爱因斯坦的质能公式E=MC^2是怎么来的?几乎人人都听说过爱因斯坦写下了著名的E=MC^2,把质量和能量联系在了一起,甚至于还拉上了神秘的光速,但是这个公式是怎么来的,又有什么意义呢? 我们都知道,爱因斯坦发现了狭义相对论,也知道狭义相对论里面有一个著名的“钟慢尺缩”效应,意思就是一个运动的物体,对它而言时间会更慢,尺寸也会缩小。 但是除了“钟慢尺缩”之外,狭义相对论还有一个很重要的推论,那就是运动的物体会更“重”,也就是质量会更大。而“质增”、“尺缩”、“钟慢”就是狭义相对论里面提出的三种特别的现象。 公式放在这里,我们却可以由此推导出来很多匪夷所思的性质,而质能公式E=MC^2就是从这些推论中来的。刚刚说到物体变得更重了,这就意味着你想要用同样的力推动一个不同速度的物体,让这个物体运动的更快,结果发现因为物体的质量不一样,所以你把物体提高相同的速度,实际上花费的能量是不一样的! 这个现象就导致了人们自然而然地问出来一个问题:我用同样的能量推动一个物体,为什么物体动能增加的不一样?那些消失的能量去哪里了? 一边是神秘消失的能量,一边是神秘增长的质量,于是答案呼之欲出:原来质量和能量是一回事!下图是一个很简略的推导过程,实际上的推导要严谨很多,但是从中我们也可以看到质能公式的影子。这个推论是非常伟大的,居然在狭义相对论中找到了质量和能量之间的关系。 但是爱因斯坦很有可能真的不知道自己的质能公式可以用来解释原子核中的巨大能量。爱因斯坦虽然是一个伟大的物理学家,但是他本身不是工程师,核弹之类的东西他本人可能并不是非常擅长。把质能公式运用到核反应中的,并不是爱因斯坦本人,而是另有其人,这个人就是原子弹之母,第一个理论解释核裂变的瑞典物理学家——莉泽·迈特纳。 核裂变最早是由奥托·哈恩于1938年发现的,也就是铀原子核在被中子撞击之后分裂为两个原子核,同时放出巨大的能量。但是这位科学家只是发现了有核裂变这个现象,至于说为什么,他自己也不清楚。 这个时候一位名叫莉泽·迈特纳的女科学家(如下图所示)看到这种独特的核反应,并且注意到了核裂变之后的原子核总质量比裂变前的原子核小,忽然灵机一动,想到了爱因斯坦的质能公式。 根据她的计算,因为这损失的质量,每个铀原子核裂变之后会放出2亿电子伏的能量——这就完美解释了原子核裂变的能量来源!当然,也间接证明了质能公式的正确。 所以,原子核中蕴藏的巨大能量可能是爱因斯坦本人都没有预料到的,他只是写下了质能公式,可能他自己也不知道这个公式到底在现实中有怎样的体现。 爱因斯坦写下了质能公式,却被另一个科学家用来解释毫不相关的核反应,历史就是这么巧妙。 |
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