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徒手捏碎鸡蛋并不是那么容易,那么捏碎原子核需要多大能量呢? [复制链接]

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我们生活在宏观世界,日常生活中总是在不断分割打碎各种东西。比如最常见的打鸡蛋,我们总会感觉鸡蛋很容易被打碎,毕竟轻轻一碰,鸡蛋就碎了!


不过如果想徒手握住一枚鸡蛋想要打碎鸡蛋就不是那么容易了,当鸡蛋受力均匀时,想要打碎它会变得很难。因为当受力均匀时,鸡蛋可以承受几十公斤的压力而不会碎!

将鸡蛋打碎的过程其实就是把鸡蛋分割成更小单元的过程。

现实中所有我们看到的物体都可以分割成更小的单元,那么能否一直分割下去呢,比如说原子是否能继续分割呢?


在一百多年前,答案是否定的,当时的物理学界认为原子是组成物体的最小单元是不可分割的,在古希腊语中,原子的意思就是不可分割的。

但如今我们知道原子也是可以分割的,那么需要多大的能量才能将原子分割呢?

原子是由电子和原子核组成的,理论上只要把原子核和电子分割开来,就算是把原子分割了,其实也就是把原子像鸡蛋那样捏碎。

想要把原子“捏碎”,虽然我们需要详细了解原子内部结构和各种力的相互作用。

宇宙万物都是由原子组成的,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,如此数量众多的微观粒子是如何结合在一起的呢?

答案就牵扯到自然界的几种基本作用力。


四种基本作用力:引力,电磁力,强力,弱力。质子和中子就是靠强力结合在一起的,强力的作用范围很有限,只能在原子核内,而原子核和电子是靠电磁力结合在一起的,原子和原子之间也是靠电刺激结合起来的,然后形成宇宙万物。强力是四种基本作用力中最强的力,比电磁力要强173倍,而我们熟知的引力是最弱的力,如果强力大小是1,那么引力只有10的-39次方分之一!

原子是由电子,质子和中子组成的微小粒子,而质子和中子组成的原子核占据了原子核几乎全部质量,达到99%以上。原子核体积非常小,如果原子有足球场那么大,那么原子核就相当于一粒米。虽然体积很小,但原子核质量几乎就等同于原子的质量,所以要把原子“捏碎”,也就相当于原子被“捏碎”了。

所以,问题就变得非常简单多了:只需要把原子核分开(捏碎),原子也就自动解体了。那么捏碎原子核的力量,就必须大于质子和中子之间的强力作用,这个强力作用有多大呢?

这里用铁原子核举例子,因为铁是最稳定的元素,铁元素的平均结合能最高,不容易发生裂变,当然也不容易发生巨变。

何为结合能?

我们都知道,质子和中子靠强力作用结合在一起,简单说,结合能就是质子和中子结合在一起所需的能量。反过来说,把质子和中子分开也需要同样大小的能量。不同元素拥有不同数量的中子质子,总结和能除以中子和质子的数量,就是平均结合能。

平均结合能越大,意味着原子核越不容易被捏碎,原子核也越稳定。


在所有元素中,铁元素的平均结合能最大,总的结合能大约为7.71x10^-11焦耳,所以理论上把铁元素的中子质子分开也就需要大约如此多的能量。

你可看到了,这个非常少的能量,连一焦耳都没有。一焦耳的能量有多大?学过初中物理的都知道,用一牛顿的力把一物体沿着力的方向移动一米所需能量就是1焦耳,这是相当少的能量。

而把其他元素捏碎则会更容易,因为其他元素都没有铁稳定。

所以说,但从需要的能量来看,理论上打碎一个原子并不是什么难事。不过现实操作起来绝不仅仅是能量的问题,最大的问题是原子实在太小了,像捏鸡蛋那样捏住原子并不是非常容易的事情。原子直径大约只有10^-10米左右,原子核的直径更小,只有10^-15米左右。


不过科学家们当然自有方法,科学家早就能够单独操控单个原子,利用扫描隧道显微镜这个工具就可以实现对单个原子的操控。

那么能不能更进一步,把更小的质子或中子继续分割下去呢?质子和中子都是由夸克组成的,能不能把它们继续分割成夸克呢?


目前来看是做不到的,因为夸克之间存在色禁闭现象(夸克禁闭)。何为夸克禁闭?它是一种量子场论的现象,夸克不会单独存在。由于强力作用,带色荷的夸克被限制必须与其他夸克结合在一起,使得总色荷为零。同时,夸克之间的作用力会随着距离增加而增强,所有我们并不能发现单独存在的夸克!
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