问题

吃一小勺电子会怎么样?

回答
关于“吃一小勺电子”这个问题,我们先来聊聊“电子”本身是什么。

电子,是构成我们周围一切物质最基本的粒子之一。它带负电,质量小得几乎可以忽略不计。我们的身体,包括你看到的这张文字,以及桌子、空气、水,都是由原子组成的,而原子内部就围绕着原子核旋转着无数个电子。所以,从某种意义上说,我们无时无刻不在接触电子,它们是我们存在的基础。

然而,你问的“吃一小勺电子”,这在现实中是一个非常概念化的说法,因为电子并不能像我们平时吃的食物那样,被聚集起来,形成一“勺”可以被吞咽的东西。它们总是和原子核或其他粒子紧密结合在一起。

如果我们非要往最接近但又有点异想天开的方向去理解“吃一小勺电子”会怎么样,我们可以从几个角度来推演一下:

1. 想象一下我们能“提取”出一些独立的电子:

非常规的能量体验: 电子具有负电荷和动能。如果真有一种方法能让你“吞下”一勺独立的、高能的电子,那可能会带来一种非常奇特的感受。这些电子会与你身体中的原子发生剧烈的相互作用。你可能会感觉到一股异常的电流在体内涌动,类似于一次非常强烈的静电冲击,但可能更加广泛和深入。
对身体细胞的影响: 我们的身体由无数细胞构成,细胞的正常运作离不开电信号的传递,比如神经传导和肌肉收缩。大量自由电子的突然涌入,可能会干扰这些精密的生物电过程。想想看,如果你的所有细胞都被一股强大的负电荷淹没,这会发生什么?可能会导致细胞膜的电位发生剧烈变化,扰乱正常的离子通道,甚至可能引发细胞的损伤或死亡。这绝不是一次愉快的经历。
热量产生: 电子在运动时会产生能量,这些能量可以转化为热量。如果大量电子在你体内快速移动并与物质碰撞,很可能会在瞬间产生大量的热量。这种内部的“发热”效果,可能会让你感觉到灼烧感,就像被内部的火焰烤灼一样。这对于我们脆弱的身体来说,是无法承受的。

2. 从纯粹物理学的角度思考这种“勺装”电子的难度:

电荷的排斥力: 电子带负电荷,它们之间存在着强大的排斥力。要把一大堆独立的电子聚集起来,并且让它们保持在一起,就像试图用手抓住一群互相推搡的小球一样困难。这种排斥力会不断地把它们推开,使得它们难以形成稳定的“一勺”。
真空的必要性: 要想获得并“舀起”自由电子,通常需要在极高的真空环境中进行,并且需要非常特殊的设备(比如电子显微镜的电子枪,或者粒子加速器中的电子束)。在这样的环境中,电子才能相对自由地存在。一旦离开这种特殊环境,它们会立刻寻找机会与周围的原子结合,或者被电场吸引。
质量的微不足道: 即使我们能收集到电子,它们的质量也极其微小。一“勺”的电子,可能只是非常非常少的物质,其质量甚至比空气中的灰尘还要轻得多。虽然我们关注的是它们的电荷和能量,但从实际物质的量上来说,它几乎是“无”。

回到现实,任何尝试“吃”独立电子的行为都是不可能实现的,而且具有极高的危险性。

电子不是食物,它们是物质的基本组成部分,并且在自然状态下以特定方式结合。如果我们设想的“电子勺”是某种形式的纯粹负电荷集,那它会因为电荷的排斥力而无法稳定存在,并且一旦与任何物质接触,都会瞬间释放出巨大的能量,其后果不堪设想,远非“吃”那么简单,更像是“遭遇”一场灾难。

所以,与其去想象如何“吃”电子,不如好好体会我们身体中那些微小而有序的电子如何协同工作,维持着我们的生命。它们是我们存在的一部分,但却是以我们无法直接“食用”的方式。

网友意见

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聪明的你已经发现了,这是一道比吃反物质还要炸裂的题目。如果知乎er硬要把所有东西吃一遍的话,那么一勺电子绝对是一道压轴菜。

吃电子的勇敢的题主,也将成为一朵最壮美的烟花,恭喜!

d( ̄▽ ̄*)b

子曰:工欲善其事,必先利其器

为了题主能吃到纯正的电子,我特地从知乎借来了镇站之宝:

题主要吃的电子有很强的负电,我们就让这个勺子能屏蔽电场磁场。

正片开始!



【数量篇】


题主是一名优秀的富土康流水线操作员。

你看,勤劳的题主已经在劳作了!


①一小勺是多少?
1毫升。10^-6 m³


②一个电子多大?

这个说法实际上相当不常见。

电子的波动性较强,我们通常用“电子云”来描述电子,而不去考虑电子的体积。

甚至有的科学家认为电子没有体积,这在历史上曾有过争论。



1948年,理论物理学家根据量子电动力学的理论,得出电子是没有体积的结论。
1964年,实验物理学家经过实验得出了相反的结果——量子电动力学是错误的,电子有半径、有体积!


图:不同的电子云



图:云的多样性

我们虽然不知道电子直径多大。但知道最大不超过多少



1989年华盛顿大学的汉斯·德默尔特发现发展离子势阱技术获得当年的诺贝尔奖,其通过实验是看能不能把电子放进我们能制造最小的势阱里。到现在为止我们还不能做出小到放不进去的势阱,但起码这样可以得到电子直径的上限。这种实验(Penning Trap)现时结论是电子直径不大于10^-22米(即10^-20cm)

我们取上述材料电子直径的上限,10^-22 m


为方便计算,我们将电子视为棱长10^-22 m的小立方体。


③需要多少电子?

我们将小勺子里塞满电子!诚意满满!
10^-6 m³/ (10^-22 m )^3 =

1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000个

也就是

10^60个

卧槽!这么多!去哪找这么多电子昂?

地球上够吗?

还真不够!

地球质量:5.965*10^24kg

地球的平均密度约为铁的一半;
1个铁的原子质量: 9.288×10^-26kg
地球的原子个数大约为:
5.965*10^24/9.288×10^-26×2=1.2845*10^50个

假设每个原子携带十枚电子。

10^60/10*1.2845*10^50=7.7851*10^8


这么看来,只需要把7.7851亿个地球的电子全部收集起来就可以了诶!



好了好了,都散了吧。















然而!

为了题主能如愿以偿地迟到电子,我把目光转向星辰大海!

邻人欣慰的是。

我们的宇宙还是能提供这么多物质的。

目前已知在宇宙中质量最大的恒星是大麦哲伦星系的R136a1,具有约315倍太阳质量。


只需要找六颗类似的同级别恒星,把它们的电子全部找出来就能满足题主的需要啦!
开心伐!
(别问我怎么把这六颗蓝超巨星拿过来用筷子夹)


【电磁力篇】

继续工作!
在题主添加第二个电子的时候,出现了一些状况



电子相互排斥,而且难以靠近。

为了抵抗这个作用力,

将电子靠在一起需要很大的能量。


所以我打算尝试用电子加速器把他们按在一起。

我将目光投向了CEPC


CEPC(Circular Electron Positron Collider)是在建的、全世界最大的电子加速器 。


图:CEPC-SPPC是一个长达50–70公里的环形加速器,是中国独立提出的新一代加速器的概念


The first phase will construct a circular electron-positron collider in a tunnel with a circumference of 50 – 70 km, and detectors installed at two interaction points. The machine is expected to collide electron and positron beams at the center-of-mass energy of 240 – 250 GeV, with an instantaneous luminosity of 2×10^34 cm^-2 s^-1.

由此可知,我大天朝的CEPC能产生250GeV的能量,这个能量足够吗?
要将两个电子互相靠近在直径以内,则需要……

k*e*e/r= 2.3103*10^-6焦耳

也就是14420GeV,显然不够
这还是第一个电子呢。。。


每加入一个电子,电势就会变得更低(负高),消耗的电势能就会更大。这样的电子要往小勺子里塞进10^60个!


接下来求塞满10^60个电子所需要的能量!


设第n个电子加入的电势能为En,则

En=k*(n-1)*e*e/n^1/3*r

考虑到n很大,将n-1项近似为n

En=k*n^(2/3)*e*e/ r=2.3103*10^-6* n^(2/3)

我再积个分求总能量

E=(163651249280*x^(5/3))/118059162071741130=

1.3862*10^94焦耳

以上

便是所需能量。






好了好了,都散了吧。





















但是为了题主能顺利的吃上一勺电子!我特地借来了这双筷子


图:可以凭空创造能量无视物理规律的筷子。





图:无论天黑天蓝天红天白天绿都在夹电子。。。



终于,

满满一勺子电子夹完了!



成就感MAX!!







【质量篇】


虽然电子质量很小,但是

1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000

个电子的质量也是相当可观的。

m=10^60*9.1 × 10^(-31)=9.1*10^29 kg


参考:

地球:5.965*10^24 kg

木星:1.90*10^27 kg

太阳:1.9891*10^30 kg


这勺电子的质量相当于半个太阳!

如果这个勺子突然出现在地球上,我们模拟一下会发生什么(电场已被屏蔽)


首先给我地球配一个半个质量太阳的黑洞(模拟小勺子)

地球瞬间爆炸

这个时候移民火星的人才能活下来。

从火星看,天空中有两个太亮(一个是灼热的地球)

太阳系彻底崩溃

杂乱无章的N体运动

火星被引力弹弓弹走。

人类,完。



其实刚才对于质量的计算方法是不对的。

实际上,题主一小勺电子要比半个太阳重得多。




下图原因。

这么说来,那一勺电子的质量不是半个太阳

将电子之间的电势能换算成质量,是

1.5402e+77kg

其实不算多,也就比宇宙的总质量多出了24个数量级。

24个数量级。。。。

24.。。。

。。。




【尾声】

题主觉得时机成熟,

于是拿起了1000000000000000000000000倍全宇宙质量的小勺子,

吃!

在一个普朗克时间内,小勺子的屏蔽消失,

巨大的电场力和引力波以光速向四面八方辐射。引力波将原子质子等等撕的稀烂。


光锥所能触及到的地方,一律毁灭。什么三体啊,歌者啊还是归零者,统统被引力波拉长,统统被电离


电离的光辉将照亮整座黑暗森林!


由于带电的特性,整个宇宙都笼罩在RN型黑洞的內视界中。这个黑洞,便是由那一小勺电子形成的。


在内视界,空间并不都指向奇点。物体不会永远落入奇点。这是一种只存在于理论的黑洞,然而却被题主实现了。


基本粒子在这场席卷中大洗牌,宇宙将以全新的面貌继续存在。可能会有新型星球,新的生命形式……



题主便成了这个宇宙的上帝(虽然早就挂了)




“要有吃的!”

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最近熊孩子们炸地球有瘾啊……

如果吃一小勺中子星会怎么样?

不同,宇宙中没有单纯由电子构成的天体,我们很难定义一勺电子有多少。这一小勺电子有多少取决于你的黑科技能把它压多密。

为了让这一小勺电子有点实感,不至于勺子里稀稀拉拉一团电子云,我们用黑科技把1g的纯电子压缩到1立方厘米的空间内,放到你的勺子上。

已知电子的质量约为9.109 382 91×10^-31 kg,电荷量为1.602 176 565×10^-19C

那么这一小勺电子的电荷量将达到约1.76×10^8C。

如此大的电荷量所产生的强大电场会瞬间撕裂2000km以内的空气分子,使其电离。

与此同时,被你挤成一坨的电子将释放10^26J数量级的巨大电势能……嗯,大概相当于几亿亿吨TNT当量吧……

嗯……炸完别忘了把勺还给我,这是知乎的镇站之宝。

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诶我三年前点艹张工的答案为什么被关注到了orz???你们是不是喜欢搜着“反对 @Patrick Zhang ”玩???(我也这么干过)

有没有大佬再来锤一把,锤上存在不实信息的tag?


反对 @Patrick Zhang的回答,有很多科学性错误



以上是答主 @Patrick Zhang
首先,我疑心他是很看不起中学生,沟通之后,他说,他看不起中学教育。

第一个错误:


我们来审视一下这个反应

2H₂O=H₃O⁺+OH⁻ K=1*
很明显,这是中性分子变为离子,是离子反应
这样的反应,才是有电子得失的氧化还原反应

回过头来看,答主一开始提出来的这个反应(是一个简单的布朗斯特-劳伦酸碱反应,如果将H₃O⁺看做氢离子,那么这就是一个连高中生都能理解的酸碱电离理论中的酸碱反应),根本就不涉及电子转移,自然也没有回答题主的问题。这是高中一年级的第二章就会学习的内容,请问Patrick Zhang,您有什么资格轻看初中生。

第二个错误:
水,它的分子式是。1摩尔的纯水,质量是18克。这里的摩尔指的是物质量的单位,它等于个某种物质。

对于1mol水来说,离子的数量是

度标呢我的哥?占比?什么鬼?

但好好学过化学的人知道,高中化学常用mol/L作为浓度单位

2H₂O=H₃O⁺+OH⁻ K=1*(298K)
K=1*指的是c(H₃O⁺)/ (1mol/L) * c(OH⁻ )/ (1mol/L)=
而纯净水中,氢离子、氢氧根全部来自水的自耦电离2H₂O=H₃O⁺+OH⁻
因此c(H₃O⁺)= c(OH⁻ )
c(H₃O⁺)= mol/L

pH就是以这个浓度为根据,计算酸碱性强弱的。

pH=-lg(c(H₃O⁺)/ (1mol/L))

而随着温度的不同,K也会变化,那么纯净水的ph也会变化,只有pH大于这个温度下纯净水pH值时,称之为碱性水溶液,pH小于这个温度下纯净水pH值时,称之为酸性水溶液。

再者说,当我们知道了指的是c(H₃O⁺)= mol/L
那么,我们很容易就能知道,18g水中有18mL*L/mL*mol/L=1.8*mol的H₃O⁺
质量为3.42*g,根本不是1.8*g,那么答主的错误在哪里呢,他认为,指的是H₃O⁺占总粒子量的,对此,我认为,这不是一个把化工手册挂在嘴边的工程师应该反的错误。

其他错误有:3.化学中有标态和标况两个概念,他对这两个概念有所混淆
4.之所以氢气和氧气不能在常温下化合,是由于这一反应的动力学稳定性,或者说活化能较高,气体分子在常温下热运动的能量达不到这一活化能,因此不能反应。

我认为他在没有正确理解这一现象,而且在自己错误的前提下,仍以教育人的姿态回复别人,我认为我受到了一定程度的不尊重。


至于为什么说没气度,以下是我跟他的私信,以及评论区中他犯下的错误。在此之前 @我是大水货 的评论被删了,也被他屏蔽了。我私信协商希望他能解决,一开始他说:“一天有一百多个问题等着我回答呢”
但我认为,这不应该是他轻视任何一个问题的理由,执着地要求他改正,以对得起读者。他最初没有发现我是个学生(虽然我主页里明明白白写着),我们还可以平等地交流,最后我不知道是我过于强势,还是说出了我学生的身份,他就把我屏蔽了,您的气度在哪里,您的时间是时间,我5-6个小时希望您能改正,就不是时间了?700(现在900)个读者的时间就不是时间了?您现在又把我的评论删了,真有意思。


利益相关:化竞党。



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