爱因斯坦|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 。
那再问大家一个问题 ， 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 ， 但爱因斯坦本人和原子弹的诞生没有多少关系 。
质能方程是物理学中最重要的几个方程之一 ， 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 。
这个数字看上去就非常大 ， 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4200兆焦耳的能量 。 换算一下 ， 1千克的质量亏损 ， 就可以释放出堪比1400颗广岛原子弹的能量 。
所以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 。
【爱因斯坦|爱因斯坦怎么知道原子核中含有巨大能量的？】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160000牛顿 ， 原子核内的粒子 ， 彼此之间的作用力也超过了10000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235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235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0.135%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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