原子彈發明前,愛因斯坦怎麼知道原子核中含有巨大能量?專家:間接瞭解的

田園牧哥 2020/04/02 檢舉 我要評論

很多人認為是愛因斯坦的理論指導了原子彈發明,這其實是謠言。

上圖是由兩張圖片合成的, 愛因斯坦本人從未出現在原子彈的爆炸地點,並且他和原子彈之間沒有直接關係,愛因斯坦知道原子核中含有巨大能量,也僅僅是從質能方程間接瞭解的。

質能方程的發現

1905年,愛因斯坦首次提出狹義相對論的概念,並從洛倫茲變換中推導出了 質能方程。揭示了品質和能量之間的轉換關係,非常小的品質虧損在光速平方的作用下,都可以產生巨大的能量。

1939年,德國科學家哈恩和斯特拉斯曼在用慢中子轟擊鈾核時,首次發現了原子核的裂變現象,發表了核裂變論文。到了1945年,第一顆原子彈在美國試爆成功,從此打開了潘朵拉魔盒。

從時間線可以知道, 原子彈的誕生和愛因斯坦並無關係,只是原子彈爆炸的原理可以通過愛因斯坦的質能方程解釋而已。

核反應為什麼有如此巨大的能量?

根據質能方程E=mc²可知,1千克的品質虧損可以產生9×10的16次方焦耳的能量,而1噸TNT當量等於4200兆焦耳,廣島原子彈相當於1.5萬噸TNT當量。

如此換算下來, 1千克的品質虧損,相當於投放了1400顆廣島原子彈

1千克物質完全燃燒和它完全轉變成能量,為什麼兩者的威力會相差那麼多呢?這是因為燃燒只是化學鍵的斷裂和重組,品質是守恆的;而核反應已經涉及到了原子內部的變化,一旦品質有虧損就會釋放巨大的能量。

本質上來說,核反應的威力來源於原子核。

原子核內粒子的作用力,屬於四種基本作用力中的強相互作用力。

強相互作用力在一定范圍內是恒定的,不會像引力那樣距離越近引力越大,誇克之間的強相互作用力大小在16萬牛頓左右,原子核內粒子的強相互作用力也在1萬牛頓以上。

這只是一個原子核所具備的力,原子彈爆炸會利用中子撬起原子核的能量。

例如,鈾235原子核被一個中子撞擊後,裂變成一個鋇原子和一個氪原子,並產生2個中子,2個中子會繼續轟擊其它鈾235,發生鏈式反應。

前後的品質是不相等的,虧損品質轉化成了201兆電子伏的能量。即便是原子彈這樣威力強大的武器,它的質能轉換率也只有0.135%,也就是1千克重的核原料,只有1.35克轉化成了能量;而氫彈的轉化率大約在0.7%左右,如此低的轉化率都能釋放巨大能量,得益於核力的強大。

愛因斯坦的質能方程E=mc²並不只適用於微觀物體,宏觀物質一樣適用。只要能達到光子與光電磁轉化等條件,理論上一張紙也可以釋放爆炸性威力,因為紙也是由原子構成的。

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