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生命能是什么能源(3)
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摘要：即使我们将一千克（1千克）的质量转化为能量，c2[即（299,792,458 m / s）2]的事实必然意味着我们将从转化中得到相当于215万吨TNT的能量。这就解释了为什么
即使我们将一千克（1千克）的质量转化为能量，c2[即（299,792,458 m / s）2]的事实必然意味着我们将从转化中得到相当于215万吨TNT的能量。这就解释了为什么太阳会输出这么多的能量。为什么核反应堆如此高效？为什么受控核聚变的梦想是能源的“圣杯”？ 以及为什么核弹如此强大又如此危险。
但是E =mc2也有更趣的一面。这意味着存在一种能量形式，无论你对粒子做什么，都不能从粒子中拿走。只要它仍然存在，这种形式的能源将永远与它共存。这有很多原因，但最有趣的是，所有其他形式的能量确实可以去除。
图注：宇宙中基本粒子静止质量决定了何时和在什么条件下可以创建它们，并描述了它们如何在广义相对论中弯曲时空。粒子、场和时空的特性都是描述我们居住的宇宙所必需的。例如，运动中的粒子具有动能：与它在宇宙中运动相关的能量。当快速移动的巨大物体与另一个物体碰撞时，无论碰撞如何发生，碰撞都会为其赋予能量和动量。这种形式的能量存在于粒子的静止质量能之上。它是粒子运动固有的能量形式。
但这是一种能量形式，可以在不改变粒子本身性质的情况下将其除去。简单地通过加速自己，使您以与正在观察的粒子相同的精确速度（幅度和方向）移动，即可降低该粒子的总能量，但只能降低到一定的最小值。即使除去其所有动能，其静止质量能（由E =mc2定义的部分）也将保持不变。
图注：行星绕太阳公转的精确模型，然后太阳以不同的运动方向穿过星系。请注意，这些行星都在同一个平面上，并没有在太阳后面拖动或形成任何类型的尾迹。如果我们相对太阳运动，它似乎有很多动能；但是，如果我们以与太阳相同的速度朝同一方向运动，它的动能就会降到零。您可能会认为，这意味着您可以针对任何系统消除除静止质量能量以外的所有形式的能量。所有你能想到的其他形式的能量——电能、结合能、化学能等等——都独立于休息质量，这是事实。在适当的条件下，这些能量形式可以被带走，仅留下的，静止的，孤立的颗粒。在那时，它们唯一拥有的能量就是它们的静止质量能量：E =mc2。
那么，静止质量（E =mc2中的m）从何而来？ 您可能很快就会回答“希格斯”，这部分正确。早在宇宙大爆炸后不到一秒钟的时间里，就恢复了将电磁力与弱核力统一在一起的电弱对称性，表现为一种单一的力。当宇宙膨胀和冷却到足够的程度时，这种对称性就被打破了，标准模型的粒子所带来的后果是巨大的。
图注：恢复对称性后（顶部为黄色球），一切都是都是对称的，并且没有首选状态。 当对称性在较低的能量下破裂时（蓝色球，底部），不再存在所有方向相同的相同自由度。 在电弱对称破坏的情况下，这会导致希格斯场耦合到标准模型的粒子，从而使它们具有质量。首先，许多粒子（包括所有夸克和带电轻子）获得了非零的静止质量。由于这些能量量子中的每一个都耦合到遍布宇宙的量子场希格斯场，因此许多粒子现在具有非零的静止质量。这是对这些粒子在m中的能量来自何处的部分答案：从它们与基本量子场的耦合。
但并不总是那么简单。如果你取一个电子的质量，并试图根据电子与希格斯粒子的耦合来解释它，你将获得100%的成功：希格斯粒子对电子质量的贡献正好给出了电子的质量。但是如果你试图用这个来解释质子的质量，把组成质子的夸克和胶子的其余质量加起来，你就会得出结论。很简单，事实上：不是得到938mev/c 2的实际值，而是只会得到大约1%的值。
图注：该图显示了标准模型的结构（与基于4x4平方的粒子的更熟悉的图像相比，以更完整、更少误导的显示关键关系和模式）。特别是，该图描述了标准模型中的所有粒子（包括它们的字母名称、质量、自旋、惯性、电荷以及与规范玻色子的相互作用：即与强电和弱电的相互作用）。它还描述了希格斯玻色子的作用和电弱对称性破坏的结构，说明了希格斯真空期望值是如何破坏电弱对称性的，以及剩余粒子的性质是如何随之改变的。由于质子（以及其他相关原子核）都是由夸克和胶子构成的，并且构成了宇宙中正常（已知）物质的大部分，因此必须有另一个贡献者。就质子而言，罪魁祸首是强大的核力量，与引力和电磁力不同，强量子核力（基于量子色动力学和夸克和胶子的“颜色”属性）实际上在两个夸克距离越远时就变得更强。
每个夸克由三个夸克组成，原子核中的每个核子通过在这些夸克之间交换的胶子保持在一起：一种像弹簧一样的力，随着夸克距离的增加，它会变得更强。尽管质子是由点状粒子构成的，但质子仍具有有限的大小，这是因为该力的强度以及原子核内部粒子的电荷和耦合。
文章来源：《电工电能新技术》 网址: http://www.dgdnxjs.cn/zonghexinwen/2022/1206/1062.html