ChungKeung

这就是质能转换，质量转换成了能量。否则释放的能量从哪里来？

冬天烤火要烧木炭或者用电煤气烧锅炉供暖，烧掉的煤或者气转变成了热量，那么阳光暖烘烘的就不要消耗物质？

太阳中心每秒钟有6亿吨的氢转化成了5.858亿吨的氦，那么还有420万吨的物质哪儿去了呢？就是变成了能量。

这个能量有多大呢？根据爱因斯坦质能方程E=mc^2计算：

E=MC^2=420万吨×299792458^2

约等于3.8×10^26J

这个能量相当于910亿颗百万吨级氢弹爆炸威力，或者1.3亿亿吨煤燃烧释放的热量。

我们地球只能接受到太阳能量的22亿分之一，却相当每秒钟4000万吨TNT爆炸当量，相当于3000多颗广岛原子弹同时爆炸的威力，或者1000万座三峡大坝发电的总量。

这就是质能转换的威力。太阳中心每时每刻都发生着氢核聚变，每天6亿吨氢有420万吨质量转化为能量，420/600000000，氢核聚变质能转换率很显然只达到0.7%。

爱因斯坦质能方程的重大意义就在于，任何物质质量完全转换成能量，就会爆发出巨大的威力。

过去，人类使用能源的方式，质能转换率很差，因此效率很低。比如我们用煤燃烧所取得的质能转换率只能达到0.0000028%，也就是说99.9999972%的物质变成废渣废气浪费掉了，1吨煤只得到了0.028克质量的能量。

现在人类了解了核裂变和核聚变的质能转换规律，核裂变的质能转换率达到0.13%，而核聚变可以达到0.7%，是核裂变的5倍多。

但目前人类还只是掌握了可控核裂变的使用技术，比如核发电。对于核聚变还只能制造氢弹，一次性突然释放能量的方式很难用于社会生活需要，因此攻克可控核聚变是世界上一个重要的科学课题。

人类已知质能转换率最高的物质就是反物质，反物质与正物质结合就会瞬间湮灭，释放出1+1的全部能量。

也就是说1克反物质与1克正物质一接触就会释放出2克质量的全部能量，最后化为乌有。这个100分之200的转换率，是核聚变效率的约300倍。

这个能量有多大呢？1克反物质与1克正物质湮灭释放的能量为180000000000KJ，相当于约43000吨TNT黄色炸药的能量，约3颗多广岛原子弹的爆炸威力。

所以，太阳的物质“损失”不是真正的损失，而是转化成了能量，所有物质都是这样，在化学或者物理的转化过程中，要么转化成了其他的物质，要么转化成了能量，这就是物质不灭和能量守恒的原理。

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答：核聚变中的质量亏损，转化为了能量，能量的载体可以是生成物的动能，也可以是光子、中微子等等。

在恒星内部或者氢弹当中，氢元素聚变为氦元素，造成原子核质量亏损，然后按照质能方程释放大量能量。

在相对论中，质量和能量是统一的，如果要说本质的话，能量才是物质的本质，质量只是能量的一种属性而已，所以在广义相对论场方程中，只有能量和动量，并没有质量这一参数。

核反应中亏损的质量转化为能量，能量是有载体的，比如氦-3的聚变反应为：

3He+3He→4He+2(1H)，ΔE=12.860MeV;

其中释放的能量，会体现为生成物氦-4与氕核的动能，从而实现方程左右两边的质能守恒。

又比如氕核与氘核的聚变反应为：

2D+1H→3He+γ，ΔE=5.494MeV;

生成物氦-3会拥有一部分动能，然后光子本身也可以看成纯能量，其中的能量转化过程，就是原子核中的核能被释放出来了。

每种原子的平均核子质量都不同，其中铁-56的平均核子质量最低，当低于铁的原子聚变，或者高于铁的原子裂变时，都会发生质量亏损，从而释放能量。

在核电厂中，反应堆正是利用水吸收了核反应释放的能量，从而转化为高温高压的水蒸汽，去推动汽轮机运行，然后源源不断地输出电能。

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核聚变反应中，都说是损失了质量，释放能量，损失的质量源自哪里？又去哪了？

在这个话题中其实有两个问题，因为我们需要了解损失的这些质量去哪里了？然后还要搞清楚这些质量来自哪里？为什么要倒过来说，因为根据现象寻找本质是我们科学的学习方法，咱不妨来了解下！

一、核聚变中，亏损的质量去哪了？

也许这个问题比较容易回答，因为爱因斯坦在1905年狭义相对论中的质能方程清楚的告诉了我们E=MC^2，损失的质量彻底转换成了能量！这是原子核中所释放的，人类最为向往的“无限能源”！

第一阶段反应是：1H+1H→2D+e(+)+v，ΔE=1.442MeV，Q(v)=0.265MeV;

第二阶段反应是：2D+1H→3He+γ，ΔE=5.494MeV

第三阶段反应是：3H3He+3He→4He+2H，ΔE=12.860MeV

我们撇开太阳内部从氕到氦2，然后又衰变为氘核的缓慢过程，直接从氘元聚变成氦3比较容易理解，因为此时将会发生明显的质子聚变的过程

2D+1H→3He

一个质子+一个中子的氘和一个质子的氕聚变成了2个质子+一个质子的氦3

在整个过程中，质子数两没有改变，中子的数量也没有改变，那么为什么会出现质量亏损？

原子核的质量总是小于组成它的质子的质量之和，两者的质量差我们称之为质量亏损！任何粒子的结合都伴随着质量亏损，唯一的区别就是大小差异！比如一个电子和质子结合成氕时，质量仅有13.6eV/c^2！几乎被忽略不计！

二、亏损的质量源自哪里？

这可能是很多话题中没有交代清楚的，总质量减少，但分配的质子与中子又不变，这是一个脑筋急转弯吗？其实并不是！

亏损的质量我们需要从夸克中需寻找答案！轻夸克的质量极小，甚至都可以忽略，但中子和质子是由轻夸克组成的质子和中子质量却很大，这表明夸克之间的超强相互作用力已经在质子和中子的质量上体现出来了，因此质子与中子结合成原子核时，所亏损的部分质量就来自于夸克间的相互作用能的减少，因此总的质量将体现在原子核的总质量变化上！

星辰大海路上的种花家

核聚变反应的具体过程是这样的: 例如两个氘原子核，在高温高压下，相互靠近到一定程度，两个氘核内的四个核子(两个质子和两个中子)在强核力的作用下相互吸引，两个原子核的速度越来越快，最后发生碰撞结合成氦原子核，这样两个原子核在强核力作用下做功，它们之间的势能(核能)转化成了两个原子核的动能。

两个带正电的原子核在加速运动过程中，产生变化的电场、变化的电场在远处产生变化的磁场，变化的磁场在更远处又产生变化的电场……，传到远处就是我们看到的光能。

由此可见，两个氘原子核在聚变反应前共有两个质子、两个中子和两个电子，反应后的一个氦原子核内仍然是两个质子、两个中子和核外的两个电子，聚变反应前后质量好像没有发生任何变化，只是在反应过程中把两个氘核之间的势能(核能)转换成了动能，又转换成了电磁能(即光能)辐射到了远处。

不过两个氘原子核在反应发生碰撞的一瞬间，动能巨大，会把两个原子核的四个核子碰得粉碎，重新组合成氦核时，动能来不及转化成光能，会产生大量的正负电子向四周飞速扩散，最后正负电子相互湮灭而继续转化成光能辐射到远处。由此可见，正负电子湮灭而损失的质量就是核反应后物质亏损的质量。

太阳内部也是有质量亏损的，原因是太阳上除了辐射普通光线以外，每时每刻还辐射出大量的阿尔法射线，贝他射线和宇宙射线等，这些射线微粒都是有质量的，辐射出去后太阳的质量自然会亏损。但太阳的质量和太阳亏损的质量加起来，质量还是守恒的。

正负电子相互湮灭加速运动除了释放出巨大的能量外，还有中微子、微中子、介子、超子等暗物质生成，这些暗物质人们是检测不到质量的。

由此可见，质量守恒定律(即物质不灭定律)是不可推翻的。物质的质量和能量的相互转化实质上是有部分物质的质量转化成了人们无法检测的暗物质。

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其实这个问题要细细说，会非常非常的复杂，而且也并不好理解。我尽量把这个过程说得简单一点。

首先，我们要搞清楚一个问题，那就是在自然界存在四种作用力，分别是引力，强力，弱力，电磁力。

那太阳核聚变和那些作用有关系呢？

实际上，和这四种力都有关系。但最主要的是弱力和强力。其实早期，科学家就一直在思考为什么太阳会持续不断地辐射能量，有些人认为是烧煤的，结果一算发现，如果是烧煤的，那太阳最多能烧5000年，还没有人类文明史时间长呢？

后来，有个叫做爱丁顿的天文学家提出，太阳的燃烧是核聚变。

这个爱丁顿其实是爱因斯坦的死忠粉，还带队验证过广义相对论，而他受到狭义相对论中质能方程的启发。

想到了如果太阳内是发生核聚变这一切就好解释了。结果呢？他“几乎”失败了，因为当时的理论物理学家觉得这个主意很不靠谱，因为核聚变所需要的温度特别特别高，而恒星的内部绝不可能达到这个问题。所以，爱丁顿的想法并没有引起足够的重视。

后来，随着理论物理学的发展，尤其是量子力学的发展，科学家发现了“量子隧穿效应”，简单来说就是，反应虽然需要达到这么高的温度，但由于“量子隧穿效应”的存在，就有一定概率在不需要达到这么高的温度下也发生反应。

那到底是什么一直在阻挡发生核反应呢？

这其实我们要搞清楚太阳内部的情况，我们都知道太阳大部分都是氢元素。但是对于我们来说，氢原子就是一个质子加一个电子。但实际上，太阳是以一种等离子的状态存在的。具体什么意思呢？

就是说，太阳内部并没有存在的一个质子+一个电子的组合，其中质子和电子都是流离状态的。

所以，质子和质子之间都是带正电的，那就会同性相斥，这其实是一种叫做库仑力的存在。而核聚变恰恰要求的是让质子和质子之间合并成一个原子核。（至少，这是第一步）所以，就需要克服同性相斥的库仑力。要知道温度的本质其实是微观粒子的热运动，也就是说，温度越高，质子，电子们动得越欢快，能量也越大，这就会增加一定的机会撞到一起。

那太阳内部的核聚变到底是如何反应的呢？

其实一共有两款，一种叫做质子-质子反应。

另外一种叫做碳氮氧循环。

由于篇幅的关系，我们主要解释质子-质子反应链。

第一阶段

其实第一步金星的就是两个质子（氢原子核）融合，同时其中一个质子会释放出一个正电子和一个中微子，称为一个中子。

1H +1H→ 2H+e+ +νe

所以，这时候的形成就是一个质子，一个中子的氘核。生成的正电子会和流离的电子发生湮灭，辐射出能量。所以，其实在这个环境损失的能量来自于正电子和电子的湮灭以及中微子。

不过，其实第一个步骤特别特别慢，这是因为一个质子要变成一个中子的过程是十分慢的，大概是10^9年才能实现，不过好在太阳够大，游离的质子够多，所以反应才得以发生。不过太阳之所以燃烧得这么慢，其实和这个原因也是分不开的。

第二阶段

第二步，其实就是氘核和一个氢核融合。

2H+1H→3He+γ ，这个过程也会损失部分质量，这部分质量转化为了能量，也就是 γ射线。之所以会损失部分质量，主要来自于强力。

第三阶段

其实最后的阶段，有好几条路径，它们的目的只有一个，那就是生成氦-4。

第一条路径是：2个氦-3核形成一个氦-4核以及两个氢核。

He-3 + He-3 → He-4 + H + H +12.86MeV

e+ +e−→2γ

第二条路径是：一个氦-3核和一个氦-4核融合经过一系列的融合，当中还有电子和氢核加入，最终融合成两个氦-4核，释放出γ射线核中微子。

He-3 + He-4 → Be-7 + γ Be-7 + e− → Li-7 + νe Li-7 + H →\tHe-4 + He-4

第三条路经是：一个氦-3核和一个氦-4核经过一系列的融合，当中还有氢核加入，最终生成2个氦-4核。第三条路径和第二条路径的区别在于中间产物是不同的。

He-3 + He-4 → Be-7 + γ Be-7 + H → B-8 + γ B-8 → Be-8 + e+ + νe Be-8 ↔ He-4 + He-4

三条路径的不同之处在于温度。比如：第一条路径所需的温度是1000万至14000开尔文；而第二条路径所需的温度是在1400万至2300万开尔文。而第三条路径所需的温度要求在2300万开尔文以上。太阳其实主要依靠前两条路径。

在这整个过程中，我们只要比较一下氦-4核和4个氢核的质量，就会发现，大概减少了0.7%的质量。这些质量转变成了能量。在各个反应过程中，以γ射线以及中微子的形式释放出去。一个完整的质子-质子反应链，可以得到26.73MeV的能量。而γ射线主要是有两个来源，一个是正电子和电子的湮灭，一个是新原子核保持稳定的状态会释放出一部分能量。

其实，我们所知道的α衰变、β衰变过程当中，都有伴随着γ射线，其实就是新原子核为了稳定所释放出的能量。

如果用粒子物理标准模型来解释恒星核聚变的质量损失。

可以这么理解，胶子是通过希格斯机制获得质量的，就拿质子来说，构成质子的是三个夸克，但这三个夸克的质量仅为质子质量的百分之一左右。剩余接近99%的质量其实就来自于传递强相互作用的胶子所束缚的能量。在形成新的原子核，胶子所束缚的质量会发生改变，这部分质量转化成了能量释放出去。

所以，其实关于恒星内部的核聚变反应机制，并非是天文学家最先提出来的，而是一群粒子物理学家。上面讲述的质子-质子反应链，是粒子物理学家汉斯贝特在1938年提出的，并且在1967年获得了诺贝尔物理学奖。

而恒星核聚变的另外一种方式碳氮氧循环，分别是卡尔·冯·魏茨泽克在1938年，汉斯贝特在1939年分别独立提出来的。

最后补充一句，这里为了方便理解，所以才使用“质量转化为能量”的说法。实际上，根据狭义相对论，质量和能量是一回事，只是静质量转化为了动质量。所以，所谓的“质量亏损”也是静质量发生了亏损。

钟铭聊科学

核聚变反应中，损失的质量转化为了能量。

我们先看一下核聚变反应方程，如下图

一个氘与一个氚结合成一个氦核并释放一个中子，这个反应中，反应前氘与氚的总质量要大于反应后氦与中子的总质量，即发生了质量亏损。

那么，损失的这部分质量跑哪里去了，自然界的定律不允许质量平白无故消失，但我们发现，伴随着反应产生的，除了氦核与中子外，还有大量的能量，那么问题就解决了，损失的质量转化成了能量。

但是在经典力学中，质量和能量是两个完全不相同的概念，一定质量的物质可以具有多种能量形式，如动能、势能、内能，并且这些能量的数量级可以不同，而质量和能量之间，并无一个完整的转化体系。

那么，核聚变反应中损失的质量是如何转化成为能量的呢？

解决这一问题的是爱因斯坦。爱因斯坦狭义相对论中，对能量的概念进行了推广，并且质量和能量之间有确切的转化关系，公式如下

这个公式被称之为爱因斯坦质能方程，其中m是质量，c是光速，E是能量。

核聚变、核裂变反应中产生的能量，就是根据这个方程计算出来的。

老朱物理课堂

爱因斯坦的质能关系式E=mc²揭示了物质质量和能量之间的数量和转化关系，通过定量计算科学数据，成功指导了核变反应等科学试验实践。的确，人们公认核聚变反应释放能量是质量转化为能量的典型例子。但人们发现核聚变放出的大量能量并没有使参入核聚变反应的核子数量和种类减少，所以很多人质疑这些能量并不是来自于核子的质量，而是来自于别的地方，否则这些损失的质量是谁的？为了解释这个问题，我们先来深入地解读一下质能关系。而在正确解读之前，我们先来看一看人们对此的误解。

有人对质能关系有误解，对质能关系式有误解

有一部分人把质量看成是物质的主要特征，把物质（质量）和能量看成是“非此即彼”的对立关系，认为物质是物质，能量是能量。要么是物质（质量）转化为能量，要么是能量转化为质量。把质能关系式当成只是一个转化关系（或者干脆不认可这个关系式）。即使物质中有时蕴含能量，也认为这些能量是单独的、没有质量的。所以对核聚变释放出的巨大能量总要找出相对应的转化物质，一旦发现核子的种类和数量并没有消失和减少，就要质疑转化为能量的物质在哪。

还有一部分人对质能关系理解的正相反，他们把质量和能量看作是物质的一体两面，即物质同时既有质量，又有能量。只不能过有时表现为质量，有时表现为能量。不存在单独的质量，也不存在单独的能量。质能关系式是物质不同表现方式的转化数量关系，持这种观点的人理解不了核聚变产生的巨大能量到底是个什么存在？或者说他们是找不到核聚变巨大能量的质量对应体的。他们并没有把能量看作是物质。

质能关系的正确解读

首先应该说质量和能量都是物质的表现形式和属性，不但不能把能量和物质对立割裂开来，而且能量还是物质的根本属性（宇宙诞生“前”就存在，可以说宇宙所有的一切都是从能量开始，能量是物质即客观实在性的最原始体现），质量只是物质的特殊属性（是我们这个宇宙诞生以后才有的）。能量既可以和质量共存，又能单独存在，可质量不行。一个物质可以没有质量，但不能没有能量。比如说光子和胶子，它们的静质量为0，但它们有能量，它们是纯能量子。还有电磁场和时空本身，它们都没有质量，但它们都有能量。所以说既不能把能量和质量简单地说成是物质的一体两面，又不能把质量看成是与能量绝无关系的单独存在。正确地理解是质量和能量有密切的内在关系，质能之间可以相互“转化”，由于能量一直都在，质能之间的转化说到底还是能量之间的转化。当然数量转化关系符合质能关系式。好了厘清了这个关系，我们才能正确地回答本题。

对本题的解答

核聚变反应释放出巨大的能量，质量出现“亏损”，这个“质量亏损”不是亏损在核子（质子和中子）种类的消失和数量的减少，核子的种类和各自的数量并没有减少，减少的是构成核子的夸克之间起传递强相互作用的胶子所形成的束缚质量。我们知道质子和中子都是各由三个夸克组成，

一个质子的质量为938MeV/C²，而其中三个价夸克的质量仅为11MeV/C²，只占质子质量1/100多一点，其余的质量全部来自于三个夸克之间以及核子之间起传递强相互作用的“胶子”所形成的束缚质量。

物原爱牛毛1

要解答这个问题，首先要了解一个常用的物理量---质量（mass），质量在中文中是个多义词，当然人们最直观的了解就是某个物体有多重。物理学发展到今天，有许多不太直观的名词，也比较抽象。

微说科学

能量与质量是两个不同的物理参量，前者是关于粒子运动能力的度量，后者则是被封闭的粒子关于其空间效应的度量。所以，两者既具有共同的本质，又具有一定的区别，从而在一定的条件下它们是可以相互转化的。

能量与质量的共同本质在于它们都是关于粒子运动的描述，两者的区别则在于被描述粒子的存在形式是不同的，前者是开放的，后者是封闭的。

由于普朗克常数h的普遍存在，说明在我们的宇宙中存在着不可再分的最小粒子即量子，所以能量是不连续的，其最为基本的能量单元是关于量子的运动能力的描述。与此相对应的，则是由高能量子组成的封闭体系即物质，其质量是被封闭的量子关于其空间效应的度量。

所谓核聚变，就是由数个较小的封闭体系聚合为一个更大的封闭体系。在这一聚合的过程中，有部分原来被封闭的能量即质量转变为开放的量子运动即能量。这实际上是一个熵增的过程，这也是为什么核聚变得以实现的根本原因。

例如，太阳🌞之所以能够辐射☢️热能，就是因为其中所含有的氢原子，每四个可以聚合为一个氦原子。在这一聚合的过程中，约有百分之0.7的质量转化为能量，并以辐射的形式释放到了太空中。

总之，宇宙是由不可再分的最小粒子即量子构成的，空间、能量和质量都只是量子存在的不同形式，因而是可以相互转化的。虽然，量子的聚合，是能量转化为质量的过程；但是，量子的封闭体系的聚合即所谓的核聚变，却又是由部分的质量转化为能量的过程。在这一聚合的过程中，有部分原来被封闭的能量，以辐射的形式被释放了出来。

淡漠乾坤

什么是能量？能量就是物质的运动变化，听起来绕嘴，其实就是如此。能量是不能离开物质单独存在的，在核聚变中，所释放的能量实际上还是物质的，即粒子、射线，它们以物质运动变化的形式释放出来，所以质量减少了。这种减少，不是像面包掉面包屑那样，而是所分离（损失）出的物质以另一种物质形态的方式出现的。比如说a、d二种物质聚变成c物质，释放出一个粒子n，而通常人们把释放的n粒子说成能量，其实n粒子也是物质体，而不是纯能量，之所以把n看作能量，是因为这个n粒子的运动速度相对较快，而运动速度快慢正是能量的表现（比如同等质量的物体，一个是石头，一个是子弹）。聚变前后，a＋b的质量与c＋n的质量是相等的，并没有质量损失。

最后再说明一下，一个物体A的质量为m1时，其运动速度为v1，当运动速度变化为v2时，其质量为m2，且m2＞m1。若另一个物体B的质量为m1，其运动速度为v2时，这个物体B与物体A在运动速度为v1的状态下，二个物体所包含的能量是一样的，因此根据爱因斯坦质能方程可知，同质量的二个物体，与它的运动状态无关，只与质量的大小和光速的平方相关（质能方程）。那么，就如同上面的例子，人们认为子弹的能量要比石头的能量大，为什么？这是因为子弹的释放能量较大（而不是包含能量），就是说，当同等质量的石头与子弹，由于子弹速度大，在于其它物体作用时，子弹释放的能量要比石头大。包含能量是物体本身的能量，而释放能量是物体之间相互作用时所释放的能量。而人们只关心释放能量，比如说核聚变、核裂变的能量很大，而实际上一公斤棉花与一公斤放射铀所包含的能量是相等的，都是mcc。假设一个平面的二个坐标轴都是光速（二个横值），而原点的垂直方向是质量，那么物体的包含能量就是一个“体积”。那么释放能量呢？释放能量就是物体的质量m乘以其运动速度v再乘以1。而光子的所释放的能量为光子的运动质量乘以光速c再乘以1。可见光子的释放能量与包含能量相比较，也是微不足道的，那么，当光子碰撞物体释放能量后，其余的mc*（c—1）能量哪里去了？它们变成了其它物质形态。（首）

關鍵字: 能量 核物理 科学