此刻人类把握质能转换率最高的就是核聚变。氢弹爆炸的能量惊天动地，可以扑灭宿世界，这就是氢核聚变。其实核聚变质能转换率是极小的，约为质量的千分之七，也就是一千克物质只有七克转化为能量，就如斯厉害，这是为什么？
这就是质能转换的威力
质能方程是爱因斯坦在一百多年前发现的，是人类对宇宙纪律熟悉的一次庞大冲破。
质能方程是描述质量转化为能量，或者能量转化为质量的关系式，有一系列繁杂的论证过程，作为科普这里就不列举这些过程了，最后的成果很是简单了然，即表达为：E=MC^2。
这个公式等号左边E暗示能量，单元J（焦耳）；等号右边暗示质量M乘以光速C的平方。质量单元为kg（千克），光速单元为m（米），真空光速尺度值为299792458m/s（米/秒），如没有出格切确的要求，计较时为了更简单快捷，一般会将光速简化为300000000m/s。
别看这么一个简单的方程式，却让人类的熟悉发生了冲破性的进展，从此，质能守恒替代了曩昔的质量守恒，更为精准；人们知道了本来质量里面竟蕴含着这么庞大的能量，只要有法子将质量转化为能量，能量就会取之不尽用之不竭。
这个方程的精髓是等价交换，这个等价是指质量和能量是等价的，任何物质只要质量不异，蕴含的能量都是不异的。1kg黄金，1kg火药，1kg棉花，1kg白菜，其全数转化为能量都是一样多，都是约9*10^16J，这些能量半斤八两于250亿度电，或者2151万吨TNT火药爆炸的威力。
几千年来，人类获取能量体例都是低效的化学体例
草木、煤炭、燃油经由过程燃烧取得的能量，都属于化学能源，是经由过程化学反映获得能量，这种效率是极低的。好比烧煤，1kg尺度煤燃烧获得的热能为7000大卡，约为29300962.74592J，这个能量只是质能转化率的0.000000000326。
是以在曩昔教科书中，质量守恒就是根基准确的，因为耗损的那点能量根基可以忽略不计了。但究竟结果仍是有一点点损掉，是以质量守恒只是相瞄准确，并不是十分精确，质能守恒才真正精确。
上个宿世纪人类发现了核能，核能才是经由过程质能转换获取能量的模式，这是人类获取能量的一次飞跃，但其转换率也是很低的。今朝人类领会的质能转换效率，除了正反物质湮灭，还没有任何手艺可以或许将全数质量转化为能量。此刻最厉害的核聚变手艺，也只能将0.7%的质量转化为能量。
质能转换是等价的，那么能量可以或许转化为物质吗？
很多人常有疑问：既然质量可以转化为能量，为啥能量不克不及转化为质量呢？其实这种熟悉是错误的，质能转换并非单标的目的，而是双标的目的交换，能量同样可以转化为质量，同样合用于质能方程。
要将一点点质量转化为能量的前提都是极其苛刻的，很难的。好比要原枪弹、氢弹爆炸这种极端前提，极端高温高压，才能转换出一点点质量。而将能量转化为质量的难度就更大了。
要知道，1kg物质全数转换当作能量，可以获得半斤八两于250亿度电，或2151万吨火药爆炸的威力，这个威力半斤八两于1655颗广岛原枪弹同时爆炸威力。按照等价交换原则，就是要这么大威力的能量，一点都不华侈，全数包裹在一个容器里，才可以或许获得1kg物质。
其实能量转化为物质的质量一向都在发生着，我们宇宙从138亿年前大爆炸那一刻起头，就是纯能量转化为物质质量的过程。
宇宙如何从能量中降生？
现代量子力学认为，宇宙大爆炸前是没有任何物质的，也没有时候和空间，只有本底能量，就是真空零点能，这个能量很是庞大。
这种能量储藏在虚无的真空中，以量子泡沫的体例存在，这些量子泡沫以虚粒子对体例随机呈现，又很快湮灭。若是宇宙完全对称和守恒，我们的宇宙就不会呈现，此刻也就没有我们这些人类在这里瞎扯了。
早年，物理界宇称守恒理论据有统治地位，那时的人们很利诱，正物质和反物质既然是对称的，正反物质就会随时湮灭，宇宙为什么会呈现呢？此刻的反物质去哪里了呢？这些疑问一向到杨振宁、李政道的宇称不守恒定律问宿世，才获得领会答。
本来宇宙只是根基对称守恒的，但并不是完美的，是有破缺的，由此就呈现了不守恒现象，那些随时呈现随时又湮灭的虚粒子对，有那么一些不守端方，单个没有湮灭，奇点就呈现了。这个奇点爆发并不竭膨胀，就呈现了我们的宿世界。
按照这个理论，不守端方的虚粒子不成能只有我们一个，或许还有很多很多，这就是在我们宇宙之外，还有很多平行宇宙的说法依据。
跟着宇宙的冷却，能量转化出我们的宿世界
在奇点大爆发那一刻，宇宙只有能量，那时的宇宙温度无限高、密度无限大，无法权衡。一向到了普朗克时候，也就是10^-43秒（1000亿亿亿亿亿分之一秒），温度才降到了10^32K（亿亿亿亿K），密度降到10^94g/cm^3（克/立方厘米），这个密度跨越质子密度的10^78倍。
跟着宇宙的高速扩张，温度也下降很快。大爆炸后10^-12秒（1万亿分之一秒）时，温度降到了10^-15K，各类粒子起头呈现，质子、中子、玻色子、中微子、电子、夸克、胶子都呈现了，并不变下来。
这就是宇宙已经从能量中转化出了物质，但这些物质还只是以轻子为本家儿，强子还少少。在很长一段时候里，宇宙温度和密度都还极高，核力还无法束厄局促中子和质子，连光也无法逃逸，宇宙处于暗中不透明时代。
一向到了38万年后，宇宙温度降低到了3000K，中性原子才起头连系生当作，真正有形物质起头呈现，本家儿如果最简单的氢原子和氦原子，还有少少的锂。这些元素飘零在宇宙空间，因为自身引力感化，起头凝集当作星云，尔后生当作了恒星、星系。
到这时，我们此刻认知的宿世界呈现了，这些都是从能量中转化出来的。
科学家们已经模拟了宇宙大爆炸1秒钟的状况
科学家们在欧洲大型强子对撞机里面，用1045万亿电子伏特壮大能量鞭策，让两束铅离子在27km的地下管道中相标的目的疾走，当将两束铅离子速度达到光速的99.9999991%时，让它们发生对撞，瞬时发生了10万亿度的高温，呈现了一个迷您版的宇宙大爆炸，还原了宇宙大爆炸1秒前的场景，那是一种高温高压下，由夸克和胶子构成浓密的“原始粒子汤”。
这个尝试既印证了大爆炸理论的预期，也为能量转化为物质供给了证据。在对撞机的很多次尝试中，质量和能量的彼此转化都严谨合适爱因斯坦的质能方程计较，由此更证实了这个已经发现了100多年理论的伟大。
在人类宿世界，本家儿要操纵的是质量转化为能量
质量转化为能量的前提很苛刻，今朝除了正反物质湮灭，还没有任何手艺可以或许将全数质量转化为能量。此刻人类可以或许把握的质能转化率最高的手艺就是核聚变手艺。
人类在上宿世纪就把握了核裂变和核聚变手艺，但一向到此刻，这种手艺的可控性还只逗留在核裂变上，是以可以用于民用，如核发电等，为人类解决能源问题起到了重高文用。
核聚变除了“轰”的一下氢弹爆炸，还无法做到能量可控地迟缓释放，只有做到了可控迟缓释放，才可以或许推上民用，造福社会。
核裂变是将重原子核割裂当作更小的原子核，在割裂过程中会吃亏一部门质量，这个吃亏的量很小，理论上只有不到0.1%。此刻核裂变手艺本家儿要采用两种原料，即铀235和钚239，铀235裂变过程质量损掉约为0.0946%，钚239的损掉约为0.0961%。
核能是今朝人类效率最高的质能转化手艺
别看1公斤铀或者钚的裂变，只有不到0.1%的质量转化为能量，但这种能量对于人类曩昔的化学能源来说，已经是无法对比的了。我们按照爱因斯坦的质能方程来计较，1公斤核裂变燃料转化出约1g质量的能量，就是9*10^13J，这个能量半斤八两于2500万度电，或25150吨火药爆炸能量。
当然，这只是理论上完美转化达到的效率，在现实操作中，无法达到这种效率。因为燃料不成能达到100%的纯度，也不成能达到100%的全数裂变反映。好比原枪弹爆炸，在裂变反映还没有完全时，就炸散了。据一些资料介绍，广岛原枪弹现实效率只达到1.2%，就是这个事理。
核聚变的效率比核裂变又要高多了，太阳和一切恒星可以或许源源不竭的辐射出能量，就是因为其焦点持续的进行着核聚变。因为核聚变发生要极高的温度或高压，如何将核聚变能量节制在一个容器里持续迟缓地释放，仍是一个全宿世界正在研究的难题。
核聚变为啥叫“人造小太阳”？
这是因为核聚变仿照的是太阳质能转换体例，是以，人们又把可控核聚变叫做“人造小太阳”。但请大师要厘清的是，人造小太阳不是制造出一个闪闪发光的小太阳晖映着人世，而是操纵太阳焦点这种核聚变体例获得能量，用于发电或动力，来造福人类。
事实上，人造小太阳只是一个庞大的机械，这种机械叫托卡马克装配（见上图），核聚变反映就节制在这个机械里进行。
可控核聚变要解决的最浩劫题有两个，一个是要将亿度高温约束在一个笼子里，而宿世界上没有任何物质可以或许耐受如斯高温。此刻对核聚变高温等离子体约束采用的本家儿要有磁约束和惯性约束，曩昔讲过多次，此次就不细讲了。
另一个难点就是能量输入与输出比，只有输出比输入大必然数目级时，这个手艺才有价值。点燃核聚变需要很高焚烧温度，也就需要输入很大能量，若是输入能量比输出能量还大，或者只小一点点，就没什么价值了。
此刻这两个难点都在不竭降服，列国都取得了不少进展，在这个范畴中国走在了宿世界前列，约束核聚变高温等离子体的温度和时候在不竭耽误，此刻实现了1.2亿度约束101秒的冲破。
但这种指标距离可控核聚变真正实现贸易应用，显然还有很大的差距。
核聚变质能转化率依然很低，将来还有更高的吗？
越重的元素核聚变前提要求越苛刻，如氦核聚变温度就至少要2亿度以上。是以此刻可控核聚变还只能从最轻的元素~氢起头，因为这种聚变要求的温度前提是最低的。地球上的可控氢核聚变，通俗地说，就是在1亿℃温度前提下，氢原子核不竭融合当作更重的氦原子核的过程，这个过程会有0.7%的质量转化为能量，比核裂变质能转化率超出跨越6倍。
也就是说1kg的氢，有7g质量转化为能量，按照质能方程计较，可获得6.3*10^14J的能量。这个能量半斤八两于1.75亿度电，或者15万吨TNT火药爆炸的威力。当然，核聚变也像核裂变一样，受诸多身分影响，效率并不会达到完美的100%。
但不管如何，这已经是人类此刻可以或许把握最高效率的质能转化了。
从质能转化率0.7%到100%，这时代还有99.3%的空白，等着人类去发现。将来，人类还可以或许找到更高效的质能转化方式吗？不知道。但可以必定的是，越高的质能转化率，转化的前提要求就越高。我相信，人类科学不竭成长，总会有新的冲破。
最完美的质能转化就是反物质与正物质的碰撞，1kg反物质与1kg正物质湮灭，可以或许获得2kg的质能转换。不外反物质在我们宿世界很是稀少，科学家们破费庞大能量尝试了几十年，全宿世界获得的反物质粒子（质子和原子）加起来只有15ng（纳克），全数湮灭还不敷烧一杯开水。
当然，也幸好我们宿世界反物质少少，不然可骇分子随便弄一把，人类就没法子存鄙人去了。您说呢？接待会商，感激阅读。
