大家好,今天小编关注到一个比较有意思的话题,就是关于核足球场的问题,于是小编就整理了2个相关介绍核足球场的解答,让我们一起看看吧。
问这个问题,不是脑洞大开,也问不出来的。
先给结论,捏碎一个原子,人类早在一个世纪前就办到了,并不是多大的事情,倒是我前几天回答过一个同学的捏碎一个夸克用大多力气的问题,比较清新和高逼格一些。
题主有两个知识点需要注意:
我们可以用手捏住一个原子吗?
一个原子在现代人类掌握的微观尺寸来讲,其实挺大的了,我们用显微镜将物体放大到纳米(100埃)级别,几乎就可以看到原子了,放个图吧,大致上是这样的:
然后,是不是就要准备上工具了呢?且慢!
在这里,就是经典物理和量子力学的分界点了。
作为经典科学最辉煌时代的代表,拉普拉斯认为只要给我足够的参数,足够的运算能力,过去、现在、未来一切尽在我的掌握中!就没有科学家不能确定的事情。捏个原子,分分钟搞掂的事情嘛。
可惜世事难料,量子力学诞生了;很不幸,量子力学统治了微观宇宙!
作为量子力学的带头大哥,波尔说,拉普拉斯,别傻了,你还想算宇宙了,你其实连个电子也预测不了!
至于你还想捏住一个原子,省省吧,你连它具体什么时间在哪里都不清楚——测不准原理,怎么捏?
捏碎一个原子花多少力气?
大佬们看清楚题目,题主只要求捏碎一个原子,并没有要求捏碎一个原子核!
卢瑟福1909年,通过著名的α粒子散射实验,就已经成功的击碎了金箔的原子。在一个用铅制成的容器,抽干净空气达到真空状态后,装入少量的镭或钋,使α粒子从小孔中放射,让α粒子束撞击很薄的金属箔(约100~10000Å),再利用涂有硫化锌的荧光屏幕来侦测。
镭核在α衰变中放出能量为4.78MeV的α粒子和能量为0.19MeV的γ光子,根据能量守恒,击碎一个原子,最少需要一个镭核发生α衰变,共需要4.97MeV。
和后世的能击碎原子核的大型粒子对撞机(LHC)提供的能量等级相比,LHC可以让两个原子核碰撞的能量达到了1000 TeV,卢瑟福当年的实验中的能量级别,的确是少到可以忽略不计的了。
结语
击碎一个原子,不用花多少气力;但你永远无法捉紧单一个原子。
我是猫先生,感谢阅读。
古希腊时期的德谟克利特认为物质是由最基本的原子组成,当时的原子论以及之后道尔顿的原子论都认为原子是组成物质的最小微粒。既然是最小微粒,意思就是不可分割,不论用多大的力气或者多大的能量。直到十九世纪末二十世纪初,汤姆生发现电子、贝克勒尔发现放射性,等等发现使人类认识到原子并不是组成物质的最小微粒。
现在人们已经认识到,原子是由原子核和核外的电子组成的,原子核又是由质子和中子组成,原子已经不再是之前认为的那样不可分割。
原子既然可以分割,那么“捏碎”一个原子需要多大的力气呢?其实对于“捏碎”原子这样的工作,完全不同于日常生活中捏碎一粒坚果,已经不能用“需要多大的力气”来讨论了,而是要讨论需要多大的能量,另外还需要看将原子“捏碎”到什么程度。
氢原子是最简单的原子,其原子核只有一个质子,核外有一个电子。把氢原子捏碎就是把氢原子电离,相当于将电子和质子分开到足够远的距离,这个过程需要消耗能量,如果氢原子处在基态,将氢原子捏碎需要13.6电子伏的能量。
如果是将基态碳原子核外的6个电子全部电离,需要的能量大约是将基态氢原子电离所需能量的76倍。
如果还要进一步将原子核捏碎成质子和中子,需要的能量要比电离能高数个数量级。下图为部分原子的比结合能随质量数的变化图像,比结合能指的是将原子核拆散成质子和中子所需的能量与核子数(质子数加中子数)的比值。如下图所示,铁的比结合能(平均结合能)最高,大约是8.6兆电子伏,铁的原子核中有26个质子及30个中子,这样将铁原子核拆散成质子和中子所需的能量为481.6兆电子伏,是将基态氢原子电离所需能量的3500多万倍。原子核的比结合能比电离能高出数个数量级,这就是原子核内蕴藏着巨大能量的一个体现。
有人会问,还能不能进一步将电子、质子、中子捏碎?目前的理论认为,电子已经是基本粒子,基本粒子就是不可分割的粒子。质子、中子是由夸克组成的,由于夸克禁闭的原因,夸克不能单独存在,目前不能把质子、中子分割成夸克。夸克之下还有没有更基本的粒子,目前仍然是猜想。
题主的脑洞确实够大,想要捏碎原子,就要了解原子的结构。原子是由带正电的原子核和周围带负电的电子构成。如果要捏碎原子,就意味着要剥离原子核周围的电子,并破碎原子核。
题主问的是用多大“力”来捏碎原子。其实在原子尺度上,经典的牛顿力学是不适用的。我们要借助量子力学来解释了。量子力学是研究物理过程的能量和动量的。描述微观过程常用的能量单位是电子伏(Ev)1 eV = 1.6×(10^(-19))
J。将原子核破碎需要几百万Ev。
希望我的回答能帮到题主
中子星是一定质量的恒星,在长期的演变过程中,在吸引力的作用下,逐渐坍塌而成。
我们知道,一个原子99.99%的是空间,而实体(实际上也不是绝对的实体)部分是原子核与电子,实体是原子质量的承载者。电子的运行轨迹,在恒星的坍塌过程中会逐渐向原子核靠近,最终电子与质子结合形成中子,所以恒星坍塌到最后,所有的质量都由中子来承载了。而在原子核内部,中子、质子之外的部分还是空间,且占原子核总体积的绝大部分,就是说在不到0.001的体积中绝大部分还是空间,那么,如此小的体积中,却包含了一个原子的全部质量,你说中子星的质量能不大吗?
中子星确实很重
中子星又叫脉冲星,是1.4――3.2倍太阳质量的恒星演化末期的产物。它的密度高达每立方厘米1亿吨,与原子核的密度相当,实际上它就是全部由构成原子核的中子紧紧挨在一起组成的,中子星确实重。
我们知道,构成物质的最小单位就是原子,而原子由原子核和核外电子组成,原子核由中子和质子组成,其中质子带正电荷,电子带负电荷,中子不带电荷。而中子星这种天体全是由中子组成,那带电荷的质子和电子到哪去了?答案是质子和电子都变成中子了。
质子变为中子的两种途径
在自然状态下,中子变成质子比较容易,中子的寿命很短,只有14分钟42秒,除非结合为原子核,否则一个原子核外的中子极易衰变为一个质子、一个电子和一个反电子中微子;而质子变为中子很难,一般有两种途径:
一种是逆β衰变,当质子受到反电子中微子轰击时,质子会向外发射一个正电子后变成中子,
但这个条件要求非常苛刻,这个最小的粒子――中微子需要至少具有1.806MeV的动能,并且要准确击中质子才行。
另一种就是把电子强行压入质子中,这样电荷变为中性,其中一个上夸克变为同颜色的下夸克,即由两个上夸克和一个下夸克组成的质子变成由一个上夸克和两个下夸克组成的中子了。
但这种质子变中子的途径是在极端条件下才能实现,因为一个核外电子想进入质子中需要克服泡利不相容原理引起的电子兼并压,这需要很大的力量,中子星的形成就是属于这种途径。
中子星是如何形成的以及这么重的原因。
当恒星内部所有核聚变停止时,恒星因内部再也没有力量抵抗恒星自身的引力而开始收缩。这种力量先是把核外电子从轨道上剥离为游离自由状态,大大压缩了原子的空间,这时星体的密度大约为每立方厘米1吨到10吨,这是小于1.4倍太阳质量恒星的最终演化结果,其内部抵抗自身重力的不再是核聚变,而是电子兼并压,电子兼并压和重力最终达到平衡,星体停止收缩,最终形成我们熟悉的白矮星。
如果是大于1.4倍太阳质量而小于3.2倍太阳质量的恒星会继续收缩,电子简并压不足以抵抗自身强大的重力,电子最终被压入质子形成中子,星体变成全部由中子紧挨着构成的状态,这种状态与原子核的状态是一样的,这就相当于原子核外空间被全部压缩掉了。原子核的质量占整个原子的99.99%以上,但它的体积却只为原子的几千亿分之一,
因此当压缩掉原子核外的所有空间后,原子核或中子星的密度就变得惊人的高。可高达每立方厘米1亿吨,即中子星上一个花生米大小的物质就重达1亿吨。为了形象地认识中子星的密度和压缩比例,咱们拿地球举例,有人经过计算认为,地球如果变成白矮星,其直径大小只有22米。
以上就是中子星产生的过程以及为什么这么重的原因,欢迎关注评论。
中子星是怎么产生的?为什么那么重?
中子星是恒星发展的一个终极归宿,但恒星是怎么发展到中子星的,中子星的密度又为什么那么大,似乎很多朋友都搞不清楚,接下来简单说说这个过程。
一、恒星诞生与发展
关于恒星的诞生,18世纪的伊曼纽·斯威登堡、伊曼努尔·康德和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯提出提出了星云诞生模型,这是被广泛接受的很行诞生模型。但不管如何,恒星诞生了,我们从未来能发生超新星爆发并诞生中子星的恒星发展开始说起。
1、恒星的静力平衡时代
这是一颗恒星最好的时光,大致可以将这个时期称为主序星时代,在主序星内核,正在发生在质子链反应,这个过程非常重要,是所有恒星发展的最初起点。
质子链的第一步,同位素氕聚变成同位素氘,这是质子链反应的第一步。
1H+1H→2D+e(+)+v,ΔE=1.442MeV,Q(v)=0.265MeV;
这是两个质子之间的聚变反应,理论上来看质子可以通过极高的温度和压力下克服库伦势垒实现聚变,但1920年大神爱丁顿经过计算得出,以太阳的质量并不能达到如此高的温度,但太阳已经开始了燃烧,似乎质子链反应第一步就走不下去了?
微观粒子穿过一个位势垒。粒子能量在穿越前后维持不变,但量子幅会降低。
幸亏后期量子力学的发展给了物理学家一个正确的解释,质子可以通过波函数隧道,穿过库伦势垒的斥力障碍在低于理论计算条件下达到聚变反应。但即使如此这概率仍然很低,这也是太阳寿命那么长的重要原因,因为它自身正在积攒燃料。
再往后事情就简单了,氘和氕聚变成氦三,然后氦三再聚变成氦四,或者有碳氮氧循环产生,当然在主序星阶段这尚未发展到这个阶段。在此时,恒星内核的聚变产生的热压力和引力势能是平衡的,也就是我们所说的静力平衡时代。这也是一颗恒星最最稳定的阶段,因为“内心比较平和”,即使有点小脾气“日饵爆发”也不至于毁灭恒星系!
2、狂暴的红巨星时代
恒星内核氢逐渐消耗,内核的氦元素累积,内核会逐渐坍缩,但7-10倍以上质量的恒星在内核坍缩至简并态物质前就会开始氦元素聚变。
23He → 4He +21H (12.9 MeV)
41H → 4He + 2e+ + 2γ + 2νe (26.7 MeV)
因为大质量恒星的内核温度更高,在氦元素聚变堆积后无需达到类日恒星的电子简并态即可燃烧,反应过程如上,各位有没有发现,氦元素的反应更剧烈,而且速度也更快,剧烈的内核能量释放将会产生超高热压力,会导致恒星直径极度膨胀,比如只有太阳质量7-10倍的盾牌座UY,直径是太阳的1700,体积是太阳的45亿倍。
这就是恒星的静力平衡失控时代,热压力战胜了引力势能,恒星的未来岌岌可危。
3、超新星时代
超新星爆发前夕的恒星内核温仍然按部就班的进行核聚变,只是生产元素的速度越来越快,时间越来越短,内核的温度也越来越高。
质量为太阳20倍的恒星,内核各种元素消耗的时间,内核元素的终点在铁元素,当然并不是说只会有铁,比如还有其他少量的钴、镍、铜、锌元素,但绝大多数都是铁,此时恒星的超新星爆发瞬间就会发生。
因为铁核不再产生能量,再无热压力对抗引力势能,恒星外壳将向内坍缩,速度可以达到7万千米/秒,这个速度大约是光速的23%,核心密度与温度迅速增加。核心刚开始坍缩时会光致蜕变和电子捕获的β衰变,这是超新星爆发时观测到中微子流的重要原因。
坍缩成中子星的恒星内核并未彻底简并态化,这个坍缩会导致中心元素迅速聚变而失控,此时时空核聚变的激波会与坍缩的物质撞击,接近光速一半的相对速度下将制造出一个宇宙中仅次于中子星相撞的极致环境,在此区域的物质会经历失控聚变的过程。此时的超新星爆发会将恒星外壳彻底炸散,形成弥漫星际空间的星云,而此时在主序星以及红巨星和超新星爆发过程制造的元素都将夹带在这片星云中。
二、中子星时代
质量尚不足以坍缩到黑洞的内核将坍缩为中子星,这个坍缩过程我们有必要来了解一下,超新星爆发我们就不说了,直接说这个原子怎么就变成了中子呢?
我们必要来来了解下原子内部的结构,其实中心原子核之占了一点点空间,这从卢瑟福的α粒子散射实验可以证明,其他空荡荡的空间都是电子云的位置,电子在相应能级上随机出现与消失,它的位置与动量不可同时测定,这就是海森堡不确定性原理由来,因此当恒星内核开始坍缩时,首先就会将电子从外层压缩想中心原子核靠近,但不确定性原理不会让电子占据同一个量子位,此时被压缩到极限却仍然在原子核外部的物质叫做电子简并态。
但质量足够大的恒星内核引力势能可以突破电子简并态,将电子直接压入质子中和成中子,当然只要有足够强的压力,也可以压垮夸克达到夸克简并态,不过这类可是传说中的夸克星,尚未实际观测到,现在通行的理论认为突破了中子星的极限就成黑洞啦!
三、中子星的密度有多大?
从构成原理来说,它的密度就是原子核的密度,当然中子的质量会比质子要那么一点点,所以它也会比原子核密度高那么一丢丢,不过也是个可以忽略的差异,但有一个问题,为什么网上资料中的中子星的密度差异那么大?
中子星的密度:8×10^13克至2×10^15克,差距比较大
外壳中的离子和电子是啥意思?电子我们就不管了,关键是离子,因为离子就是游离电子的原子核,在这个位置还有离子状态的物质存在,它们的密度远比不上中子简并态物质密度,而内核的夸克胶子等离子体则要比中子密度要更高一些(事实上组成中子的轻夸克的质量很轻,胶子的存在才让中子有那么高质量),所以不同大小的中子星密度会有比较大的差异。不过无论哪种恒星,到达了中子星层次,算是完美极致了,因为再往前走就是宇宙的黑暗力量黑洞了!
假如一颗中子星从太阳系内行星轨道经过的话,地球就完蛋啦,因为中子星至少也是太阳1-2倍左右的质量,太阳系内出现两个太阳的质量,这还得了!有一部《撤离地球》的伪纪录片挺不错的,说的就是中子星闯入太阳系,人类紧急撤离的过程,有兴趣的朋友可以看看。
到此,以上就是小编对于核足球场的问题就介绍到这了,希望介绍关于核足球场的2点解答对大家有用。
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