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1 # Jerryli63267726
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2 # aging74755260
沒有這種說法,顯示一個外行罷了。細泡,組織可以被捏碎。分子會被拆分,原子能夠被電離。一群重核原子核受到質子或質子強力轟擊才分裂出各個不同的核子碎片。
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3 # 九水哥
題主的腦洞確實夠大,想要捏碎原子,就要了解原子的結構。原子是由帶正電的原子核和周圍帶負電的電子構成。如果要捏碎原子,就意味著要剝離原子核周圍的電子,並破碎原子核。
題主問的是用多大“力”來捏碎原子。其實在原子尺度上,經典的牛頓力學是不適用的。我們要藉助量子力學來解釋了。量子力學是研究物理過程的能量和動量的。描述微觀過程常用的能量單位是電子伏(Ev)1 eV = 1.6×(10^(-19))
J。將原子核破碎需要幾百萬Ev。
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4 # 貓先生內涵科普
問這個問題,不是腦洞大開,也問不出來的。
先給結論,捏碎一個原子,人類早在一個世紀前就辦到了,並不是多大的事情,倒是我前幾天回答過一個同學的捏碎一個夸克用大多力氣的問題,比較清新和高逼格一些。
題主有兩個知識點需要注意:
我們可以用手捏住一個原子嗎?一個原子在現代人類掌握的微觀尺寸來講,其實挺大的了,我們用顯微鏡將物體放大到奈米(100埃)級別,幾乎就可以看到原子了,放個圖吧,大致上是這樣的:
然後,是不是就要準備上工具了呢?且慢!
在這裡,就是經典物理和量子力學的分界點了。
作為經典科學最輝煌時代的代表,拉普拉斯認為只要給我足夠的引數,足夠的運算能力,過去、現在、未來一切盡在我的掌握中!就沒有科學家不能確定的事情。捏個原子,分分鐘搞掂的事情嘛。
可惜世事難料,量子力學誕生了;很不幸,量子力學統治了微觀宇宙!
作為量子力學的帶頭大哥,波爾說,拉普拉斯,別傻了,你還想算宇宙了,你其實連個電子也預測不了!
至於你還想捏住一個原子,省省吧,你連它具體什麼時間在哪裡都不清楚——測不準原理,怎麼捏?
捏碎一個原子花多少力氣?大佬們看清楚題目,題主只要求捏碎一個原子,並沒有要求捏碎一個原子核!
盧瑟福1909年,透過著名的α粒子散射實驗,就已經成功的擊碎了金箔的原子。在一個用鉛製成的容器,抽乾淨空氣達到真空狀態後,裝入少量的鐳或釙,使α粒子從小孔中放射,讓α粒子束撞擊很薄的金屬箔(約100~10000Å),再利用塗有硫化鋅的熒光螢幕來偵測。
鐳核在α衰變中放出能量為4.78MeV的α粒子和能量為0.19MeV的γ光子,根據能量守恆,擊碎一個原子,最少需要一個鐳核發生α衰變,共需要4.97MeV。
和後世的能擊碎原子核的大型粒子對撞機(LHC)提供的能量等級相比,LHC可以讓兩個原子核碰撞的能量達到了1000 TeV,盧瑟福當年的實驗中的能量級別,的確是少到可以忽略不計的了。
結語擊碎一個原子,不用花多少氣力;但你永遠無法捉緊單一個原子。
我是貓先生,感謝閱讀。
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5 # 刁博
古希臘時期的德謨克利特認為物質是由最基本的原子組成,當時的原子論以及之後道爾頓的原子論都認為原子是組成物質的最小微粒。既然是最小微粒,意思就是不可分割,不論用多大的力氣或者多大的能量。直到十九世紀末二十世紀初,湯姆生髮現電子、貝克勒爾發現放射性,等等發現使人類認識到原子並不是組成物質的最小微粒。
現在人們已經認識到,原子是由原子核和核外的電子組成的,原子核又是由質子和中子組成,原子已經不再是之前認為的那樣不可分割。
氫原子是最簡單的原子,其原子核只有一個質子,核外有一個電子。把氫原子捏碎就是把氫原子電離,相當於將電子和質子分開到足夠遠的距離,這個過程需要消耗能量,如果氫原子處在基態,將氫原子捏碎需要13.6電子伏的能量。
如果是將基態碳原子核外的6個電子全部電離,需要的能量大約是將基態氫原子電離所需能量的76倍。
如果還要進一步將原子核捏碎成質子和中子,需要的能量要比電離能高數個數量級。下圖為部分原子的比結合能隨質量數的變化影象,比結合能指的是將原子核拆散成質子和中子所需的能量與核子數(質子數加中子數)的比值。如下圖所示,鐵的比結合能(平均結合能)最高,大約是8.6兆電子伏,鐵的原子核中有26個質子及30箇中子,這樣將鐵原子核拆散成質子和中子所需的能量為481.6兆電子伏,是將基態氫原子電離所需能量的3500多萬倍。原子核的比結合能比電離能高出數個數量級,這就是原子核內蘊藏著巨大能量的一個體現。
有人會問,還能不能進一步將電子、質子、中子捏碎?目前的理論認為,電子已經是基本粒子,基本粒子就是不可分割的粒子。質子、中子是由夸克組成的,由於夸克禁閉的原因,夸克不能單獨存在,目前不能把質子、中子分割成夸克。夸克之下還有沒有更基本的粒子,目前仍然是猜想。
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6 # 科學探索菌
不知道大家有沒有捏過雞蛋,雞蛋雖然掉在地上很容易碎,但是徒手想要捏碎它卻是一件不容易的事。當受力均勻時,雞蛋殼可以承受幾十公斤以上的力量,這得益於雞蛋殼的特殊形狀。只有當受力不均勻時,人類才能徒手將雞蛋捏爆。
腦洞時間到!雞蛋是由原子構成的,那有沒有什麼方法可以將一個原子夾住,並將之捏碎呢?如果可以捏碎,又需要多大的力量?
知己知彼,百戰不殆。想要捏碎原子,就要先了解它的性質。下面就跟隨我一起進入奇妙的原子世界。
原子世界之旅天上飄的白雲,地下跑的馬兒,都是由原子構成的。原子這個概念很早就出現了,古希臘哲學家德莫克利特最早提出了古代原子論,他認為萬物都是被稱之為原子的微粒組成的。17世紀,經過眾多化學家的不斷實驗,人們正式確認了原子的存在,道爾頓從科學角度正式提出了原子理論,不過那時認為原子已不可再分。
原子能不能捏碎呢?當然能,因為原子也是由更基本的粒子構成的。原子是由原子核和核外電子構成的,原子核又是由質子和中子構成的。
人類對原子內部結構的探索耗費了數十年的時間。1897年湯姆遜發現了電子,1912年盧瑟福發現了原子核,並在1918年發現了質子,由於中子不帶電,到了1932年才由盧瑟福的學生查德威克發現。
這些大大小小的粒子是怎麼結合到一起並構成原子的呢?同種電荷相斥,異種電荷相吸。而質子帶正電,中子不帶電,電子帶負電,要想結合在一起,質子就必須要克服庫倫斥力。其實在自然界中有4種基本力,質子、中子是靠強核力結合在一起的。強核力的作用範圍很有限,僅限於原子核內,但作用效果卻比電磁力大170多倍。電子則是靠電磁力與原子核結合到一起的。此外,原子與原子之間又靠電磁力結合成為分子,並構成世間萬物。
既然原子是由一定數量的質子、中子和電子透過強核力與電磁力結合在一起的,那麼想要將其捏碎,就必須要施加比這更大的力量。
如何操縱一個原子?想要捏碎一個原子,得先控制住它,防止它溜走,形象點說就是得把它緊緊地攥在手裡。
可是原子很小,究竟有多小呢?原子與黃豆的大小之比就如同黃豆與地球的大小之比。原子的平均直徑大約在10^-10米這個數量級,也就是0.1奈米的級別左右,比如氫原子的直徑大約為0.07奈米。咱們從數量上來說明,以7奈米工藝製成的指甲蓋大小(一平方釐米左右)般的麒麟980晶片就包含了69億個電晶體。
原子核就更小了,直徑在10^-15~10^-14米這個數量級,體積僅為原子體積的千億分之一,但質量卻佔了99.9%以上。形象點來說,如果原子相當於一個足球場,那麼原子核就相當於足球場中的一粒米。
原子雖小,卻並沒有難倒科學家。目前科學家們已經能夠在實驗室中操縱單個原子了,這主要得益於掃描隧道顯微鏡(SEM)這個工具的發明。利用掃描隧道顯微鏡不僅能夠觀察單個原子,在超低溫狀態下還能夠利用探針對單個原子進行精確操縱。這對人類研究奈米科技具有重要作用。
(如圖所示,利用SEM對奈米尺度下的原子進行操縱)
此外,科學家還發明瞭光鑷技術,利用鐳射形成光阱,可以操縱和捕獲奈米至微米級別的粒子,那麼拿下原子也不在話下。
原子那麼小,用手肯定是拿不住的,利用以上方法可以夾住原子,但並不能捏碎原子。
捏碎一個原子需要消耗多大能量?捏碎是一個很模糊的概念,究竟是碎成兩半,還是將原子分裂成一個個微小的粒子?我們這裡按後者算。
原子的質量99%以上都集中在原子核,原子核是維持原子穩定的根本,我們只需要將原子核捏碎,整個原子就解體了。
想要捏碎原子核,得考慮核外電子的情況。核外電子雖是按不同能級分層排列,但不像行星繞恆星那樣運轉,電子的行蹤飄忽不定,我們用電子雲模型來描述這樣的場景。電子雖受電磁力的吸引,但通常並不會掉進原子核,只有在極強的壓力作用下,當電子簡併壓(由泡利不相容原理形成的抵抗力)被擊穿時才會使核外電子掉進原子核,並與核內質子形成中子,中子星就是這樣誕生的。按照理論,需要1.44倍以上的太陽質量所形成的引力才能將電子簡併壓擊穿。其實我們並不需要將電子壓進原子核,只需要讓原子失去所有電子,然後再捏碎原子核就行了。
(上圖為原子結構的電子雲模型示意圖)
最簡單的原子當屬氫原子,氫原子由一個質子和一個電子構成,捏碎它是小菜一碟,只需要讓氫原子失去電子變成質子即可。氫原子的電離能(讓原子失去電子所需要的能量)為13.6eV。這似乎有點糊弄人,我們還是以鐵原子為例吧,它更有代表性。
鐵(通常是指最穩定的同位素鐵56)是宇宙中最穩定的元素,通常鐵原子核由20個質子和30箇中子組成,它既不容易發生裂變,也不容易發生聚變。為什麼會這樣呢?因為鐵原子核的平均結合能為8.6MeV(兆電子伏特,1eV≈1.6x10^-19 J(焦耳)),是所有元素中最高的。
(如上圖所示,鐵56的平均結合能最高)
質子和中子靠強力結合在一起形成原子核,結合能就是它們結合到一起所需要的能量,同樣,分開它們也需要相同的能量。不同種類的原子由不同數量的質子和中子構成,因此將總結和能平均到每個核子上,就得到了原子核的平均結合能。平均結合能越大,原子核也就越穩定,越不容易被捏碎。
鐵56原子核的總結和能為481.6兆電子伏特,約等於7.71x10^-11焦耳,是氫原子電離能的3500多萬倍,理論上想要將一個鐵56原子核捏碎就需要這麼多能量。至於鐵原子的電離能則可以忽略不計,那麼捏碎一個鐵原子也僅多消耗一點能量。
沒錯,捏碎一個原子連一焦耳的能量都用不到。一焦耳能量有多大?根據定義,1J=1N·m,相當於用一牛頓(1千克的物體在地球表面所受到的重力大約為9.8牛頓)的力將一個物體沿力的方向移動一米所需要的能量。將一顆50克的雞蛋舉高2米,它的勢能就增加一焦耳。
結語由此可見,捏碎一個原子很容易,消耗不了多少能量。由於原子實在太小了,怎樣穩穩的捏住一個原子才是問題的關鍵。
1918年,盧瑟福利用天然放射性元素所釋放的阿爾法粒子從氮核中轟擊出了質子,實現了第一次人工核反應。現在的大型強子對撞機可以產生TeV級別以上的能量(1T=10^12)。
那麼還能不能捏得更碎一點呢?比如將質子和中子捏碎。雖然質子和中子都是由夸克構成的,但由於存在色禁閉現象,目前還沒有技術手段可以將其擊碎。至於電子、夸克等基本粒子還可不可以再分,目前還不知道。
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7 # 奮鬥的螞蟻
認真評估了一下,亞瑟的三技能聖劍裁決應該可以將殘血的原子錘爆吧,畢竟亞瑟也是有魔法傷害的。
如果要知道最小力的話,可以查下原子一個外電子脫離束縛,需要多少能力,這就是理論上捏碎原因所需要的最小能量。
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8 # 語境思維
啊,這個問題,是夠絞腦汁的。這個教科書是沒有現成答案的。以下是筆者的個人意見。
這要看你是否真的吃透有關動力學原理。這裡得用直接原理與方程計算來解答。
我們反對揣著糊塗裝明白誤人子弟的偽科普。如果是個見,得事先宣告“我認為”。
顯然,你不可能用兩個手指去捏一個原子。但是,如果設定一個數萬噸的水壓機去以極慢的速度去壓例如一個1cm³(≈7.8克)的鐵塊。
鐵塊會被壓成超薄超薄的鐵片,假設,該鐵片厚度為0.1奈米,剛好在鐵原子直徑的臨界尺度,就算是滿足題意“捏碎了鐵原子”。
質量m=7.8克的鐵原子個數(n),可按1摩爾質量(M)含阿伏伽德羅常數(N)來估算,即:
n=Nm/M=6.02×10²²m/M...(1)
已知,鐵的摩爾質量M=56克,則7.8克鐵原子個數:n=6.02×10²²×7.8/56=1.4×10²¹個。
問題是,水壓機提供給鐵塊的壓力,是不是可以均勻分佈給每個鐵原子的呢?
答案是,可以這麼認為。因為水壓機對鐵塊加壓,就是對鐵塊做功,鐵塊體積被壓縮,相當於提供體積功,鐵原子獲得平均體積功,即:
W=p△V=(F/s)△V...(2),
式中,p是壓強,△V是鐵塊被壓縮的體積,F是水壓機的壓力,s是接觸面積。
顯然,s在壓縮過程中一直在變化。鐵塊最終厚度假設d=0.1奈米,邊長為a,則接觸面積:
s=a²=V/d=10⁶/10⁻¹⁰=10¹⁶[m²],這也太不可思議了。不過,我們可以只考慮水壓機的實際加壓面,例如只有1釐米²。
此時,s*=1×10⁻⁴[m²],厚度d=1×10⁻¹⁰[m],所體積:V*=s*d=1×10⁻¹⁴[m³]。
假設鐵的密度ρ=7.8[t/m³]不變,則體積V*對應的質量:m*=V*ρ=7.8×10⁻⁹[kg],這個超薄鐵片的鐵原子個數:
n*=6.02×10²²m*/M=8.4×10¹¹[個]。
現在可以進入關鍵環節:需要施加多大的體積功,才能使鐵原子邊界層被塌陷呢?
我們知道,鐵原子3個比較活躍的核外電子,它們繞核的平均速度,約:v=2200千米/秒。
每個電子繞軌的平均動能Ek=½m₀v²是由電子電荷與核電荷之間電動勢U=ke²/R所提供,有:
Ek=U,即:½m₀v²=ke²/R...(3)
式中,m₀是電子質量,R≈53皮米,是電子軌道半徑。電子繞軌的向心力為:
F=ke²/R²=1.4×10⁻⁸[N]...(4)
現在,我們要透過水壓機克服電子繞核運動的向心力,使電子塌陷,也就壓碎了鐵原子。
每個鐵原子需壓塌3個電子,n*=8.4×10¹¹個鐵原子共需壓力:
ΣF=3n*F=3.5×10⁴[N]。
這麼大的壓力必須集中壓在1釐米²上。
所需的壓強(p)才是至關重要的:
p=ΣF/s*=3.5×10⁴/10⁻⁴=3.5×10⁸[Pa]。
回覆列表
撞碎一個原子已經可以實現了,不需要太多能量。但是捏碎一個原子這個是無法實現的,即使你用了整個銀河系的能量也做不到。