爱因斯坦怎么知道原子核中含有巨大能量的

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你有没有看过这张照片?

照片里的主角是爱因斯坦,一个比肩牛顿的,伟大的物理学家。他骑着自行车,身后还有一群旁观者和一朵巨大的蘑菇云。看完这些,你应该有了猜测:他们在做核爆实验。没错,图中传达的信息确实是这样,但是这张照片并不是真实拍摄的,而是由两张照片合成的,爱因斯坦没有去过核爆实验的现场,更没有骑自行车。

那爱因斯坦的理论真的指导了原子弹的发明吗?恐怕很多人都是这么认为的,实际上爱因斯坦和原子弹没有什么关系,非要说两者有关系,也只能从质能方程下手。原子弹的原理可以用质能方程解释,但这不能说明爱因斯坦本人和原子弹的诞生有关系。

质能方程是物理学中最重要的方程之一,尤其是它的实用价值。一直以来,物理学家们都在致力于寻找“大一统理论”,牛顿统一了“天上”和“地下”的物理规律,麦克斯韦统一了“电”和“磁”,爱因斯坦不仅统一了“时间”和“空间”,还统一了“质量”和“能量”。质能方程就是这么来的,它的另一个称呼是“质能等价”。

也就是说质能方程不仅在微观世界里适用,同样适用于宏观世界。当然,应用于微观世界带来的结果更加明显。简单计算一下,我们能得出1千克的质量亏损可以转化成9×10的16次方焦耳的能量。

这个数字看上去非常大,那该如何理解?我们用曾经的“小男孩”和“胖子”来说明一下,它们是原子弹的代号。爆炸中心区域释放出来的能量,大约相当于1.5万吨TNT炸药。而1吨TNT大约能释放兆焦耳的能量。换算一下,1千克的质量亏损,就可以释放出堪比颗广岛原子弹的能量。

质能方程让我们看到了原子核内部隐藏着的巨大能量,原子弹没有问世前,爱因斯坦也是这么知道的。绝大多数的核武器的威力,本质上都是来源于原子核。

我们知道科学界有四个基本作用力,引力、电磁力、弱相互作用力和强相互作用力。在原子核的内部,强相互作用力表现得更加明显。质子和中子,靠着核力联系,核力也是强相互作用力的一种。

上夸克和下夸克就直接靠着强相互作用力联系,科学家做过计算,应该超过了牛顿,原子核内的粒子,彼此之间的作用力也超过了牛顿。

当原子弹被引爆时,其内部原子核会受到中子的冲击,从而激发出本身携带的能量。我们以铀原子为例,它的原子核受到冲击时,会变成1个氪原子、2个中子和1个钡原子,当众多铀原子核被轰击时,就会爆发出强大的能量,也就是我们说的“链式反应”。

但是在链式反应的过程中,能量的转化并不是百分百的,氢弹的转化率只有0.7%,原子弹就更低了,只有0.%左右。能量转化率虽然低,其威力一点也不小,可见核力有多强大。所以当科学家知道原子核隐藏的能量时,都有些担忧,如此可怕的力量,若是不能好好管控,人类文明可能会面临一次考验。



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