爱因斯坦是如何在原子弹发明前，知道原子核内蕴含着巨大能量的？

很多人提到原子弹，就会想起爱因斯坦。

爱因斯坦被美国《时代周刊》评为“20世纪伟人”

事实上，爱因斯坦并没有参与美国的曼哈顿计划，原子弹也和他没有任何关系。要说它为何会被联系起来，因为曼哈顿计划书上的一个公式：爱因斯坦的质能方程。

其实这是当时为了更好说服民众，美国拿爱因斯坦当噱头，用来说明原子弹的威力很强大。这应该算是最早的代言，这个举动让爱因斯坦从此被和原子弹捆绑在了一起，不知道对这位科学家的晚年来说是福还是祸。

原子弹蘑菇云

质能方程

质能方程诞生于1905年，那一年也被称为物理的“奇迹之年”。方程式很简单，E=mc^2，只要看一眼就会记住。然而，这短短的一个公式对于整个物理世界来说，犹如一道光，照亮了新的领域。

爱因斯坦与质能方程

经典物理学认为，物体的质量和能量完全是两个不同的概念，它们之间不会存在任何关系。从宏观上来看的确是这样，在进入20世纪之后，量子力学已经成为一股新兴的力量，物理学家们早已经从宏观进入了微观。此时的物理界并不知道，原子的结构是怎样的？它是由什么组成的？这个时候距离原子弹诞生还有40年的时间。正是从爱因斯坦开始，物理的巨轮开始朝着一个新方向航行。

原子

1911年，卢瑟福进行了著名的α粒子散射实验，验证了原子的核结构以及它内部的组成情况。原子由原子核以及核外电子组成，原子核又由质子和中子组成。电子带负电、质子带正电、中子不带电，电子围绕原子核运动。

卢瑟福是1908年诺贝尔化学奖得主

这个原子结构模型是道尔顿在19世纪提出来的概念，与他同时代的物理学家们还有其他的设想模式。最终卢瑟福用实验证明了道尔顿的假设是正确的。

那么电子为何会围绕原子核运动呢？这就要提到一个方程F=Gm1m2/r^2，这不是牛顿的万有引力方程吗？它和原子又有什么关系？这就要提到宏观与微观的统一性，大到宇宙天体，小到电子、原子核，它们都符合万有引力这个公式，某种程度上来说，原子就是一个微缩的宇宙，或者宇宙就是原子的放大版。

原子核、电子与太阳系的排列方式

我们总是把爱因斯坦和普朗克作为量子物理的领头人，于是就觉得那个年代只有这两人在做贡献。其实不然，在20世纪初期，物理学上神仙打架，各种巨匠辈出，缔造了最灿烂的一段时期。这其中有无数的后继者在爱因斯坦的基础上，进行拓展。爱因斯坦是那个巨人，让大家踩着他的肩膀去摘苹果。

原子研究

真正把原子和原子弹联系起来的，是德国物理学家哈恩和斯特拉斯曼，他们发现了原子的核裂变。

核裂变原理图

大家有没有想过，门捷列夫的元素周期表，真的只是一张规律总结吗？为什么氢会是第一号元素？为什么越往后面走，元素越难被发现，居里夫妇努力了很久，才发现钋和镭。

二十世纪初的物理学家们还不知道，氢原子是全宇宙中含量最多的原子，紧随其后的就是2号元素氦。这是因为，以氢原子为原始基础，可以让它结合形成一个新原子。它就像道家学说那样一生二，二生三，然后整个元素周期表就被它生出来了。

氦原子拥有两个电子

越往后走，质量越大，结合的条件也就越苛刻。也许门捷列夫自己都不知道它的元素周期表会是宇宙元素诞生顺序表。

原子结合能够生成新原子，而大质量的原子也可以分裂成质量更小的原子，哈恩和斯特拉斯曼发现的就是这个现象，此时是1939年，距离爱因斯坦的质能方程已经过去了34年，距离原子弹问世还有6年。

原子分裂成更小的原子

其实最初想要造出原子弹的，不是美国，而是德国坚信自己能统一世界，于是找来德国最强的物理学家们来研发原子弹，这里面没有爱因斯坦。

爱因斯坦因为身份的原因，被迫前往了美国，也不可能一去就参加所谓的曼哈顿计划。他的确想要研究原子方面，不过不是为了武器，并且他也没有机会。

爱因斯坦：不给我机会就不能怪我不出力咯

由于他的身份太过于闻名，所以美国还是将他打造成一块名片，这其中自然有以他质能方程为基础理论的原子弹。实际上，原子弹跟爱因斯坦的这个方程没有任何关系。

那张搞笑的图片，爱因斯坦骑着自行车在原子弹试爆现场调皮，是后世网友们PS的。

原图与合成图

核聚变与裂变

如果要说最广泛的反应，应该是核聚变，这是宇宙中最多的存在，宇宙中一切能够发射出能量的天体，如恒星，都是因为核聚变产生的。然而人类第一次利用的核能却是核裂变。

核裂变链式反应会产生多种产物

核裂变是将重的原子，经过分裂，得到两个或者多个小质量原子的过程，这其中因为中子跑出来，再返过去重新撞击没分裂的原子，形成链式反应。裂变过程中释放出大量的能量，这个能量的确可以用爱因斯坦的质能方程计算。

最早的原子弹，采取的就是核裂变模式，用铀或钚，以及它们的同位素为原料，通过它们的裂变产生毁灭性的能量。

铀235的裂变

以美国在广岛和长崎投出的原子弹为例，每一千克核原料造成的威力等于1.5吨TNT的爆炸。这在当时已经是无可比拟的巨大破坏，然而这却不是核技术的终点。

宇宙中最长的反应是核聚变，而且氢元素是全宇宙含量最多的元素，在地球也同样如此，它不会像铀或者钚那样属于有限元素，地球上氢原子的含量可以用“无穷无尽”来形容。于是在成功掌握了原子弹技术之后，人们将目光转向了核聚变。最终，模拟恒星活动的氢弹诞生，它拥有比原子弹还要强大的威力。

核聚变原理

理论上核聚变是无穷无尽的，但前提是必须能控制住核聚变。并且核聚变不会像核裂变那样产生长期大量的辐射，并且原料是海水，可以循环使用。只不过人类还没有达到可控核聚变的地步，如果能够模拟出太阳这样的环境，人类就可以利用核聚变产生稳定的能量，减少对太阳的依赖，这个装置又叫“人造太阳”。

西南物理研究院工作人员安装调试“人造太阳”

先驱人物

那么爱因斯坦是原子弹的奠基人吗？当然不是，诚然爱因斯坦在原子弹发明之前，就通过自己的方程知道了原子核蕴含着巨大的能量，但是他没有想过把这个能量用在真正的人身上。他开创了量子物理时代，并不代表他开创了原子弹时代。

他就是一个先驱者，用一个公式引领了微观物理，在卢瑟福等人的努力下，原子世界逐渐形成。那是一个人才辈出的时代，原子技术并不是一个人的功劳，而是一群人智慧的结晶，爱因斯坦只是指明了方向，路可是后来的科学家修的。

爱因斯坦：我只是个“领路人”

只可惜，爱因斯坦的方程式出现在了曼哈顿计划，不管是出于何种目的，原子弹在当时是轰动性的新闻，而以爱因斯坦的身份，人们很容易地将他与不可思议的原子弹联系起来。

爱因斯坦对原子弹的贡献没有后世想象的那么大，他在移民美国后得知德国在研制原子弹，于是写信告诉美国这方面的危害。他的目的只是希望美国能阻止德国先拥有这门破坏力极强的武器，在当时那个情况下，想要战胜对手就得比他更快掌握这门技术。

原子弹内部结构

于是爱因斯坦的信里，提到了希望美国先一步拥有原子弹。这封信也成为了后世认为爱因斯坦支持美国造原子弹的证据。

其实早在爱因斯坦之前，1881年，汤姆森就得到了一个非常接近爱因斯坦质能方程的公式m = (4/3) E/C^2，后来的庞加莱的公式，已经无限接近爱因斯坦了。

彭加莱

也就是说爱因斯坦并不是这个方向的第一人，他只是将这条路走得很好，打下的地基很牢固，因此后续的科学家们才能在原子技术上大放异彩。