原子弹发明前 爱因斯坦是怎么知道原子核拥有巨大能量
  • 怪罗
  • 2022年05月18日 10:56
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1905年被称为“爱因斯坦奇迹年”,爱因斯坦憋了几年的大招一口气释放——发表了多篇论文,然后就有了这个刷新人类对世界认知的方程——E = mc^2,而第一颗原子弹直到1945年才由美国试爆成功。

原子弹发明前 爱因斯坦是怎么知道原子核拥有巨大能量

很多人都觉得是爱因斯坦促进了原子弹的研制,但是在这里要说明下,爱因斯坦和原子弹可以说几乎没有任何关系

原子弹发明前 爱因斯坦是怎么知道原子核拥有巨大能量 图注:这张照片其实是ps的

如果硬说有一定关系的话,那就是在美国曼哈顿计划的原子弹研究制造报告书中出现了“E = mc^2”这个方程,或许把这个方程写在报告中只是想让当局知道原子弹的潜力有多大而已。

原子弹发明前 爱因斯坦是怎么知道原子核拥有巨大能量

在质能方程中,质量和能量是在光速平方的基础上换算的,它的基数非常大,所以在原子弹爆炸的核裂变过程中,事实上只损失了一点点质量(变成了能量)。

根据这个质能方程,如果1千克物质如果全部转化为能量的话,那么差不多会释放9 x 10^16焦耳的能量,而如果把这些能量转化为电能的话,足以让1000万户家庭使用3年。

原子弹发明前 爱因斯坦是怎么知道原子核拥有巨大能量

谁不想从中获取能量呢?所以可理解为何在曼哈顿计划中要特地提到这个方程。

除此之外,爱因斯坦和原子弹的最大关系,就是他个人希望参与到原子能的研究中,只是在第二次世界大战期间,他的德国背景没有得到美国的认可,所以他是想参与而没参与成。

虽然,爱因斯坦和原子弹没啥关系,但他到底是如何在原子弹试爆前就推算出质能方程的呢?

其实,答案很简单,在爱因斯坦之前就有很多人研究这个了,并且已经试图把能量和质量用数学公式的方式关联起来,而爱因斯坦只是和所有伟大物理学家一样站在了这些巨人的肩膀上而已。

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原子弹发明前 爱因斯坦是怎么知道原子核拥有巨大能量

从17世纪牛顿提出质量产生万有引力之后,物理学家们就一直试图知道又是什么东西产生了质量,可以说谁发现了这种更基础的东西,谁就可以是超牛顿的物理学家。

19世纪,英国物理学家汤姆森认为电磁力比万有引力更基本,所以他潜心去研究了这个。

1881年,还在剑桥大学三一学院深造的汤姆森,发现移动电荷可以产生磁场,并对电荷的运动造成了某种阻力,他认为这是因为电荷拥有电子质量的缘故,经过一些繁琐、复杂地推导,他得到了这样一个方程:m = (4/3) E/C^2。

原子弹发明前 爱因斯坦是怎么知道原子核拥有巨大能量 图注:汤姆森

这个方程中的所有字母所表示的东都和爱因斯坦的质能方程中的是一样的,而他比爱因斯坦提出质能方程足足早了几十年。

不过很明显,如果爱因斯坦是正确的,那么汤姆森这个方程肯定就有地方弄错了,事实上汤姆森这个方程只适合特殊条件下的电子质量计算。

不仅是汤姆森,后来的庞加莱为了让汤姆斯的方程更具“实用性”,他在汤姆森模型的基础上进行了一些优化,这个方程直接变成了m = E/c^2。

原子弹发明前 爱因斯坦是怎么知道原子核拥有巨大能量 图注:庞加莱

虽然,庞加莱方程也只是为了计算电子质量,但是他得出的方程和爱因斯坦的质能方程已经是一模一样的了。

据说,庞加莱比爱因斯坦还早几个月得到这个方程。

原子弹发明前 爱因斯坦是怎么知道原子核拥有巨大能量

所以,在爱因斯坦之前就已经有很多人知道质量和能量存在关系了。

换句话说,没有爱因斯坦一样会有人得出质能方程,这是科学发展的必然,并不是某一位科学家突然就想通所有规律了。


文章出处:怪罗科普

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