原子弹没发明出来之前,爱因斯坦是如何知道原子核里面有能量的

这个问题有一定的误导,核能的是科学家不断用粒子轰击原子并结合爱因斯坦方程式发现的,这也是为什么近代先进国家喜欢造粒子对撞机的原因之一,我们来看一下核裂变的发现过程。

1919年,英国剑桥大学卡文迪什实验室主任卢瑟福用α粒子轰击干燥的氮气,击中氮原子核,使氮转化为氧,并释放出一个质子,证明了原子核内部有质子,并猜想‘中子’的存在。

1932年,卢瑟福的学生查德威克用α粒子轰击铍,再用铍产生的射线轰击氢、氮,结果打出了氢核和氮核,证实了‘中子’的存在。

中子发现后,由于中子不带电荷,很容易接近原子核并被吸收,科学家便开始用中子作为“炮弹”来轰击各种元素的原子核。

1938年,哈恩和斯特拉斯曼进行了中子撞击铀的实验,首次实现了中子诱发的铀裂变。

梅特纳用数学方法假设铀裂变的产物就是由铀原子核的分裂而产生的。但当她把产物元素的原子量相加起来时,发现并不等于铀的原子量,而是小于铀的原子量。

说明在核反应过程中,发生了质量亏损。梅特纳认为,这个质量亏损的数值正相当于反应所放出的能。根据爱因斯坦的智能关系式,E=mc^2,她推算出了每个铀原子核裂变时会放出的能量。

她的侄子弗瑞士设计实验来证实这种设想,他也用中子“炮弹”轰击铀,当中子击中铀核时,观察到异常巨大的能量几乎把测量仪表的指针逼到刻度盘以外。弗瑞士与梅特纳于1939年2月在《自然》杂志上发表了他们的研究成果,核裂变现象被发现。

而后科学家又发现中子轰击铀不仅产生能量,还产生中子,这就为链式核裂变提供有利的条件,这也是制造原子弹的基础。

由以上脉络的梳理可知,爱因斯坦开始并不知核能这种现象,只是为核裂变现象提供了理论证明依据。

简而言之,爱因斯坦提出的伟大方程式E=mc^2,也就是著名的质能方程式,对于原子弹的制造没有直接的指导作用,只是核裂变理论假设被提出来之后,质能方程式是可以用到解释这一现象上面来。

要了解这一问题,首先还得知道质能方程式是怎么来的,质能方程式和爱因斯坦的狭义相对论紧密相连,事实上爱因斯坦在提出狭义相对论之前,就意识到了很多与常识不符合的地方,在物理学家洛伦兹提出了洛伦兹变换的前提下,爱因斯坦进一步提出了两个假设:一、任意一个光源在一切惯性参考系中的速度都是各向同性而且速度都为c;二、所有惯性参考系中的物理定律都是相同的。

随后爱因斯坦在洛伦兹变换的以及两个基本假设的前提下推导出了狭义相对论的公式,而根据狭义相对论的公式,爱因斯坦进一步推导出来了智能方程式。所以可见的是,智能方程式完全是纯理论推导出来的结果,在原子弹被发明之前,爱因斯坦也不知道他的这个公式竟然蕴藏着这么大的秘密,并且这个公式日后还成为了制造原子弹的理论依据。不知道你有没有听说过一个故事,那就是爱因斯坦在听说美国在日本的广岛和长崎投下了原子弹造成了几十万人伤亡之后,内心悲痛万分,还说自己的理论给人类带来了灾难。

重核裂变首先是由德国科学家哈恩以及斯特拉斯曼共同发现的,20世纪30年代以后,随着电子、中子、重氢的相继发现,使得放射性化学上升到了一个新的高度。1938年,当哈恩他们用慢中子轰击铀核的时候,竟然出现了出乎意料的情况,那就是反应不仅强烈、释放出了很大的能量,而且铀核还分裂成为了一些原子序数小很多的原子,哈恩想:“难道这就是核裂变?”

在当时,人们并不知道中子可以打开原子核,不知道中子在打开原子核的过程中,不仅不需要中子的速度很快,而且打开原子核,不需要非常大的能量,更不知道的是打开之后的原子核,居然会释放出巨大的能量。那么为什么打开重核原子核之后会释放出如此大的能量呢?一开始很多的科学家还持怀疑态度,但是后来他们才发现,原来重核原子核在裂变的过程中,前后物质的质量总和是不一样的,生成物质的总质量总是小于反应物质的总质量。

这个时候,科学家想到了爱因斯坦的质能方程式,因为似乎只有这个公式才可以解释为什么重核原子在裂变的过程中会释放巨大的能量,原因就在于裂变的过程中发生了质量亏损,而亏损的质量,则按照质能方程式的理论,以能量的形式释放了出去。可以说,如果没有智能方程式在关键时刻给了科学家理论指导,科学家根本就不会知道释放的巨大能量是从何而来的,而知道了这个能量是由重核裂变质量亏损带来的之后,科学家仿佛一夜之间就打开了原子核内部的秘密,原子弹也就随之诞生了。

在爱因斯坦提出智能方程式的时候,他是不知道原子核是可以被打开的,而且他推导这个方程式的目的,其实是为了形象说明物体在运动速度不同的时候,物体的质量也有所不同,随之物体所具有的能量也就不同,物体在绝对静止的时候质量为m,那么它所具有的能量就是mc^2,如果某颗物体的质量因为速度接近光速的原因达到了m'的话,那么它所具有的能量就是m'c^2,而原子弹的指导依据,是ΔE=Δmc^2。一个是为了描述物体具有的能量,一个是描述的是物体的质量转化为能量的过程,两者是有不同之处的。