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原子弹发明前,爱因斯坦怎么知道原子核中含有巨大能量?

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  很多人认为是爱因斯坦的理论指导了原子弹发明,这其实是谣言。

  上图是由两张图片合成的,爱因斯坦本人从未出现在原子弹的爆炸地点,并且他和原子弹之间没有直接关系,爱因斯坦知道原子核中含有巨大能量,也仅仅是从质能方程间接了解的。

  

  质能方程的发现

  1905年,爱因斯坦首次提出狭义相对论的概念,并从洛伦兹变换中推导出了质能方程。揭示了质量和能量之间的转换关系,非常小的质量亏损在光速平方的作用下,都可以产生巨大的能量。

  1939年,德国科学家哈恩和斯特拉斯曼在用慢中子轰击铀核时,首次发现了原子核的裂变现象,发表了核裂变论文。到了1945年,第一颗原子弹在美国试爆成功,从此打开了潘多拉魔盒。

  从时间线可以知道,原子弹的诞生和爱因斯坦并无关系,只是原子弹爆炸的原理可以通过爱因斯坦的质能方程解释而已。

  

  核反应为什么有如此巨大的能量?

  根据质能方程E=mc可知,1千克的质量亏损可以产生9×10的16次方焦耳的能量,而1吨TNT当量等于4200兆焦耳,广岛原子弹相当于1.5万吨TNT当量。

  如此换算下来,1千克的质量亏损,相当于投放了1400颗广岛原子弹。

  1千克物质完全燃烧和它完全转变成能量,为什么两者的威力会相差那么多呢?这是因为燃烧只是化学键的断裂和重组,质量是守恒的;而核反应已经涉及到了原子内部的变化,一旦质量有亏损就会释放巨大的能量。

  本质上来说,核反应的威力来源于原子核。

  

  原子核内粒子的作用力,属于四种基本作用力中的强相互作用力。

  强相互作用力在一定范围内是恒定的,不会像引力那样距离越近引力越大,夸克之间的强相互作用力大小在16万牛顿左右,原子核内粒子的强相互作用力也在1万牛顿以上。

  这只是一个原子核所具备的力,原子弹爆炸会利用中子撬起原子核的能量。

  

  例如,铀235原子核被一个中子撞击后,裂变成一个钡原子和一个氪原子,并产生2个中子,2个中子会继续轰击其它铀235,发生链式反应。

  前后的质量是不相等的,亏损质量转化成了201兆电子伏的能量。即便是原子弹这样威力强大的武器,它的质能转换率也只有0.135%,也就是1千克重的核原料,只有1.35克转化成了能量;而氢弹的转化率大约在0.7%左右,如此低的转化率都能释放巨大能量,得益于核力的强大。

  

  爱因斯坦的质能方程E=mc并不只适用于微观物体,宏观物质一样适用。只要能达到光子与光电磁转化等条件,理论上一张纸也可以释放爆炸性威力,因为纸也是由原子构成的。

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