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基於質能方程,1公斤的任何物質是否擁有一樣的能量?

確實是一樣的。愛因斯坦的質能方程表明,物體所蘊含的能量與其質量成正比,比例係數為光速平方。有多少質量,就會包含多少能量,這與物質的組成無關。不管是1公斤的鐵塊,還是1公斤的白菜,或者是1公斤的水,它們都蘊含著完全相同的能量,其大小約為9×10^16焦耳。這個能量極其巨大,其當量相當於2140萬噸TNT,或者1000枚投向廣島的原子彈。可見,每個人本身都擁有滿滿的能量。

儘管如此,我們知道,鐵塊、白菜或者水都沒有危險性,它們並不會隨意釋放出自身所具有的巨大能量。就人類目前已知的情況來看,只有一種方法能讓普通物質完全轉化成能量,那就是讓它們與反物質發生湮滅反應。普通物質都是由質子、中子(除了氫之外)和電子組成,而反物質是由反質子、反中子(除了反氫之外)和正電子組成。反物質除了質量與正物質相等之外,其他所帶電荷、自旋等物理學參數都與正物質相反。正反物質一旦接觸在一起,就會完全湮滅掉,所有的質量全都轉變成能量。

在宇宙中,質量轉化成能量的反應很常見,只不過不是通過正反物質湮滅的方式,而是通過核聚變反應的方式。恆星的內部可以把四個氫原子核結合成一個氦原子核,該過程會有質量損失,這些質量就會轉變成主要以伽馬射線為形式的能量,所以像太陽這樣的恆星可以發光發熱。不過,恆星的氫核聚變的質能轉化效率比正反物質湮滅低得多,只有0.7%。

從質能方程中還可以看出,質量和能量的轉化不具有方向性,這意味著純能量也能轉變成物質。根據目前的標準宇宙模型,無論是鐵塊、白菜或者水,宇宙中的所有物質都是來自於138億年前宇宙創生之時的純能量。

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