03.02 粉碎一个原子,比粉碎一个地球更难吗?

百香果种植户2


所谓的粉碎,一般是指通过某种方式将一个较大的物体,分解成若干个更小的单位。我们知道原子是由原子核和电子组成,而原子核又是由质子和中子组成,因此,只要将原子核分解成更小的单位,我们就算是将原子“粉碎”了。

粉碎一个原子很难吗?在19世纪以前,要想完成这个目标难如登天,主要原因是,原子实在是太小了。但粒子对撞机的出现使这种事情变得非常的容易,事实上,现在的科学家们早就可以利用粒子对撞机,将比原子还要小得多的质子撞得粉身碎骨了。

所以对于人类来讲,粉碎一个原子可以说是易如反掌。

我们再来看看粉碎一个地球难不难。在这之前,我们先科普一个名词:引力结合能。

引力结合能,是指离散的物质通过万有引力的作用而互相结合的能量,因此,我们只要向某个物体释放出超过其引力结合能的能量,就可以将其粉碎。

计算一个球体的引力结合能很简单,其公式为:U = 3GM^2/5R(G为引力常数,M为质量,R为球体半径),将地球的相关数据代入公式,我们得到地球的引力结合能约为2.24 x 10^32焦耳。

这是什么概念?人类制造的威力最大的沙皇炸弹,其爆炸时释放的能量约为2.1 x 10^17焦耳,也就是说,要将地球粉碎,我们大约需要超过10^15(1千万亿)颗沙皇炸弹,而且还得在地球内部一起引爆才行,这个数量比地球上所有的人口还要多出十多万倍!

注意,这里指的是威力最大的核弹,实际上,人类目前储备的核弹,比沙皇炸弹威力小多了。

很明显,粉碎地球比粉碎原子要难多了,这两者根本不可相提并论。


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魅力科学君


怎么可能呢?正是因为人类可以粉碎原子,使得很多亚原子粒子暴露出来,人类才认识到有比原子更微小的粒子存在,而以现代人类的力量根本不能拿地球怎么样。

1920年科学家就认识到原子是由原子核和电子组成,后来不久新西兰裔英国物理学家欧内斯特・卢瑟福用α粒子(氦核)轰击氮原子时,发现氢核被释放出来,科学家就把氢原子核命名为质子,并且这种质子原来必然是氮原子核组成的一部分,那说明氮原子核还有更细微的构造,至少含有一个氢原子核(质子)核另外一些粒子构成,从此科学家们认识到原子核也是可以再细分的。

随着高能物理的发展,科学家们可以将电子质子等在电场中加速到接近光速,然后再用它们轰击其他原子的原子核,由此发现了更多的微观粒子,认识到原子核是由中子、质子构成。现代我们已经知道,在比原子核更小的层面上还有夸克等构造,并且还偶然地制造出了反物质粒子。如果原子不能被粉碎,科学家们就不能知道原子核的构造,而高能物理实验虽然耗费的能量较高,但是却在承受范围之内。现代的高能物理实验,一方面的目的就是寻找各种微观粒子以研究它们的性质。再说现在人类核电站中用的可都是核裂变,核裂变就是原子核的碎裂重构,同时释放出一定的能量。

而地球呢?历史上地球遭受国很多剧烈的撞击,6500万年前那次小行星撞击释放的能量相当于100亿颗以上广岛原子弹,足够人类进行不知道多少次高能物理实验了。即便是一场9级的大地震,释放的能量也相当于350亿吨TNT当量了,而带给人类的危害只是在一个不是很大的范围内,距离越远危害越小。至今人类的力量没有任何办法将地球粉碎。地球的重力结合能为2.45X10^32焦耳,而人类曾经制造的最强的核弹也不过5500吨当量,破坏范围不过几十公里,几十公里外的建筑多只受到一些影响,却不会有毁灭性的伤害,释放的能量核地球的重力结合能查了不知道多少个数量级,跨一个数量级就已经是不可能做到的了。以人类如今的科技实力,拿地球没有一点办法。

粉碎原子比粉碎地球简单的多,高能物理中大把的实验都能做到,只不过产生的微观粒子的存在时间短,观测难度极高,对于各种力的相互作用和粒子特性的研究更为艰难。


来看世界呀


先说说我的答案——粉碎地球更难。

粉碎原子

欧洲的科学家曾使用过大型的强子对撞机将两束铅离子加速到接近光速并让二者发生碰撞,结果这些科学家成功的制造了一个散发着强烈热场的亚原子爆炸,当时的温度超过了5万亿摄氏度(这一过程只持续了几微秒,大家不必过多纠结)。问题来了,离子与原子有很大差别,科学家将离子碰撞能说明什么呢?

但科学家认为在这样炙热的温度下,原子本身就会被直接分解,就连原子核和其核内的质子和中子也会随着一起融化。同时还会生成一种更加微小、由夸克和胶子组成的不稳定物质,也被成为夸克胶子等离子体。由于这种超高温环境只会存在几微秒,所以这种不稳定物质也只能存在几微秒。

但这至少能解决一小半问题,粉碎原子是可行的,只是至少需要一台造价不菲的强子对撞机。

粉碎地球

粉碎地球不是不行,只是太难了,用“难如上青天”都无法比喻这种难度。如果我们想粉碎地球,最原始的办法就是用一把巨大的锤子将地球像一颗小石头一样击碎,可问题就在于,我们去哪里找那样大的一把锤子呢?

我们来算一算,地球的平均半径约6371千米,官方数据显示地球的体积是1.0832073×10^12km³。如果按这样计算,我们至少需要一把1.0832073×10^15km³这么大的锤子,这把锤子仅握柄可能就长150000千米。

当然锤子理论的说法是不可能的,那我们就用上人类最厉害的“核武器”来粉碎地球好了。目前,全世界有9个国家被认为拥有核武器,加上未公开或未开发的,我们将全世界核武器的总数定在5万枚。

再看一看唯二被核武器攻击过的广岛和长崎的面积是多大,广岛大致900平方千米,而长崎大约是400平方千米,两颗原子弹摧毁了约1300平方千米的区域。而科学家推测,100万颗核弹被同时引爆的威力只相当于一次印度洋大地震。

根据目前公认的数据显示,地球已经存在45亿年了。在这45亿年中,地球经历过无数次地震和火山爆发,今天的7大洲不知经受过多少次震动、平原和高山不知历经多少次改变、各色的陨石坑不知受过多大的磨难……但这些都没有丝毫撼动过地球的位置,而这上面的任意一次灾难,其威力都不亚于几万颗核弹所带来的。

总结

以上,粉碎一个原子和粉碎地球,哪个更难,我们一看便知。


树上长的宇宙果


何为“粉碎一个原子?”,如果粉碎一个原子指的是把组成原子的原子核和电子分开,那么粉碎原子太简单了,生活中子我们可以随意粉碎原子,比如火焰本质上就是“被粉碎的原子”,因为火焰是等离子态,等离子态就是失去电子的原子存在的状态,失去了电子就相当于被粉碎了!

除此之外,还可以通过电离的方式把原子核与电子分离,当然用高温和对撞机的方式也能把原子粉碎,分离原子核与电子!

不过如果想继续粉碎原子核就不是那么容易了,原子核的中子质子依靠强力相互结合,强力是一种非常强大的力,我们必须克服这种力量才能粉碎原子核,这需要强大的能量,需要的能量理论上之前等于原子核的结合能,准确地说是平均结合能!

虽然原子核的结合能很大,但通过大型的粒子对撞机也可以实现粉碎原子核。科学家们发现的很多基本粒子都是通过对撞机让两个微粒相撞才发现的!

由此来看,粉碎一个原子并不是太难!但如果想粉碎地球就太难了,或者说仅存于理论上的可能!实际上想要粉碎地球是不可能的!

粉碎地球就相当于地球形成过程的逆过程,需要的能量理论上等于地球的重力结合能!而地球形成初期其实就是大量石块不断撞击地球形成的,撞击的过程产生的能量非常巨大,这都是重力结合能的表现形式!

6500万年前一颗直径10公里的小行星撞击地球产生的能量至少相当于上亿颗原子弹的能量,即使如此,对于地球来说也不值得一提!所以可以想象需要多么恐怖的能量才能粉碎地球!

网络上经常有这样的言论:美俄两国的核武器可以把地球毁灭几十次!这是一种严重的夸大和误解!不要说毁灭地球几十次,即使地球上所有核武器同时引爆,对于地球来说也是挠痒痒!毁灭几十次的更应该是人类,连地球上的物种也不可能灭毁灭,更不要说地球本身了!


宇宙探索


以人类目前掌握的科学技术,是有能力粉碎一个原子的,但是没有能力粉碎地球,所以粉碎地球要比粉碎原子难很多。


原子结构

原子由原子核与核外电子组成,原子核又由强子(质子和中子)组成,强子又由夸克组成;夸克属于基本粒子,但是由于夸克禁闭,夸克不能独立出来,只能存在于强子当中。

其中原子核与核外电子之间的相互作用,主要靠电磁力;质子和中子之间的相互作用,以及夸克之间的相互作用,主要靠强力。


原子在高温条件下(数千摄氏度)变为等离子态,此时核外电子会完全脱离原子核,成为自由电子,但是原子核的结构不受影响。


大型强子对撞机

大型强子对撞机是人类研究微观物理世界重要工具,其原理是利用超导线圈产生超强磁场,把带电粒子束缚在特定的空间内,然后与其他粒子碰撞,从而“撞碎”带电粒子,得到更基本的粒子。

这里的带电粒子,可以是失去核外电子的原子,比如用氦原子核去撞击超重原子核,就会让超重原子核解体,得到其他原子并释放能量,所以粉碎一个原子的技术,人类目前是具备的。


核武器

人类目前最强的武器是氢弹,试验过的最大氢弹是俄国的“沙皇炸弹”,爆炸当量5000万吨TNT,这样的能量释放足以毁灭一座大城市,但是对地球来说微不足道。

在6500万年前,一颗直径15公里的小行星撞击到如今的墨西哥湾,释放能量相当于10亿颗原子弹(相当于100万颗沙皇炸弹),造成了恐龙的彻底灭绝,地球生态遭到全面破环,但是数百万年后,新的生态又得以恢复。

所以人类目前的能力,还无法毁灭地球;在理论上,也有一些手段能毁灭地球,比如反物质武器、人造黑洞等等,只是人类还没有能力制造出来。


夏日消消气


这句话提到了物理界的两个极端尺度,原子极小,仅有10^-10m,地球极大,有10^7m,这句话其实主要强调了原子的结构坚固,想表达破坏原子结构比破坏地球更难。

这句话有历史限定

物理学中所有的定理和术语都是有限制条件或者历史条件的,我好像说了句废话,不仅是物理学中,一些科学如是。

“粉碎一个原子,比粉碎一个地球更难”,在1897年之前很多物理学家认为是对的,那时,没有发现原子结构可以被破坏的证据,认为原子是组成物质的最小结构,无法继续细分,所以有人提出“粉碎一个原子,比粉碎一个地球更难”。但这句话只在当时很短的一段时间内是正确的。

1897年后,这句话就不对了

1897年,英国物理学家汤姆逊发现了阴极射线其实是一种带有负电的亚原子粒子,这其实就是电子第一次被发现,这个实验直接证明原子结构是可以被破坏的。

实验时先将玻璃管内的气体抽稀薄,然后在玻璃管两端的两个金属电极上加上上千伏的电压,当时观察到阴极对面的玻璃壁上闪烁着绿色的光,从这个现象出发,科学家们发现了电子。

破坏原子结构方法有哪些?

原子分为核外电子和原子核,破坏原子结构最简单的方法就是破坏核外电子结构

以上是通过施加电压使得原子结构改变,此外还可以通过以下方法来破坏原子结构:

1、施加高温使得原子电离

正常情况下,核外电子会受到原子核的束缚,这时原子的状态称为基态,不断地给原子加热,原子核外电子活动变得剧烈,就有可能摆脱原子核的束缚,成为自由电子,这时的原子称为受激原子。


能使得原子从基态到激发态,失去第一个电子的最小能量称为激发能,上图所示的就是原子激发能随着原子序数的变化图,从图中可以看出原子的激发能很小,一摩尔的激发能最大也不超过2500kJ。

2、通过粒子撞击破坏原子结构

通过高速粒子撞击原子,又可以细分为两类:

第一类是利用高速粒子撞击电子破坏原子结构。如光电效应,光电效应就是利用特定频率的电磁波照射一些物质,物质内部的电子就有可能受激发射出来,从而破坏原子结构。

第二类就是我们常说的核反应。如利用中子撞击U235或者Pu239会使得这些原子核发生裂变反应,形成其它种类的原子核,这是最彻底的改变原子结构的方法。

图释:中子星结构图

3、施加高压破坏

在恒星演化后期可能会形成中子星,中子星的密度比黑洞小,但是也非常大,压力也极大,极大的压力会将原子结构压坏,原子核外的“广阔”区域将会被压缩。但是在地球上不会有条件进行这种实验,如果把地球直径压缩到22米,才有可能达到这种程度。


破坏地球则不太容易实现,需要极大的能量,前苏联爆炸的5000万吨TNT当量的氢弹大伊万还没能炸毁一个岛屿,历史上地球也曾遭到多次陨石和小行星的撞击,可能导致恐龙灭绝的希克苏鲁伯陨石撞击事件释放出的能量相当于200万颗这样的原子弹,即使那样也没能毁灭地球一个大洲。

所以全世界的核弹也无法毁灭地球,最终毁灭的可能只是人类自己。

今天的科普就到这里了,更多科普欢迎关注本号!


核先生科普



这怎么可能?先说答案,粉碎一个原子不会比粉碎一个地球更难。

要粉碎一个原子,一个对撞机就能搞定。

原子由原子核和核外电子构成,原子核由质子和中子组成,

核外电子和原子核依靠电磁作用维系在一起,分离它们还是比较容易的,要想分离由质子和中子组成的原子核,则需要较高的能量体直接撞击,这就需要回旋粒子加速器组成的对撞机。目前世界上最大的对撞机是欧洲的大型强子对撞机,





这个对撞机圆周长27公里,可以至少5千亿电子伏特的能量把电子和正电子一起粉碎,更别说撞碎原子核了。该对撞机可以把两个质子加速至极为接近光速后对撞,目前已发现希格斯粒子希格斯玻色子(上帝粒子),升级后又发现“夸克奇异重子”五种夸克“味变”集合体存在。要知道电子、上帝粒子、夸克已经是不能再分的基本粒子了,现在已经撞到了这一级别,因此说对撞机完全可以把原子撞的粉碎。

而要粉碎一个地球,那必须把地球放置到与另一个天体之间的洛希极限范围内。

所谓的洛希极限是一个天体自身重力与第二个天体(中心被环绕的天体)造成的潮汐力相等时的距离。公式为d≈1.260R(³√ρM/ρm),其中d为洛希极限,R为第二个天体的半径,ρM为第二个天体的密度,ρm为该天体的密度。


当小于这个距离时,这个天体表面上的任何物体受到天体的引力将小于第二个天体对物体的潮汐力,这样天体上的任何物体,包括天体自身会被第二个天体扯碎,最终成为第二个天体的环。

比如说太阳和地球之间的洛希极限经计算为55万公里,只要像影片《流浪地球》中那样,把地球移动至距太阳55万公里范围以内,

太阳对地球的潮汐力就会把地球扯的粉碎。


问题是现在地球在日地平均距离为1.49亿公里轨道上绕日转动,每年分毫不差,这是一种多大的力量啊。要改变这种状态需要极大的能量,恐怕《流浪地球》里的行星发动机的功率还要提高,数量还要增加。


这个工程量何止当前最大对撞机的万倍。由此可见,粉碎一个地球比粉碎一个原子至少难万倍。

至于其他的粉碎地球的方法,或者根本不可能,或者比上面方法更难。

比如说外来天体撞击,小行星天体撞击根本不管用,顶多撞飞一些物质,再撞出一个太平洋,最终小行星反而成为地球的一部分。
只能把地球上的生物来个大灭绝,就像6500万年前直径10公里的小行星撞地球导致恐龙灭绝那样。


至于再大的天体,它有自己恒定的轨道不会乱闯,即使来到太阳系,也有太阳老大顶着。

还有人说白矮星是行星粉碎机,但太阳成为白矮星至少还需要四五十亿年,到时地球会和太阳一起灭亡。
这长长的时间就是一道目前不可逾越的障碍,比什么情况都困难。


物原爱牛毛1


按照人类目前的科技水平,当然是粉碎一个原子更简单。至于粉碎地球,人类根本就没有能力做的。


最简单的原子是氢原子,如果想要粉碎氢原子,只需要把氢原子外面的电子除去即可。而出去氢原子外面的电子,方式则多种多样。首先,化学反应就可以。比如让氢原子和氧原子反应,因为氧原子会夺取氢原子的电子,所以就相当于打碎了氢原子。当然,还有其它涉及氢元素的反应,也都大多时候涉及到了夺取氢的电子。除了化学反应,使用对撞机也可以打碎原子。比如让高能电子轰击氢原子,则氢原子的外层电子就很大概率被轰击出去,从而破坏了氢原子结构。还有核聚变,核裂变,都涉及到原子结构的改变,这样本质上也是打碎了原子。



所以,总得来说,打碎原子方法很多。但粉碎地球就难的多。人类相对于地球实在是太渺小了,把人类比作细菌的话,地球就是一个人。我们身体里面的细菌再厉害,它也无法把我们身体粉碎。所以,我们人类除了使用核弹爆破地球外,根本就没有其它方法。



核弹威力虽然巨大,但是距离撼动地球还差得远。既是球上所有的炮弹爆炸,最多也就在地球的地壳上面破个坑而已,对于地球本身就像是挠痒痒破点皮而已。


科学探秘频道


粉碎一个原子,其实要远比题主想象的简单的多。

如果把电子也作为原子的一个整体组成部分,那么日常发生的燃烧、静电等化学反应和现象,虽然不会影响到原子核的层面,但其实它们的反应机理都是原子核外电子的得失效应,进而造成分子结构的变化,生成了新的分子。

但如果要上升到原子层面,想改变,甚至粉碎一个原子,就不是那么简单的了。

人类可以通过下面几种方式碾碎一个原子。

1、核裂变

如铀235,因为它的原子核内质子和中子数量庞大,这时候,给它的原子核里击入一个中子,就会让它的原子核解体,进而释放出更多中子,引发核裂变链式反应。

2、核聚变

在2000万度高温高压下,氢原子之间发生融合反应,生成氦原子,这也相当于粉碎了氢原子核。

3、纯高温

在纯高温之下,任何物质都会从原子层面融化掉,甚至质子和中子也会被融成为夸克,形成等离子体。

4、高能对撞

高能粒子对撞机会将粒子加速到接近光速,然后让两者发生撞击,进而把原子撞一个粉碎,然后通过这种方式,研究微观世界的组成和粒子行为。

所以,粉碎一个原子,对人类而言,已经不算是什么难题。

但要弄碎一个地球,那对人类来说,那就是白日做梦了。即便人类所有的核武器(15000枚左右)一起爆炸,尽管其威力相当于15座克拉卡托火山(有史以来地球上威力最大的一次火山喷发)同时喷发。但即便如此,这样的灾难能让人类灭绝恐怕都是难事,更何况是地球呢?

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这是一种对比的夸张说法。但是描述了人类开发能源的技术难度的递进,技术进步历史的阶段性。

一百万年以前,只有利用阳光,没有技术。

一百万年前至今,发现了火,火的开发利用,是社会生活一个重要里程碑。技术上,是把木柴的纤维素大分子,加热点燃,成为小分子的碳,再氧化为二氧化碳。

总结是:撕开分子,产生新的分子,原子不变。

1940年代,人类用更大的能量(温度),撕开原子,产生新的原子,但是电子,质子,中子数量变,本身质不变。

再下一步,预计在100年以内,人类可以用更大的能量(温度),撕开质子,中子,电子,产生等离子。这是最后的能量方式。等离子状态是宇宙的初始状态,在现在的宇宙中也无处不在。是能量微小而又极大量的存在形式。


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