原子弹和质能方程有什么关系？为什么原子弹爆炸威力如此巨大？

宇宙是能量的

每当我们提到氢弹和原子弹，许多人都会第一时间想到：E=mc^2。这个方程也叫做质能方程，是爱因斯坦在1905年提出来的。这个方程堪称是物理学家最有名的方程，但同时也是被误会得最深的方程。为什么这么说呢？

我们要从质能方程的物理学含义说起。其实在1905年，爱因斯坦不仅提出了质能方程，他还提出了布朗运动的数学证明、光电效应、狭义相对论。所以，这一年也被称为爱因斯坦奇迹年。而质能方程的这篇论文实际上是发表于当年的最后一篇。

在前面的一篇狭义相对论的论文当中，爱因斯坦统一了时间和空间。在这篇论文当中，他开始思考相对论效应的能量和质量关系。通常意义上，许多人把相对论描述的这个关系叫做：转化关系。也就是说，质量和能量是相互转化的关系。那这个想法对不对呢？

实际上，爱因斯坦得到的结果并不是这个。他认为质量和能量其实是一个东西，也就是等价关系，而不是转化关系。那该如何理解呢？

我们常常还会把物质也加入到质量和能量的探讨当中。所以，我们有必要先搞清楚这三者之间的关系。我们知道，物质都有质量属性，早期的物理学把质量定义成物质的量。那在相对论的框架下，爱因斯坦认为，质量和能量其实是一体两面的，是同一个物质的两个面，也就是说，能量里有质量，质量里也有能量。因此，物质其实也有能量的一面。那我们该如何理解呢？

实际上，我们可以理解成物质是高度压缩的能量。这样我们也就可以把质量、能量和物质三者之间的关系建立起来。（这里我们强调一点，在物理学当中，其实没有对于物质的准确定义，这是因为物质没有办法直接用物理学的范式进行定义。）因此，我们看待物质时，应该从质能的角度来看，而不是仅仅单拎出质量或者能量，这个观念在微观世界是极其常见的，在说到微观粒子质量时，其实际上就是在描述这个粒子的质能。这个质量就用“能量/c^2”来表述的。

从这个角度其实我们也就能理解质量守恒定律，能量守恒定律和质能守恒定律了，其实它们就是一个守恒定律。化学反应前后其实质量是守恒的，能量也是守恒的，因为质量和能量等价，质能也是守恒的。

核聚变和核裂变

了解了质能等价关系，我们再来看核聚变和核裂变。其中，氢弹的原理是核聚变反应。

在核聚变反应的过程当中，反应前后会有质量的损失，那这部分质量哪里去了呢？

实际上，这部分质量并没有丢，以能量的形式释放出来。如果我们有办法拿一个容器把这些释放出来的能量装起来进行称重，我们就会发现，这个质量恰好就等于反应前后损失的质量。

那核裂变的是咋回事呢？

实际上，道理也是一样。原子弹的原理是核裂变和链式反应。

在整个反应过程中，反应的前后也发生了质量的亏损。同样的，这些质量也是以能量的形式是释放出来，并且如果对这部分释放的能量进行称重，结果也就正好等于反应前后的质量亏损。

那可能你要问了，为什么核聚变和核裂变反应的威力如此巨大呢？

这里就还是要回到质能方程E=mc^2。其中E是释放出来的能量，m是反应前后的质量亏损，c是光速3*10^8m/s。也就是说

释放出来的能量=反应前后的质量亏损*光速的平方（9*10^16）

因此，由于要乘以9*10^16，只要质量亏损不是足够小，这个释放出来的能量都会十分巨大。通过这里，我们也就知道每个人其实都是富含能量的，都是高密度的能量聚集在一起的结果，任何一个人所蕴含的能量都是十分巨大的。

关于质量方程的误区

质能方程本质上是可以解释原子弹、氢弹为什么爆炸威力这么大。但是如果科学家不知道原子核物理，也就是不知道核聚变和核裂变，就根本做不出原子弹和氢弹。就好像我们现在知道人体是富含能量的，但是我们有办法直接把人体置换成一颗威力巨大的炸弹吗？

因此，说质能方程是原子弹和氢弹的原理这个说法是有问题的，其次整个过程也不是质量转化成能量。这两点是许多人对于质能方程最大的误区。