成摸得著的物質。人的意思也是微觀物質(腦細胞)在發生傳遞變化產生了意思,意思消耗營養(腦細胞),吃進去的營養就是物質……


用戶2857427160974


能量轉化成物質的實例可多了,如地球的能量能生出萬種植物,我們吃的,喝的,穿的全是靠地球的能量生出來的。


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