原子弹发明之前,爱因斯坦怎么会知道原子核内蕴含巨大能量的?
能别一提原子弹就扯爱因斯坦好么?
爱因斯坦既未参与设计原子弹,也没进行原子弹试验,他的研究方向是光电效应、量子力学、相对论等东西。
爱因斯坦与直接动手研究核物理的玻尔、莱奥·齐拉德等曾就核武器进行过讨论,但随后爱因斯坦“闭嘴”了,他不愿加入美国的核计划。
非要说原子弹与爱因斯坦有什么联系的话,只能说爱因斯坦的“质能公式”可以用来解释原子核的反应,并且可以利用这个公式来计算原子反应。
这说明爱因斯坦的东西可以研究原子弹?不!这说明E=mc²的公式证明了物质不灭定律和能量守恒定律这两个基本定律的正确性!
实际上,关于放射能的核物理学自19世纪就出现了。
1896年贝克勒尔首次发现天然铀放射性,观察到了核变化,这是核物理的开始。
1902年,居里夫人提炼出了极纯净的氯化镭,还测定了原子量,确定了放射性的标准。
1911年,卢瑟福开始了原子轰击实验,它采用的是α射线。这位尝试过轰击各种原子核,在得出原子有“核”结构的同事,还给出了原子行星结构的模型。
卢瑟福的原子核轰击实验玩到1919年时又有了新发现,α射线轰击氮原子核的时候,放出了质子。这是人类首次人工核反应。
接下来,32年人们发现中子,34年人工放射性核素被合成,正电子、介子这些粒子都被发现。
1939年,化学家哈恩和斯特拉斯曼研究发现,中子被吸收后会引发铀原子裂变反应。
同年,恩利克·费米意识到这是个武器化的可能性,遂深化了这方面的理论,并积极联系美国军方,要求开发核物理工程。
爱因斯坦和齐拉德等物理学家也意识到裂变反应可能存在的威力,惧怕德国首先制造出原子弹,遂对罗斯福致信,并进行了游说和讲解,从而推动了美国的“曼哈顿工程”。
当时爱因斯坦尽管意识到链式反应的巨大能量,但他对没出现的东西也没底,所以将原子弹的使用方法描述为:“用船装着,开到对方港口,便能毁灭一整个港区。”齐拉德与之意见相同,也表达过同一种想法。
1942年,费米建立了一个裂变核反应堆,这才真正实现了核能的掌握,也更多的观察到更清晰的铀裂变核反应。
1945年,新总统杜鲁门为尽早结束战争,再次推动了曼哈顿计划中的原子武器项目,在战前将原子弹试验成功。
“三位一体”核试验中,核弹的威力超过了所有人的想象,但曼哈顿的工程师们仍然认为远远没有达到设计目标。
原子弹发明之前,爱因斯坦怎么会知道原子核内蕴含巨大能量的?
就时间上来看确实如此,爱因斯坦确实在原子弹发明之前就知道物质质量和能量的关系了。
1905年被称为“爱因斯坦奇迹年”,爱因斯坦憋了几年的大招一口气释放——发表了多篇论文,然后就有了这个刷新人类对世界认知的方程——E = mc^2,而第一颗原子弹直到1945年才由美国试爆成功。
图注:这张照片其实是ps的
但是,在这里要说明下,爱因斯坦和原子弹可以说几乎没有任何关系。
如果硬说有一定关系的话,那就是在美国曼哈顿计划的原子弹研究制造报告书中出现了“E = mc^2”这个方程,或许把这个方程写在报告中只是想让当局知道原子弹的潜力有多大而已。
在质能方程中,质量和能量是在光速平方的基础上换算的,所以根据这个质能方程,1千克物质如果全部转化为能量的话,差不多就是9 x 10^16焦耳的能量,而如果把这些能量转化为电能的话,足以让1000万户家庭使用3年,谁不想从中获取能量呢。
除此之外,爱因斯坦和原子弹的最大关系,就是他个人希望参与到原子能的研究中,只是在第二次世界大战期间,他的德国背景没有得到美国的认可,所以他是想参与而没参与成。
虽然,爱因斯坦和原子弹没啥关系,但他到底是如何在原子弹试爆前那么长时间里就推算出质能方程的呢?
其实,答案很简单,在爱因斯坦之前就有很多人研究这个了,并且已经试图把能量和质量用数学公式的方式关联起来,而爱因斯坦只是和所有伟大物理学家一样站在了这些巨人的肩膀上而已。
从17世纪牛顿提出质量产生万有引力之后,物理学家们就一直试图知道又是什么东西产生了质量,可以说谁发现了这种更基础的东西,谁就可以是超牛顿的物理学家。
19世纪,英国物理学家汤姆森认为电磁力比万有引力更基本,所以他潜心去研究了这个。
图注:汤姆森
1881年,还在剑桥大学三一学院深造的汤姆森,发现移动电荷可以产生磁场,并对电荷的运动造成了某种阻力,他认为这是因为电荷拥有电子质量的缘故,经过一些繁琐、复杂地推导,他得到了这样一个方程:m = (4/3) E/C^2。
这个方程中的所有字母所表示的东西和爱因斯坦的质能方程中的都是一样的,而他比爱因斯坦提出质能方程足足早了几十年。
不过很明显,如果爱因斯坦是正确的,那么汤姆森这个方程肯定就有地方弄错了,事实上汤姆森这个方程只适合特殊条件下的电子质量计算。
图注:庞加莱
不仅是汤姆森,后来的庞加莱为了让汤姆斯的方程更具“实用性”,他在汤姆森模型的基础上进行了一些优化,这个方程直接变成了m = E/c^2。
虽然,庞加莱方程也只是为了计算电子质量,但是他得出的方程和爱因斯坦的质能方程已经是一模一样的了。
据说,庞加莱比爱因斯坦还早几个月得到这个方程。
所以,在爱因斯坦之前就已经有很多人知道质量和能量存在关系了。
换句话说,没有爱因斯坦一样会有人得出质能方程,这是科学发展的必然,并不是某一位科学家突然就想通所有规律了。
原子弹发明之前,爱因斯坦怎么会知道原子核内蕴含巨大能量的?
宇宙空间存在着高压
一切物理现象都是由物质结构决定的。所谓光速、光速不可超越、超越光速产生物质、物质能量转换、时间变慢、空间弯曲都是物理现象。知道了物质结构,就知道了物理现象。
物质世界,仅由一种物质,就是希格斯液体构成。希格斯液体就像大海里的水充满海洋一样,充满了整个宇宙空间。 基本粒子,就是希格斯液体中的一堆泡沫,可以破裂,也可以再产生,破裂释放能量,产生吸收能量。物质的类别,只是泡沫结构的不同。就像一堆砖头一样,可以建造成任意结构的房子,房子有墙,有门、有窗户。门和窗户其实就是墙上的空洞结构,可以有千万种形状。我们不能只研究墙上的空洞,不研究墙。
物质结构中最重要的一种东西,就是宇宙空间。宇宙空间本身是一种物质。是它造成了万有引力和核强力,我们必须承认它,研究它。
爱因斯坦说过:“物质就是能量,能量就是物质”。物质和能量可以互相转换。
那么,能量的是什么? 能量的本质其实就是一种推力、作用力。工作状态下的推力是动能。物质结构改变、破坏才能产生的作用力是势能。 电磁波就是动能形态能量,物质就是势能形态能量。直观地说,光就是动能形态的能量,基本粒子就是势能形态能量。基本粒子可以转化为光。光可以转化为基本粒子。就像大气中的水分子和云来回转换一样。
E=mc^2,表明了一切物质都可以转换为能量。现已经发现的基本粒子有62种,根据爱因斯坦的公式,理论上说,这62种基本粒子最终都可以转换为同一种东西,就是能量;而且转换为能量时,62种基本粒子质量多少、转换多少,都是同量的,不存在谁多谁少的问题。同样,由能量这一种东西就可以生成62种基本粒子,可以这样说,62种基本粒子具有同质性,就是最终由同一种东西构成。只是大小、结构不同罢了。
基本粒子之间,来回、互相转换,一会释放电磁波,一会吸收电磁波这些现象。恰好说明了这一点。任何物体的速度都不能超过光速30万公里/秒,也说明所有物体都是由同一种东西构成。
敲击钢轨,就会产生铁原子的振动,这种振动就会以5200米/秒的速度传递。这种振动就是声波。声波通过空气分子的传播速度是340米/秒,这个速度是空气决定的;通过水的传播的速度是1500米/秒,这个速度是液体水决定的。
火车的路径受轨道限定。所有电磁波的传播速度都是30万公里/秒,是什么东西限定了它的速度?任何物体的速度都不能超过光速,又是为什么?超过了会发生什么现象?
物质世界,不存在虚无缥缈的东西,一切都是实的,一切都是需要具体解释的。
电磁波是一种振动,必须要有介质传递。基本粒子的加速运动,必须要有直接作用的推力。这个力可能是波,可能是其他粒子的运动传递,也可能是直接作用的压强差。万有引力,必须要有直接作用于物体的推力。如果两个物体之间什么都没有,凭什么产生牵拉力?只是我们没有发现。
电磁波实际是一种对空间的“敲击”,像敲击钢轨一样,需要有一种小物体当介质,一个推一个,传递过去,这是必须的。所以,宇宙空间,应该充满一种介质。这种介质,有点类似于液体,我们可以叫它为“希格斯液体”。电磁波实际就是对希格斯液体的“敲击”,产生的推力的传递,像多米诺骨牌效应。
根据E=mc^2,所有的基本粒子的构成都是同一种东西,这种东西可以完全“消失”,转换为能量,也可以由能量产生。由此推论,基本粒子的结构,是一种类似泡沫的结构。有点像抽真空的电灯泡,或者是像肥皂泡。可以湮灭,可以产生。
宇宙物质世界的基本结构是:“希格斯液体+泡沫(基本粒子)+电磁波+内部强大的压强”。泡沫(基本粒子)和电磁波可以互相转换。
泡沫破裂为什么会产生巨大能量呢,是因为宇宙希格斯液体内存在着极其强大的压强。
这个压强可以计算:宇宙希格斯液体压强= (E=mc^2)÷对应的物体(泡沫)实际体积。以质子质量和大概体积粗略计算,可以达到1 ×10^(31)个大气压强。极其巨大。
可以这样想象,在10000米海水深处,压强是1000个大气压,想要推开海水,形成1立方米空间,就需要约1×10^(8)焦耳的能量。同样,这1立方米空间被填充,就会释放出约1×10^(8)焦耳的能量,物质和能量的转换也是这样的原理。
既然泡沫(基本粒子)可以转换为能量,那么,能量也可以转换为泡沫(基本粒子)。如果我们把极为巨大的能量的电磁波聚焦到希格斯液体里一个很小的点上,这个能量大到一定程度,那么这个点上就会产生泡沫(基本粒子)。现代科学实验已经证明,能量可以转换为物质,γ射线就可以转换为电子。可以这样说,电磁波是动能,构成物质的基本粒子 (泡沫结构)是势能,动能势能可以互相转换。单位体积内的动能超过临界值,就会推开希格斯液体产生灯泡状或泡沫状的结构,能量“结晶”,转化为势能。具体形态就是基本粒子。
原子弹发明之前,爱因斯坦怎么会知道原子核内蕴含巨大能量的?
兄弟的问题的顺序逻辑就有问题了,是因为爱因斯坦知道了原子能的力量,其他人才会研制出原子弹的,而不是倒过来[微笑][微笑]
原子弹发明之前,爱因斯坦怎么会知道原子核内蕴含巨大能量的?
是居里夫人的女儿女婿预言了原子核裂变会释放能量的,而爱因斯坦质能方程是根据相对论推导饿结果,并没有特定指微观世界,但能算出裂变的能量,那个时代真是人才济济,大神聚会的时代,现在物理都是在那个时代确立的理论框架下进行的,包括霍金的东西,所以新的理论框架我们要慢慢的等哪个天才出来,但一定是坎坷的,肯定也不会出现在中国,
原子弹发明之前,爱因斯坦怎么会知道原子核内蕴含巨大能量的?
原子弹与爱因斯坦关系不大,实验室发现的聚变反应条件极其释放的能量,而质能关系只是确定释放后质量会亏损,就像化学反应一样
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