阿尔伯特·爱因斯坦无疑是近代以来人类社会诞生的最伟大的科学家。早在1905年,爱因斯坦就提出了质量和能量的大方程,对原子弹的研究起到了很大的理论指导作用。原子弹的爆炸原理是基于质能转换守恒。原子弹之所以能产生巨大杀伤力,主要与三个科学原理有关,即质量能量守恒定理和重核裂变,以及链式反应。
艾伯特。爱因斯坦
质能方程是描述质量和能量之间关系的方程。这个等式的由来我就不细说了,因为一本书从头到尾完整解释可能不太可能。大致来说,牛顿经典物理可以在理想状态下成立,但当观察到光速时,牛顿经典力学的力就无法成立,而爱因斯坦通过假设光速不受参照系影响且恒定,经过一系列复杂的计算,最终得到了这个质能转换方程。
质量能量方程
在一定情况下,物质的质量可以转化为能量,这也使得一些具有核衰变的放射性物质,如铀235、钚239等,在受到中子轰击后分裂成中子和较轻的原子,在分裂过程中,质量会被释放或丢失,这些丢失的质量会以能量的形式辐射出去。而这个过程就是重核裂变,它要求放射性物质达到一定的温度,并被压缩到一定的体积,这样在周围爆炸产生巨大的压力和能量时,就可以破坏致密的放射性重元素的物理结构,从而达到重核裂变的目的和效果。
铀235的重核裂变
原子弹需要大量的高浓度放射性物质来释放更多的能量,从而造成更强大的破坏力。连锁反应是指重核裂变产生类似多米诺骨牌效应的连锁反应,可以使原子弹中的核电荷不断发生裂变反应,直至所有反应物质耗尽。在重核裂变过程中,一个重原子核会分裂成其他轻元素的原子核和三个中子,这三个中子会继续轰击其他重原子核,使它们继续分裂,直到所有重原子核都完成反应。比如去夜市的小吃摊吃小龙虾,小龙虾好吃的时候会多喝啤酒,最后吃到小龙虾的时候会一直喝对应的啤酒。
铀235核裂变的链式反应
原子弹爆炸的机理和原理不是很难,但世界上能制造的原子弹不超过10枚。除了联合国常任理事国,印度、巴基斯坦和朝鲜都拥有核武器。当然,德国、以色列、日本等国家拥有强大的工业制造水平,如果不限制制造核武器,完全可以生产核武器。事实上,制造核武器最困难的是核燃料的获取。需要知道的是,放射性物质在全世界都是非常稀有和珍贵的,而原子弹爆炸所需要的核燃料就是大量的高浓度放射性元素,这对于很多国家来说都是很难获得的。
日本有许多核电站,核能离民用到军用只有一步之遥
上面提到的放射性物质是稀有和珍贵的,但它们被称为珍贵的,因为核能可以用来发电和产生任何污染气体。现在因为各大国都有核威慑,世界大战不会轻易爆发。如今,随着电力供应和其他能源领域的发展,原子能的应用越来越多,这对人类大有裨益。未来,清洁核能的研究将取得越来越多的进展。如果人类文明想开发其他星球作为新的栖息地,在寻找合适的定居点时,核动力航天器的应用也将是必不可少的。
俄罗斯核动力空间空航天器模型