巨大的能量来自何方.PDFVIP

巨大的能量来自何方 自从1896 年贝克勒尔和居里夫妇发现镭的天然放射性以来，人们就知道放射性元素能 够释放出具有能量的射线．但是放射性元素为什么能释放出能量，其他元素能否放出能量， 如何人工控制释放能量，则是当时许多科学家终日冥思苦想的课题． 1902 年，居里夫妇碰上了一件怪事：新提炼出来的镭不仅发出辐射，同时也发出热和 光．据测量，每克镭每小时大约可以放出140 卡的热，而光的亮度足以用来看书．居里教授 把手放在不可见的镭射线中几小时，结果手上就出现了溃疡，象灼伤一样． 若不是亲身经历，谁肯相信有一种元素会一刻不停地发出光和热呢？这些能量从哪里来 的呢？莫非在整个宇宙起作用的能量守恒定律，到了巴黎化学院这间矮小、破旧的板屋里就 失灵了？ 1903 年夏天，卢瑟福夫妇拜访了在巴黎的居里夫妇．在夜晚，居里拿出一个部分涂了 硫化锌的玻璃管，里面装有含着许多镭的液体，黑暗中管子的光辉显得灿烂夺目．卢瑟福看 得着了迷，他在感叹造物主的伟大的同时，也不由自主地问自己：这能量从何而来？ 卢瑟福回到麦吉尔大学后，即和索迪研究放射性衰变所释放的能量．经测量，1 克镭在 蜕变时放出的能量也许会在 10 的9 次方到10 的10 次方卡之间，而氢和氧化合成 1 克水大 约释放出4000 卡能量．由此可推断，辐射变化的能量比任何分子变化的能量都至少大2 万 倍，甚至100 万倍．卢瑟福开玩笑说，假如能找到一种合适的起爆物，可以设想在物质中触 发一个原子蜕变波，这将使这个旧世界消失在烟雾中．后来索迪写了一本书，名叫《镭的阐 述》，书中提到若能把潜伏并束缚在原子结构中的巨大能量引出来加以控制，它将是一种改 变世界命运的动力！吝啬的自然用一个杠杆小心地控制着所蓄能量的输出．那个能抓住这个 杠杆的人将拥有一件武器．如果他愿意，就可以用它毁灭地球． 一位名叫威尔斯的作家、历史学家受《镭的阐述》一书的启发，敏锐地意识到原子结构 中能量的重要性，他中止了一系列社会小说的写作计划，写了一本科学幻想小说（称为预言 小说更确切）—— 《获得自由的世界》，于1914 年第一次世界大战爆发以前出版．他在书中 描写了发生在 1956 年的战争：英、法和美国组成的联盟反对德国和奥地利的世界战争爆发 了，届时一些先进国家已经能大规模释放原子能作为工业能源，原子弹也造出来了．在这场 战争中，世界上的主要城市全被原子弹所摧毁． 该书给许多人留下了深刻的印象，但他们只把它当作小说，并未思考这种事实际上会不 会发生．不过，这本书对原子弹的许多预言与后来的事实是吻合的，而且也确实对原子弹的 诞生起到了促进作用． 能量藏在小小的核中 原子的全部质量差不多都集中在原子核里，原子核的比重极大．如果将1 立方厘米的纯 粹的原子核物质（即质子和中子）集中在一起，那么重量将达到 1 亿多吨． 1918 年，汤姆逊的学生阿斯顿（1922 年诺贝尔化学奖获得者）研究成功了质谱仪，用 它可以准确地测量原子核的质量．他发现几乎所有的原子重量都十分接近整数，而且它们之 间存在着近似倍数关系．如氢为1.008，由4 个氢集中在一起的氦为4.002．令人奇怪的是， 氦为什么不是4.0032 呢？氧不是16，而是15.994．这同整数的微小差别意味着什么呢？ 阿斯顿经过一系列研究认为：在原子核里，质子和质子之间有电的排斥力．但是事实表 明，原子核里的质子不但没有彼此分离，而且还和中子紧紧地 “抱”成一团．这是为什么呢？ 原来，在核子之间还有一种很强的作用力，这种作用力就是核力．就是这种核力，将质子和 中子 “捆”在一起．现在，人们称核力为结合能．核力有点像 “胶”，只在非常小的距离内 起作用，一般每一个核子只与相邻的核子有核力作用，距离再大一点就不起作用了．尽管如 此，核力作用仍然十分强大．据测算，如果一张纸纯粹是由原子核做成的话，则需要 200 辆火车头的拉力才能把它撕破．可见，“核力”是多么强大，原子核内蕴含的巨大能量是多 么惊人． 至于原子重量同整数的微小差别，据阿斯顿在本世纪20 年代进行的研究表明，中等大 小的原子核结合得最紧密，周期表两端的原子核变成中等大小的原子核时，会放出能量．小 的原子核变成中等大小的原子核，这个过程叫作核聚变．在这个过程中，有质量亏损现象．根 据现已由实验证明了爱因斯坦（1921 年诺贝尔物理奖获得者）质能关系式：即 Δ E=Δ mc2 （式中E 为释放的能量，M 为减少或