粉碎一個原子,比粉碎一個地球更難嗎?

百香果種植戶2


這裡要強調一點,也就是定義一下:粉碎。事先說明,並不是什麼科學定義,這是為了後面的行文方便。因為地球本身也是原子構成的,因此這裡的粉碎地球是指宏觀上讓地球破碎成碎渣,不能夠形成地球。而這裡的粉碎原子,其實是指讓原子無法保證自身的原子結構。

那這兩者到底哪個更難呢?

其實,我們從能量的角度出發的話,肯定是粉碎地球所需要的能量要大得多。

人類現在已經有辦法粉碎一個原子,用的辦法就是大型的粒子對撞機。科學家通過這種辦法瞭解到了原子、原子核內的情況,找到了許多粒子。

但這個過程中耗費的能量確實很多,歐洲的大型粒子對撞機LHC位於日內瓦附近,瑞士和法國交界的侏羅山地下100米深處。它每次一起動,附近居民家裡燈會變暗不少,還遭到了許多居民的投訴。所以,它是不折不扣的耗電大戶,功率能夠達到200兆瓦

但是這點能量對於地球並不會有任何影響。按照目前主流的大碰撞假說,地球在45億年前,質量還只有現在的9/10,後來一顆火星大小的行星在地球軌道附近,兩者來一場對對撞。這個行星一部分的跌落到了地球內部,剩餘的一部分碎渣拋灑到了太空當中,在引力作用下形成了如今的月球。

這次撞擊的能量遠遠高於撞碎原子所需要的能量的數個數量級。即使是6500年前的小行星撞擊,這顆小行星的直徑大概10公里左右。曾經有科學家對這顆小行星撞擊進行研究,並通過計算機進行模擬,這顆小行星撞擊釋放出來的能量大概是10億顆原子彈爆炸所釋放出來的能量。

但無論是忒亞還是6500年前的小行星,都沒有能夠把地球撞碎。那背後到底是什麼在起作用呢?

結合能

我們要清楚的是,任何物質都是依靠作用結合到一起的,地球是引力的作用下結合到一起的,而原子呢? 原子是通過核力把質子和中子束縛在原子核內,而原子核和電子之間則是電磁相互作用。因此,無論是地球還是原子,想要打破都要通過通過足夠多的能量來實現。

在原子中,電子和原子核之間的結合是比較容易被打破的,比較牢固的是原子核,其中鐵原子核是穩定的,也是平均結合能量最大的。鐵原子的平均結合能是8.55315MeV,換算一下也就是1.3*10^(-12)J。

至於地球的引力結合能,我們也有一個專門的公式:

這裡假設了地球是一個均質天體,計算可以得到地球的引力結合能2.24×10^32J。也就是說,地球的引力結合能是鐵原子的結合能1.7*10^(48)倍,這就意味著,要把粉碎地球所需要的能量都夠粉碎鐵原子1.7*10^(48)個的。

中子星

相比碾碎原子,其實有一件事做起來遠比粉碎地球要難得多。那就是把電子壓入到原子核內,讓質子和電子反應生成中子。這是由於電子屬於費米子,費米子需要遵循泡利不相容原理。說白了,就是電子在原子核外應該佔據各自不同的能級狀態,大家都不能重樣,可以理解成每個電子都有自己的坑,不能亂來。當外界壓力擠壓電子時,電子為了排好這個座次,就會產生一種量子效應:電子簡併態。這個簡併態就會產生向外的壓力來抵抗外界的壓力。

而在一些大質量恆星(質量大於10倍太陽質量的恆星)在演化過程中,到了晚年,內核還剩下太陽質量的1.44倍~3倍左右,引力就可以大到電子簡併力都無法抵抗,然後就會產生中子星。

所以,相比粉碎單個原子,把一坨原子的電子都擠到原子核內,最終讓中子排排列要簡單的多得多。產生中子星所需要的能量條件要遠比粉碎地球大出好幾個數量級。

最後,我們來總結一下,

粉碎地球的難度要遠比原子難度要大得多,即使是粉碎最穩定的鐵原子所需要的能量也要比粉碎地球相差1.7*10^(48)倍。


鍾銘聊科學


所謂的粉碎,一般是指通過某種方式將一個較大的物體,分解成若干個更小的單位。我們知道原子是由原子核和電子組成,而原子核又是由質子和中子組成,因此,只要將原子核分解成更小的單位,我們就算是將原子“粉碎”了。

粉碎一個原子很難嗎?在19世紀以前,要想完成這個目標難如登天,主要原因是,原子實在是太小了。但粒子對撞機的出現使這種事情變得非常的容易,事實上,現在的科學家們早就可以利用粒子對撞機,將比原子還要小得多的質子撞得粉身碎骨了。

所以對於人類來講,粉碎一個原子可以說是易如反掌。

我們再來看看粉碎一個地球難不難。在這之前,我們先科普一個名詞:引力結合能。

引力結合能,是指離散的物質通過萬有引力的作用而互相結合的能量,因此,我們只要向某個物體釋放出超過其引力結合能的能量,就可以將其粉碎。

計算一個球體的引力結合能很簡單,其公式為:U = 3GM^2/5R(G為引力常數,M為質量,R為球體半徑),將地球的相關數據代入公式,我們得到地球的引力結合能約為2.24 x 10^32焦耳。

這是什麼概念?人類製造的威力最大的沙皇炸彈,其爆炸時釋放的能量約為2.1 x 10^17焦耳,也就是說,要將地球粉碎,我們大約需要超過10^15(1千萬億)顆沙皇炸彈,而且還得在地球內部一起引爆才行,這個數量比地球上所有的人口還要多出十多萬倍!

注意,這裡指的是威力最大的核彈,實際上,人類目前儲備的核彈,比沙皇炸彈威力小多了。

很明顯,粉碎地球比粉碎原子要難多了,這兩者根本不可相提並論。


回答完畢,歡迎大家關注我們,我們下次再見`


魅力科學君


何為“粉碎一個原子?”,如果粉碎一個原子指的是把組成原子的原子核和電子分開,那麼粉碎原子太簡單了,生活中子我們可以隨意粉碎原子,比如火焰本質上就是“被粉碎的原子”,因為火焰是等離子態,等離子態就是失去電子的原子存在的狀態,失去了電子就相當於被粉碎了!

除此之外,還可以通過電離的方式把原子核與電子分離,當然用高溫和對撞機的方式也能把原子粉碎,分離原子核與電子!

不過如果想繼續粉碎原子核就不是那麼容易了,原子核的中子質子依靠強力相互結合,強力是一種非常強大的力,我們必須克服這種力量才能粉碎原子核,這需要強大的能量,需要的能量理論上之前等於原子核的結合能,準確地說是平均結合能!

雖然原子核的結合能很大,但通過大型的粒子對撞機也可以實現粉碎原子核。科學家們發現的很多基本粒子都是通過對撞機讓兩個微粒相撞才發現的!

由此來看,粉碎一個原子並不是太難!但如果想粉碎地球就太難了,或者說僅存於理論上的可能!實際上想要粉碎地球是不可能的!

粉碎地球就相當於地球形成過程的逆過程,需要的能量理論上等於地球的重力結合能!而地球形成初期其實就是大量石塊不斷撞擊地球形成的,撞擊的過程產生的能量非常巨大,這都是重力結合能的表現形式!

6500萬年前一顆直徑10公里的小行星撞擊地球產生的能量至少相當於上億顆原子彈的能量,即使如此,對於地球來說也不值得一提!所以可以想象需要多麼恐怖的能量才能粉碎地球!

網絡上經常有這樣的言論:美俄兩國的核武器可以把地球毀滅幾十次!這是一種嚴重的誇大和誤解!不要說毀滅地球幾十次,即使地球上所有核武器同時引爆,對於地球來說也是撓癢癢!毀滅幾十次的更應該是人類,連地球上的物種也不可能滅毀滅,更不要說地球本身了!


宇宙探索


先說說我的答案——粉碎地球更難。

粉碎原子

歐洲的科學家曾使用過大型的強子對撞機將兩束鉛離子加速到接近光速並讓二者發生碰撞,結果這些科學家成功的製造了一個散發著強烈熱場的亞原子爆炸,當時的溫度超過了5萬億攝氏度(這一過程只持續了幾微秒,大家不必過多糾結)。問題來了,離子與原子有很大差別,科學家將離子碰撞能說明什麼呢?

但科學家認為在這樣炙熱的溫度下,原子本身就會被直接分解,就連原子核和其核內的質子和中子也會隨著一起融化。同時還會生成一種更加微小、由夸克和膠子組成的不穩定物質,也被成為夸克膠子等離子體。由於這種超高溫環境只會存在幾微秒,所以這種不穩定物質也只能存在幾微秒。

但這至少能解決一小半問題,粉碎原子是可行的,只是至少需要一臺造價不菲的強子對撞機。

粉碎地球

粉碎地球不是不行,只是太難了,用“難如上青天”都無法比喻這種難度。如果我們想粉碎地球,最原始的辦法就是用一把巨大的錘子將地球像一顆小石頭一樣擊碎,可問題就在於,我們去哪裡找那樣大的一把錘子呢?

我們來算一算,地球的平均半徑約6371千米,官方數據顯示地球的體積是1.0832073×10^12km³。如果按這樣計算,我們至少需要一把1.0832073×10^15km³這麼大的錘子,這把錘子僅握柄可能就長150000千米。

當然錘子理論的說法是不可能的,那我們就用上人類最厲害的“核武器”來粉碎地球好了。目前,全世界有9個國家被認為擁有核武器,加上未公開或未開發的,我們將全世界核武器的總數定在5萬枚。

再看一看唯二被核武器攻擊過的廣島和長崎的面積是多大,廣島大致900平方千米,而長崎大約是400平方千米,兩顆原子彈摧毀了約1300平方千米的區域。而科學家推測,100萬顆核彈被同時引爆的威力只相當於一次印度洋大地震。

根據目前公認的數據顯示,地球已經存在45億年了。在這45億年中,地球經歷過無數次地震和火山爆發,今天的7大洲不知經受過多少次震動、平原和高山不知歷經多少次改變、各色的隕石坑不知受過多大的磨難……但這些都沒有絲毫撼動過地球的位置,而這上面的任意一次災難,其威力都不亞於幾萬顆核彈所帶來的。

總結

以上,粉碎一個原子和粉碎地球,哪個更難,我們一看便知。


樹上長的宇宙果


怎麼可能呢?正是因為人類可以粉碎原子,使得很多亞原子粒子暴露出來,人類才認識到有比原子更微小的粒子存在,而以現代人類的力量根本不能拿地球怎麼樣。

1920年科學家就認識到原子是由原子核和電子組成,後來不久新西蘭裔英國物理學家歐內斯特・盧瑟福用α粒子(氦核)轟擊氮原子時,發現氫核被釋放出來,科學家就把氫原子核命名為質子,並且這種質子原來必然是氮原子核組成的一部分,那說明氮原子核還有更細微的構造,至少含有一個氫原子核(質子)核另外一些粒子構成,從此科學家們認識到原子核也是可以再細分的。隨著高能物理的發展,科學家們可以將電子質子等在電場中加速到接近光速,然後再用它們轟擊其他原子的原子核,由此發現了更多的微觀粒子,認識到原子核是由中子、質子構成。現代我們已經知道,在比原子核更小的層面上還有夸克等構造,並且還偶然地製造出了反物質粒子。如果原子不能被粉碎,科學家們就不能知道原子核的構造,而高能物理實驗雖然耗費的能量較高,但是卻在承受範圍之內。現代的高能物理實驗,一方面的目的就是尋找各種微觀粒子以研究它們的性質。再說現在人類核電站中用的可都是核裂變,核裂變就是原子核的碎裂重構,同時釋放出一定的能量。

而地球呢?歷史上地球遭受國很多劇烈的撞擊,6500萬年前那次小行星撞擊釋放的能量相當於100億顆以上廣島原子彈,足夠人類進行不知道多少次高能物理實驗了。即便是一場9級的大地震,釋放的能量也相當於350億噸TNT當量了,而帶給人類的危害只是在一個不是很大的範圍內,距離越遠危害越小。至今人類的力量沒有任何辦法將地球粉碎。地球的重力結合能為2.45X10^32焦耳,而人類曾經制造的最強的核彈也不過5500噸當量,破壞範圍不過幾十公里,幾十公里外的建築多隻受到一些影響,卻不會有毀滅性的傷害,釋放的能量核地球的重力結合能查了不知道多少個數量級,跨一個數量級就已經是不可能做到的了。以人類如今的科技實力,拿地球沒有一點辦法。

粉碎原子比粉碎地球簡單的多,高能物理中大把的實驗都能做到,只不過產生的微觀粒子的存在時間短,觀測難度極高,對於各種力的相互作用和粒子特性的研究更為艱難。


來看世界呀


以人類目前掌握的科學技術,是有能力粉碎一個原子的,但是沒有能力粉碎地球,所以粉碎地球要比粉碎原子難很多。


原子結構

原子由原子核與核外電子組成,原子核又由強子(質子和中子)組成,強子又由夸克組成;夸克屬於基本粒子,但是由於夸克禁閉,夸克不能獨立出來,只能存在於強子當中。

其中原子核與核外電子之間的相互作用,主要靠電磁力;質子和中子之間的相互作用,以及夸克之間的相互作用,主要靠強力。


原子在高溫條件下(數千攝氏度)變為等離子態,此時核外電子會完全脫離原子核,成為自由電子,但是原子核的結構不受影響。


大型強子對撞機

大型強子對撞機是人類研究微觀物理世界重要工具,其原理是利用超導線圈產生超強磁場,把帶電粒子束縛在特定的空間內,然後與其他粒子碰撞,從而“撞碎”帶電粒子,得到更基本的粒子。

這裡的帶電粒子,可以是失去核外電子的原子,比如用氦原子核去撞擊超重原子核,就會讓超重原子核解體,得到其他原子並釋放能量,所以粉碎一個原子的技術,人類目前是具備的。


核武器

人類目前最強的武器是氫彈,試驗過的最大氫彈是俄國的“沙皇炸彈”,爆炸當量5000萬噸TNT,這樣的能量釋放足以毀滅一座大城市,但是對地球來說微不足道。

在6500萬年前,一顆直徑15公里的小行星撞擊到如今的墨西哥灣,釋放能量相當於10億顆原子彈(相當於100萬顆沙皇炸彈),造成了恐龍的徹底滅絕,地球生態遭到全面破環,但是數百萬年後,新的生態又得以恢復。

所以人類目前的能力,還無法毀滅地球;在理論上,也有一些手段能毀滅地球,比如反物質武器、人造黑洞等等,只是人類還沒有能力製造出來。


夏日消消氣


按照人類目前的科技水平,當然是粉碎一個原子更簡單。至於粉碎地球,人類根本就沒有能力做的。


最簡單的原子是氫原子,如果想要粉碎氫原子,只需要把氫原子外面的電子除去即可。而出去氫原子外面的電子,方式則多種多樣。首先,化學反應就可以。比如讓氫原子和氧原子反應,因為氧原子會奪取氫原子的電子,所以就相當於打碎了氫原子。當然,還有其它涉及氫元素的反應,也都大多時候涉及到了奪取氫的電子。除了化學反應,使用對撞機也可以打碎原子。比如讓高能電子轟擊氫原子,則氫原子的外層電子就很大概率被轟擊出去,從而破壞了氫原子結構。還有核聚變,核裂變,都涉及到原子結構的改變,這樣本質上也是打碎了原子。



所以,總得來說,打碎原子方法很多。但粉碎地球就難的多。人類相對於地球實在是太渺小了,把人類比作細菌的話,地球就是一個人。我們身體裡面的細菌再厲害,它也無法把我們身體粉碎。所以,我們人類除了使用核彈爆破地球外,根本就沒有其它方法。



核彈威力雖然巨大,但是距離撼動地球還差得遠。既是球上所有的炮彈爆炸,最多也就在地球的地殼上面破個坑而已,對於地球本身就像是撓癢癢破點皮而已。


科學探秘頻道


這句話提到了物理界的兩個極端尺度,原子極小,僅有10^-10m,地球極大,有10^7m,這句話其實主要強調了原子的結構堅固,想表達破壞原子結構比破壞地球更難。

這句話有歷史限定

物理學中所有的定理和術語都是有限制條件或者歷史條件的,我好像說了句廢話,不僅是物理學中,一些科學如是。

“粉碎一個原子,比粉碎一個地球更難”,在1897年之前很多物理學家認為是對的,那時,沒有發現原子結構可以被破壞的證據,認為原子是組成物質的最小結構,無法繼續細分,所以有人提出“粉碎一個原子,比粉碎一個地球更難”。但這句話只在當時很短的一段時間內是正確的。

1897年後,這句話就不對了

1897年,英國物理學家湯姆遜發現了陰極射線其實是一種帶有負電的亞原子粒子,這其實就是電子第一次被發現,這個實驗直接證明原子結構是可以被破壞的。

實驗時先將玻璃管內的氣體抽稀薄,然後在玻璃管兩端的兩個金屬電極上加上上千伏的電壓,當時觀察到陰極對面的玻璃壁上閃爍著綠色的光,從這個現象出發,科學家們發現了電子。

破壞原子結構方法有哪些?

原子分為核外電子和原子核,破壞原子結構最簡單的方法就是破壞核外電子結構

以上是通過施加電壓使得原子結構改變,此外還可以通過以下方法來破壞原子結構:

1、施加高溫使得原子電離

正常情況下,核外電子會受到原子核的束縛,這時原子的狀態稱為基態,不斷地給原子加熱,原子核外電子活動變得劇烈,就有可能擺脫原子核的束縛,成為自由電子,這時的原子稱為受激原子。

能使得原子從基態到激發態,失去第一個電子的最小能量稱為激發能,上圖所示的就是原子激發能隨著原子序數的變化圖,從圖中可以看出原子的激發能很小,一摩爾的激發能最大也不超過2500kJ。

2、通過粒子撞擊破壞原子結構

通過高速粒子撞擊原子,又可以細分為兩類:

第一類是利用高速粒子撞擊電子破壞原子結構。如光電效應,光電效應就是利用特定頻率的電磁波照射一些物質,物質內部的電子就有可能受激發射出來,從而破壞原子結構。

第二類就是我們常說的核反應。如利用中子撞擊U235或者Pu239會使得這些原子核發生裂變反應,形成其它種類的原子核,這是最徹底的改變原子結構的方法。

圖釋:中子星結構圖

3、施加高壓破壞

在恆星演化後期可能會形成中子星,中子星的密度比黑洞小,但是也非常大,壓力也極大,極大的壓力會將原子結構壓壞,原子核外的“廣闊”區域將會被壓縮。但是在地球上不會有條件進行這種實驗,如果把地球直徑壓縮到22米,才有可能達到這種程度。

破壞地球則不太容易實現,需要極大的能量,前蘇聯爆炸的5000萬噸TNT當量的氫彈大伊萬還沒能炸燬一個島嶼,歷史上地球也曾遭到多次隕石和小行星的撞擊,可能導致恐龍滅絕的希克蘇魯伯隕石撞擊事件釋放出的能量相當於200萬顆這樣的原子彈,即使那樣也沒能毀滅地球一個大洲。

所以全世界的核彈也無法毀滅地球,最終毀滅的可能只是人類自己。

今天的科普就到這裡了,更多科普歡迎關注本號!


核先生科普



這怎麼可能?先說答案,粉碎一個原子不會比粉碎一個地球更難。

要粉碎一個原子,一個對撞機就能搞定。

原子由原子核和核外電子構成,原子核由質子和中子組成,

核外電子和原子核依靠電磁作用維繫在一起,分離它們還是比較容易的,要想分離由質子和中子組成的原子核,則需要較高的能量體直接撞擊,這就需要回旋粒子加速器組成的對撞機。目前世界上最大的對撞機是歐洲的大型強子對撞機,





這個對撞機圓周長27公里,可以至少5千億電子伏特的能量把電子和正電子一起粉碎,更別說撞碎原子核了。該對撞機可以把兩個質子加速至極為接近光速後對撞,目前已發現希格斯粒子希格斯玻色子(上帝粒子),升級後又發現“夸克奇異重子”五種夸克“味變”集合體存在。要知道電子、上帝粒子、夸克已經是不能再分的基本粒子了,現在已經撞到了這一級別,因此說對撞機完全可以把原子撞的粉碎。

而要粉碎一個地球,那必須把地球放置到與另一個天體之間的洛希極限範圍內。

所謂的洛希極限是一個天體自身重力與第二個天體(中心被環繞的天體)造成的潮汐力相等時的距離。公式為d≈1.260R(³√ρM/ρm),其中d為洛希極限,R為第二個天體的半徑,ρM為第二個天體的密度,ρm為該天體的密度。


當小於這個距離時,這個天體表面上的任何物體受到天體的引力將小於第二個天體對物體的潮汐力,這樣天體上的任何物體,包括天體自身會被第二個天體扯碎,最終成為第二個天體的環。

比如說太陽和地球之間的洛希極限經計算為55萬公里,只要像影片《流浪地球》中那樣,把地球移動至距太陽55萬公里範圍以內,

太陽對地球的潮汐力就會把地球扯的粉碎。


問題是現在地球在日地平均距離為1.49億公里軌道上繞日轉動,每年分毫不差,這是一種多大的力量啊。要改變這種狀態需要極大的能量,恐怕《流浪地球》裡的行星發動機的功率還要提高,數量還要增加。


這個工程量何止當前最大對撞機的萬倍。由此可見,粉碎一個地球比粉碎一個原子至少難萬倍。

至於其他的粉碎地球的方法,或者根本不可能,或者比上面方法更難。

比如說外來天體撞擊,小行星天體撞擊根本不管用,頂多撞飛一些物質,再撞出一個太平洋,最終小行星反而成為地球的一部分。
只能把地球上的生物來個大滅絕,就像6500萬年前直徑10公里的小行星撞地球導致恐龍滅絕那樣。


至於再大的天體,它有自己恆定的軌道不會亂闖,即使來到太陽系,也有太陽老大頂著。

還有人說白矮星是行星粉碎機,但太陽成為白矮星至少還需要四五十億年,到時地球會和太陽一起滅亡。
這長長的時間就是一道目前不可逾越的障礙,比什麼情況都困難。


物原愛牛毛1


粉碎一個原子,其實要遠比題主想象的簡單的多。

如果把電子也作為原子的一個整體組成部分,那麼日常發生的燃燒、靜電等化學反應和現象,雖然不會影響到原子核的層面,但其實它們的反應機理都是原子核外電子的得失效應,進而造成分子結構的變化,生成了新的分子。

但如果要上升到原子層面,想改變,甚至粉碎一個原子,就不是那麼簡單的了。

人類可以通過下面幾種方式碾碎一個原子。

1、核裂變

如鈾235,因為它的原子核內質子和中子數量龐大,這時候,給它的原子核裡擊入一箇中子,就會讓它的原子核解體,進而釋放出更多中子,引發核裂變鏈式反應。

2、核聚變

在2000萬度高溫高壓下,氫原子之間發生融合反應,生成氦原子,這也相當於粉碎了氫原子核。

3、純高溫

在純高溫之下,任何物質都會從原子層面融化掉,甚至質子和中子也會被融成為夸克,形成等離子體。

4、高能對撞

高能粒子對撞機會將粒子加速到接近光速,然後讓兩者發生撞擊,進而把原子撞一個粉碎,然後通過這種方式,研究微觀世界的組成和粒子行為。

所以,粉碎一個原子,對人類而言,已經不算是什麼難題。

但要弄碎一個地球,那對人類來說,那就是白日做夢了。即便人類所有的核武器(15000枚左右)一起爆炸,儘管其威力相當於15座克拉卡託火山(有史以來地球上威力最大的一次火山噴發)同時噴發。但即便如此,這樣的災難能讓人類滅絕恐怕都是難事,更何況是地球呢?

科學重口味,好玩又有趣的科普知識,歡迎關注本姑娘!


分享到:


相關文章: