根据质能方程,能量可以用千克来计量吗?

一般情况下能量不能称斤按两来计量,但是我们可以借助相对论的质能方程,把能量等价转化为质量。

质能方程

爱因斯坦提出著名的质能方程,该方程描述质量和能量是统一的,或者说质量是能量的表象之一,利用质能方程,无论能量以什么形式存在,都将对应一个质量,对于1斤(500克)的质量,按照质量方程计算出来的能量为:

E=mc^2=0.5*(3*10^8)^2≈4.5*10^16J

相当于125亿度的电能,目前全世界每年的总耗电量约为25万亿度,那么125亿度只够全世界使用大约4小时。

质能转化

既然质能和能量可以相互转化,为何我们不把物质转化为能量来解决能源危机呢?

原因在于质能转化非常困难,人类目前只掌握了可控的核裂变技术(核电厂),而核裂变的质能转化率非常低,而且要使用特殊的裂变材料,还会产生致命的核辐射。

目前有望突破的能量技术是可控核聚变,核聚变的质能转化率比核裂变高很多,而且聚变材料在地球上非常丰富,一升海水中的氘聚变,相当于300升汽油燃烧的能量。

正反物质湮没

在物理学中,有一类极为特殊的物质——反物质,反物质是正常物质的反状态,正反物质所带电荷相反、自旋方向相反、磁矩方向相反,但是数值大小相等。

所有物质都有对应的反物质,比如电子—正电子,质子—反质子,氢原子—反氢原子,其中光子的反物质就是它本身。

正反物质接触时,会以质能方程100%地湮灭为能量,由于能量本身不是独立实体,所以能量会以光子、中微子等物质作为载体释放出来。

或许在未来,人类掌握了可控正反物质湮灭的技术,那么能量就可以近似用质量代替——“朋友,我的飞船没能源了, 能否借5公斤的能源给我”。