發現質能方程式是製造原子彈的必然條件嗎?

llsj1990


如果你真的看不出來質能方程與核裂變有什麼關係,那你可能就是沒有理解質能方程的真正意義,或者沒有親身經歷實驗,所有實驗的前提條件是要有理論作為支撐,核裂變或者核聚變的實現也不例外,自從愛因斯坦發現質量與能量的關係後,人類對能源的利用又邁出了一大步,你之所以不相信質能方程是核裂變的理論前提,我認為主要有以下幾個原因,


1.第一個是方程中的質量與能量的變化太過微小,比如1千克水由0攝氏度被加熱到100攝氏度時,吸收的能量為4.18×10^5焦耳,通過質能方程算出來的質量只比原來增加了4.6×10^-12千克,變化很微小,因此很難發現質能方程的表現,但是研究核反應卻可以驗證質能方程的正確性,這就是第二個方面,即需要通過做實驗來證明;


2.1932年英國物理學家克饒夫和愛爾蘭物理學家瓦爾頓利用質子加速器進行人工核蛻變時,用質子束去轟擊雲室內的鋰靶,然後產生了兩個氦原子,這一實驗的基本原理就是測量實驗後兩個氦原子的總動能,然後利用質能方程計算出他們增加的質量,這是理論值,之後用質譜儀測量出核反應後增加的質量,其中實驗後兩個氦原子增加的總質量的理論值為0.01855u,u為原子質量單位,增加的測量值為0.01864u,可以看到理論值與實驗值是相符合的,相對誤差不超過0.5%,在這裡只說實驗結果,有興趣的可以去查閱資料。


3.那麼到這裡質能方程的意義就很明確了,即如果有一個原子變成另一個原子時質量發生了虧損,那麼它就會釋放出一定的能量,以鈾235原子為例,在熱中子的轟擊下,一個鈾235裂變成兩個新的原子和兩個中子,生成物總質量比鈾235減少了0.22u,那麼由質能方程可知,一個鈾235裂變釋放的能量為3.3×10^-11焦耳,當然這個能量很小,但是一克鈾235中就含有2.56×10^21次方個鈾原子,所以釋放的能量就顯而易見了,同時釋放的中子又去轟擊其他鈾原子,這便是核裂變。

通過整個過程可以看出,如果沒有質能方程作為理論支撐,誰知道原子中蘊含著這種巨大的能量?誰又會去做實驗來驗證?


零維立方體


1902年居里夫婦發現鐳的放射性現象,更早的1896年有人發現了鈾的放射性衰變,而愛因斯坦是在1905年創立狹義相對論。狹義相對論之質能方程從理論上解釋清楚了放射性衰變產生能量的原理。

即使沒有狹義相對論,人們也可以利用放射性衰變發明原子彈。正如霍金所言:將原子彈爆炸歸罪於愛因斯坦相對論,如同將飛機失事歸罪於牛頓力學一樣。


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