Forma de huevo Bagua

¡Es hora de hacer una lluvia de ideas! Los huevos están hechos de átomos, entonces, ¿hay alguna manera de sujetar un átomo y aplastarlo? Si se puede aplastar, ¿cuánta fuerza se requiere?

Conócete a ti mismo y al enemigo, y podrás librar cien batallas sin peligro. Si quieres triturar un átomo, primero debes comprender sus propiedades. Síganme al maravilloso mundo de los átomos.

Las nubes blancas que flotan en el cielo y los caballos que corren bajo tierra están hechos de átomos. El concepto de átomo apareció muy temprano. El antiguo filósofo griego Demok Park Jung Su propuso por primera vez la antigua teoría atómica. Creía que todo estaba formado por partículas llamadas átomos. En el siglo XVII, gracias a los continuos experimentos de muchos químicos, la gente confirmó oficialmente la existencia de los átomos. Dalton propuso formalmente la teoría de los átomos desde una perspectiva científica, pero en ese momento creía que los átomos ya no se podían dividir.

¿Se pueden triturar los átomos? Por supuesto, porque los átomos también están formados por partículas más fundamentales. Los átomos están compuestos por un núcleo compuesto por protones y neutrones y electrones fuera del núcleo.

La humanidad lleva décadas explorando la estructura interna de los átomos. Thomson descubrió el electrón en 1897, Rutherford descubrió el núcleo en 1912 y el protón en 1918. Como los neutrones no están cargados, no fueron descubiertos hasta 1932 por Chadwick, alumno de Rutherford.

¿Cómo se combinan estas partículas grandes y pequeñas para formar átomos? Las cargas similares se repelen y las cargas similares se atraen. Los protones tienen carga positiva, los neutrones no tienen carga y los electrones tienen carga negativa. Si quieren combinarse, los protones deben superar la repulsión de Coulomb. De hecho, existen cuatro fuerzas básicas en la naturaleza: los protones y los neutrones se combinan mediante la fuerza nuclear fuerte. La fuerza nuclear fuerte tiene un rango de acción muy limitado, sólo dentro del núcleo, pero su efecto es más de 170 veces mayor que el de la fuerza electromagnética. Los electrones están unidos al núcleo por fuerzas electromagnéticas. Además, los átomos se combinan entre sí a través de la fuerza electromagnética para formar moléculas, que constituyen todo lo que existe en el mundo.

Dado que los átomos están formados por un determinado número de protones, neutrones y electrones combinados por las poderosas fuerzas nuclear y electromagnética, si quieres romperlos, tienes que aplicar una fuerza mayor que esta.

¿Cómo manipular los átomos? Si quieres aplastar un átomo, primero debes controlarlo y evitar que se escape. Metafóricamente hablando, hay que sujetarlo con fuerza en la mano.

Pero los átomos son pequeños. ¿Qué tan pequeño? El tamaño de un átomo es proporcional al tamaño de una soja del mismo modo que el tamaño de una soja es proporcional al tamaño de la Tierra. El diámetro medio de un átomo es de unos 10 a 10 metros, lo que equivale a unos 0,1 nanómetros. Por ejemplo, el diámetro de un átomo de hidrógeno es de aproximadamente 0,07 nanómetros. Cuantitativamente, el chip Kirin 980, del tamaño de una uña (aproximadamente un centímetro cuadrado), fabricado mediante el proceso de 7 nanómetros, contiene 6.900 millones de transistores.

El núcleo es más pequeño, con un diámetro de 10-15 ~ 10-14 metros. Su volumen es sólo cien mil millones de veces mayor que el de un átomo, pero su masa representa más del 99,9%. Para decirlo en sentido figurado, si un átomo equivale a un campo de fútbol, ​​entonces el núcleo atómico equivale a un grano de arroz en el campo de fútbol.

Aunque los átomos son pequeños, esto no desconcierta a los científicos. Los científicos ahora pueden manipular átomos individuales en el laboratorio, gracias a la invención del microscopio de efecto túnel (SEM). La microscopía de efecto túnel no sólo puede observar átomos individuales, sino también manipularlos con precisión con sondas a temperaturas ultrabajas. Desempeña un papel importante en la investigación humana sobre nanotecnología.

(Como se muestra en la figura, los átomos a escala nanométrica son manipulados mediante SEM).

Además, los científicos también han inventado la tecnología de pinzas ópticas, que utiliza láseres para formar trampas ópticas que Puede manipular y capturar átomos a escala nanométrica en partículas del tamaño de una micra, por lo que derrotar a los átomos no es un problema.

Los átomos son tan pequeños que no puedes agarrarlos con las manos. Puedes sujetar un átomo usando el método anterior, pero no puedes aplastarlo.

¿Cuánta energía se necesita para destruir un átomo? Aplastar es un concepto muy vago. ¿Romper por la mitad o dividir átomos en partículas diminutas? Lo que consideramos aquí es lo último.

Más del 99% de la masa de un átomo se concentra en el núcleo, que es la base para mantener la estabilidad del átomo. Sólo tenemos que aplastar el núcleo y el átomo entero se desintegrará.

Si se quiere comprimir el núcleo, hay que considerar la situación de los electrones fuera del núcleo. Aunque los electrones fuera del núcleo están dispuestos en capas según diferentes niveles de energía, no son como los planetas que se mueven alrededor de una estrella, con movimientos erráticos. Utilizamos el modelo de nube de electrones para describir este escenario. Aunque los electrones son atraídos por fuerzas electromagnéticas, normalmente no caen en el núcleo. Sólo bajo una fuerte presión, cuando se rompe la presión de degeneración de los electrones (la resistencia causada por el principio de exclusión de Pauli), los electrones fuera del núcleo caerán dentro del núcleo y formarán neutrones con los protones en el núcleo. Así nacen las estrellas de neutrones. Según la teoría, la presión de degeneración requiere más de 1,44 veces la masa del sol para romper los electrones. De hecho, no necesitamos presionar electrones dentro del núcleo. Sólo necesitamos hacer que el átomo pierda todos sus electrones y luego aplastar el núcleo.

(La imagen de arriba es un diagrama esquemático del modelo de nube de electrones de la estructura atómica).

El átomo más simple es el átomo de hidrógeno, que consta de un protón y un electrón. Aplastarlo es pan comido, solo haz que los átomos de hidrógeno pierdan sus electrones y se conviertan en protones. La energía de ionización de un átomo de hidrógeno (la energía necesaria para hacer que un átomo pierda electrones) es 13,6 eV. Esto parece un poco confuso. Tomemos como ejemplo los átomos de hierro, que son más representativos.

El hierro (generalmente denominado el isótopo más estable hierro 56) es el elemento más estable del universo. Por lo general, el núcleo de hierro consta de 20 protones y 30 neutrones, lo que no es fácil de fisionar ni de fusionar. ¿Por qué sucede esto? Porque la energía de enlace promedio del núcleo de hierro es de 8,6 MeV (megaelectrones voltios, 1EV≈1,6x 10-19j (julios)), que es la más alta entre todos los elementos.

(Como se muestra en la figura anterior, el hierro 56 tiene la energía de enlace promedio más alta).

Los protones y neutrones se mantienen unidos por fuerzas para formar el núcleo, y la energía de enlace es lo que se necesita para que se mantengan unidos de energía. Asimismo, se necesita la misma cantidad de energía para separarlos. Los diferentes tipos de átomos están formados por diferentes números de protones y neutrones, por lo que la energía de enlace promedio de los núcleos se puede encontrar promediando cada núcleo. Cuanto mayor es la energía de enlace promedio, más estable es el núcleo y menos probable es que sea aplastado.

La energía total del núcleo de hierro 56 es 481,6 MeV, que es aproximadamente 7,71x10-1 julios, más de 35 millones de veces la energía de ionización de los átomos de hidrógeno. En teoría, se necesitaría esa misma energía para aplastar un núcleo de hierro-56. En cuanto a la energía de ionización de los átomos de hierro, es insignificante, por lo que aplastar un átomo de hierro sólo consume un poco más de energía.

Sí, se necesita menos de un julio de energía para destruir un átomo. ¿Cuánta energía hay en un julio? Por definición, 1J = 1N·m, que equivale a la energía necesaria para mover un objeto un metro en la dirección de la fuerza con una fuerza de un Newton (1 kilogramo de gravedad en la superficie de la Tierra equivale aproximadamente a 9,8 Newtons). Si se eleva un huevo de 50 gramos a una altura de 2 metros, su energía potencial aumenta en 1 julio.

Se puede ver la conclusión de que un átomo se puede triturar fácilmente sin consumir mucha energía. Debido a que los átomos son tan pequeños, cómo agarrarlos firmemente es la clave del problema.

En 1918, Rutherford utilizó partículas alfa liberadas de elementos radiactivos naturales para bombardear protones de núcleos de nitrógeno, logrando así la primera reacción nuclear artificial. El Gran Colisionador de Hadrones actual puede producir energías superiores al nivel de TeV (1t = 10 12).

Entonces, ¿puedes exprimir un poco más? Como aplastar protones y neutrones. Aunque tanto los protones como los neutrones están compuestos de quarks, no existe ningún medio técnico para romperlos debido al fenómeno del confinamiento del color. Aún se desconoce si las partículas elementales como los electrones y los quarks se pueden subdividir.

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