原子弹和爱因斯坦有什么关系？他如何知道原子核里有着巨大能量？

毫无疑问，阿尔伯特·爱因斯坦是有史以来最杰出的物理学家之一。他的质能方程（E=mc^2）印在了无数的T恤和海报上，早已为人所熟知。你可能不知道方程式是怎么来的，但你一定见过它。

爱因斯坦于1905年在提交给《物理学年鉴》的一篇题为《一个物体的惯量是否取决于它所含的能量？》[1]的论文中提出了这个方程来关联物质的质量和能量。

这无疑刷新了我们对世界的认知，但是现在一提到这个方程式，很多人就会想到原子弹。在广岛和长崎引爆的两颗，也让我们看到了原子弹的威力。

不过，在爱因斯坦之前就已经提出了质量与能量的关系，并计算出类似的方程式。

这张图是PS的

汤普森的“质能方程”

早在19世纪，同为诺贝尔物理学奖得主的约瑟夫·约翰·汤姆森（J.J.Thomson饰）也对质量有着深刻的理解并对能量关系感兴趣。

汤姆森认为电磁力比牛顿的万有引力定律更为根本。牛顿认为质量产生引力，而汤普森要解释的是电磁力如何产生质量。

1881年，年轻的汤普森证明了移动的电荷会产生磁场，磁场会对其运动产生某种阻力，很可能是电荷的有效质量。

经过一些复杂繁琐的推导，汤普森得到了一个电子的电磁质量可以用一个方程来表示，就是这个方程：m=(4/3)E/c^2[2]，你看对，它的方程和现代经典的质能方程基本一致，比爱因斯坦早了20多年。

图：约瑟夫·约翰·汤姆森

如果我们现在的质能方程是正确的，那么汤普森的模型肯定有问题，这给了后来者庞加莱（JulesHenriPoincaré）优化方程的机会。

首先，汤普森方程只适用于运动的、带电的物体；此外，汤普森的等式是以统一收费为前提的。

但是如果一个电子是一个带电的加长球，那么一定有某种力或者压力可以阻止电子飞走，而这个压力显然是有一些能量的。

HenriPoincaré计算了这些应力的能量，发现这个能量相当于电子总质量的四分之一，于是他得到了一个和爱因斯坦一模一样的方程m=E/c^2。

据说HenriPoincaré比爱因斯坦早几个月得到这个方程。当然，从网上的资料来看，众说纷纭，但可以肯定的是，关联能量和大众爱因斯坦的不止一个。

质能方程与原子弹的关系

如果只看这个方程的表面，真的很简单。物体的能量(E)等于其总质量(m)乘以光速(c)的平方。

但在更深层次上，这样一个汇集了人类智慧结晶的方程式，让我们了解了自然界的奥秘：能量和质量不仅在数学上有关联，它们还是同一事物的不同测量方式。

我们可以看到这个等式的光明面，但也可以看到阴暗面。

因为在爱因斯坦带来的新世界里，质量成为衡量物体总能量的一种方式，即使它没有被加热、移动、辐射或其他任何东西，质量也是一种超浓缩的能量形式。

此外，这些东西可以从一种形式转变为另一种形式，然后再变回原来的形式。

核电站在核反应堆中利用了这一点，同时原子弹也利用了这一点。

他们的原理是核裂变，即将中子的亚原子粒子发射到铀原子的原子核，使铀分裂成更小的原子并释放能量。

裂变过程释放能量，放出更多的中子，中子可以继续撞击更多的铀原子，引起一系列的连锁反应。

如果你对这个过程前后的所有粒子进行非常精确的测量，你会发现后者的总质量略小于前者，失去的质量已经转化为能量。这种质量和能量之间的关系可以用质能方程来计算。

虽然铀原子损失的质量很小，但释放的能量是巨大的。原因很明显，因为质能方程中光速的平方底太大了。

根据质能方程，如果1kg的物质全部转化为能量，就是9x10^16焦耳，相当于40多吨TNT[3]。

用更通俗的话来说，如果转换成电能，至少可以为1000万户家庭供电3年。所以，你的体重可以让这些家庭延续几个世纪。

爱因斯坦与原子弹

1945年，物理学家HenryDeWolfSmyth在曼哈顿计划报告中为美国政府准备了一份关于盟军制造原子弹的报告，其中包括SmartEquations。

图为：曼哈顿计划制造的第一颗原子弹

曼哈顿计划的直接受害者自然是日本，因为世界上没有哪个国家被原子弹炸过。

但是，除了在这个项目中提到这个方程（当时可能是为了更有说服力），爱因斯坦与原子弹没有任何关系。

爱因斯坦本人曾在二战期间鼓励美国政府资助原子能研究，但由于他是德国人且没有安全许可，他对曼哈顿计划的参与受到限制。

除了让科学家和军事领导人意识到核弹在理论上是可能的之外，爱因斯坦的方程式不太可能在核弹设计中有多大用处，这种联系仍然存在。

最后

有人认为爱因斯坦打开了潘多拉魔盒。这真是一个天大的误会，因为质量和能量的关系也被提出来了，原子弹的可行性与他无关。

毫无疑问，爱因斯坦是一位极富创新精神和预见性的科学家，现在收集到的科学证据进一步证实了爱因斯坦理论的正确性。

不过，科学上激进的想法很少出自一个人，E=mc^2也一样，正如牛顿所说，“踩在巨人的肩膀上”。

参考资料：

[1]质能等价-维基百科

[2]BrianKoberlein.TheHistoryOfEinstein'sMostFamousEquation[N].forbes.2017-9-11

[3]AlokJha.E=mc^2：诞生原子弹的爱因斯坦方程[N].theguardian.2014-11-6