很多人認(rèn)為是愛(ài)因斯坦的理論指導(dǎo)了原子彈發(fā)明,這其實(shí)是謠言。 上圖是由兩張圖片合成的,愛(ài)因斯坦本人從未出現(xiàn)在原子彈的爆炸地點(diǎn),并且他和原子彈之間沒(méi)有直接關(guān)系,愛(ài)因斯坦知道原子核中含有巨大能量,也僅僅是從質(zhì)能方程間接了解的。 質(zhì)能方程的發(fā)現(xiàn) 1905年,愛(ài)因斯坦首次提出狹義相對(duì)論的概念,并從洛倫茲變換中推導(dǎo)出了質(zhì)能方程。揭示了質(zhì)量和能量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,非常小的質(zhì)量虧損在光速平方的作用下,都可以產(chǎn)生巨大的能量。 1939年,德國(guó)科學(xué)家哈恩和斯特拉斯曼在用慢中子轟擊鈾核時(shí),首次發(fā)現(xiàn)了原子核的裂變現(xiàn)象,發(fā)表了核裂變論文。到了1945年,第一顆原子彈在美國(guó)試爆成功,從此打開(kāi)了潘多拉魔盒。 從時(shí)間線(xiàn)可以知道,原子彈的誕生和愛(ài)因斯坦并無(wú)關(guān)系,只是原子彈爆炸的原理可以通過(guò)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程解釋而已。 播放GIF 核反應(yīng)為什么有如此巨大的能量? 根據(jù)質(zhì)能方程E=mc2可知,1千克的質(zhì)量虧損可以產(chǎn)生9×10的16次方焦耳的能量,而1噸TNT當(dāng)量等于4200兆焦耳,廣島原子彈相當(dāng)于1.5萬(wàn)噸TNT當(dāng)量。 如此換算下來(lái),1千克的質(zhì)量虧損,相當(dāng)于投放了1400顆廣島原子彈。 1千克物質(zhì)完全燃燒和它完全轉(zhuǎn)變成能量,為什么兩者的威力會(huì)相差那么多呢?這是因?yàn)槿紵皇腔瘜W(xué)鍵的斷裂和重組,質(zhì)量是守恒的;而核反應(yīng)已經(jīng)涉及到了原子內(nèi)部的變化,一旦質(zhì)量有虧損就會(huì)釋放巨大的能量。 本質(zhì)上來(lái)說(shuō),核反應(yīng)的威力來(lái)源于原子核。 原子核內(nèi)粒子的作用力,屬于四種基本作用力中的強(qiáng)相互作用力。 強(qiáng)相互作用力在一定范圍內(nèi)是恒定的,不會(huì)像引力那樣距離越近引力越大,夸克之間的強(qiáng)相互作用力大小在16萬(wàn)牛頓左右,原子核內(nèi)粒子的強(qiáng)相互作用力也在1萬(wàn)牛頓以上。 這只是一個(gè)原子核所具備的力,原子彈爆炸會(huì)利用中子撬起原子核的能量。 播放GIF 例如,鈾235原子核被一個(gè)中子撞擊后,裂變成一個(gè)鋇原子和一個(gè)氪原子,并產(chǎn)生2個(gè)中子,2個(gè)中子會(huì)繼續(xù)轟擊其它鈾235,發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。 前后的質(zhì)量是不相等的,虧損質(zhì)量轉(zhuǎn)化成了201兆電子伏的能量。即便是原子彈這樣威力強(qiáng)大的武器,它的質(zhì)能轉(zhuǎn)換率也只有0.135%,也就是1千克重的核原料,只有1.35克轉(zhuǎn)化成了能量;而氫彈的轉(zhuǎn)化率大約在0.7%左右,如此低的轉(zhuǎn)化率都能釋放巨大能量,得益于核力的強(qiáng)大。 愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2并不只適用于微觀物體,宏觀物質(zhì)一樣適用。只要能達(dá)到光子與光電磁轉(zhuǎn)化等條件,理論上一張紙也可以釋放爆炸性威力,因?yàn)榧堃彩怯稍訕?gòu)成的。 |
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