愛因斯坦發明了原子彈?不,他只是和平的捍衛者

2020-12-05 科學探索菌

這是誤解,一些人以為一個質能方程就能發明原子彈?質能方程只是闡述了質量和能量的關係,表明的質量和能量是統一的,能夠用來解釋為什麼核反應會釋放出這麼多的能量,但是不能解釋為什麼會發生核反應。

愛因斯坦在1905年提出質能方程的時候,湯姆遜已經發現了原子中存在電子,雖然原子內部結構模型滿天飛,但是物理學家盧瑟福在1912年才發現了原子核的存在,愛因斯坦當時根本不可能知道自然界中存在核反應。因此,原子彈的原理和設計都與愛因斯坦無關。愛因斯坦只是一名偉大的理論物理學家,並不是工程師。

愛因斯坦與原子彈的發明並沒有太大的關係

在納粹德國稱霸歐洲的時候,英國情報機構就發現了納粹德國計劃製造原子彈,而負責實施這一計劃的主要科學負責人就是作為量子力學的主要創始人之一的海森堡。

在愛因斯坦受到納粹迫害時,他前往了美國。在知道納粹德國希特勒正在計劃造原子彈時,在科學界的朋友的推舉下,1939年由愛因斯坦牽頭給時任美國總統的羅斯福寫了一封,希望美國務必趕在德國之前造出原子彈。後來當愛因斯坦知道納粹德國當時並沒有足夠的能力造出原子彈,他為自己當初寫的那封建議信感到後悔。不過原子彈的發明和使用加快了日本的投降,挽救了很多無辜人員的生命。

原子彈本質上是核能的發現與應用。既然核能的發現與愛因斯坦沒有關係,那核能是怎麼被發現的呢?

先來看一看原子的認識之旅:

在古希臘時代,哲學家們就認為物質是由微小的粒子構成的,這一古代原子論以德謨克利特為主要代表。17~18世紀,在眾多化學家的努力下,道爾頓總結前人的經驗提出了近代原子理論,這標誌著「物質是由原子構成的」這一觀點正式被科學家們廣泛承認。

1897年湯姆遜在研究陰極射線時發現了電子;1912年盧瑟福通過阿爾法粒子散射實驗發現了原子核;1918年盧瑟福用阿爾法粒子轟擊氮氣時發現了質子,還預言了中子的存在;由於中子不帶電,到了1932年才由盧瑟福的學生查德威克證實了中子的存在。

(上圖為盧瑟福,他為人類認識原子結構做出了重要貢獻)

核反應及核能的發現:

1896年貝克勒爾在研究鈾礦石時發現鈾具有放射性,鈾發出的射線能夠使空氣電離。此後,以居裡夫婦、盧瑟福和索迪為代表的科學家為放射性的研究做出了重要貢獻,居裡夫人還因此患上了癌症。原子的放射性和衰變的發現為核反應的發現及核能的應用奠定了基礎。

(上圖為正在做實驗的居裡夫人及其丈夫皮埃爾·居裡)

世界上第一次人工核反應是由盧瑟福在1918年實現的。當時盧瑟福用天然放射性物質阿爾法粒子轟擊氮,成功從氮原子核中分離出了質子。

在中子被發現之後,1938年德國物理學家哈恩在德國柏林用中子轟擊鈾,發現了核裂變反應,他的同事偉大的女性物理學家莉澤·邁特納首先用理論解釋了核裂變反應的原理。哈特發現核裂變反應可以釋放出比化學反應多上許多倍的能量。遺憾的是,哈恩意識到核裂變在軍事上的應用,當即就向希特勒提出了製造原子彈的具體計劃。

(上圖為核裂變的發現者奧託·哈恩)

在4年之後的1942年,美國物理學家費米在芝加哥大學建造了世界上第一個人工核反應堆,該反應堆採用的是鈾裂變鏈式反應,這是核裂變的第一次應用。第二次實際應用當然就是1945年的原子彈了。

核聚變反應則是由馬克·歐力峰於1932年發現的,他於上世紀50年代還在澳大利亞國立大學成立了專門研究核聚變的科研機構。

(上圖為核聚變反應的發現者馬克·歐立峰,而盧瑟福正是其導師,他為美國的曼哈頓原子彈計劃做出了重要貢獻。)

核反應為什麼能釋放出這麼多能量?

核反應過程中所釋放出的能量被稱之為原子能或者核能。

學過初中化學的可能都知道,化學反應過程中反應物與生成物的質量是保持不變的。而在核反應過程中,反應後存在質量虧損,而巨大的核能就來源於此。此時愛因斯坦從狹義相對論中得出的一個推論質能方程就派上了用場,用該方程就可以解釋為什麼核反應過程中會釋放出這麼巨大的能量。不過即使沒有質能方程,人類依然可以造出原子彈,只是不知道背後的原理。

(上圖為鈾235鏈式裂變反應示意圖)

(如圖所示,太陽所釋放出的巨大能量就來源於核聚變反應)

核反應過程中能量主要以光及其它亞原子粒子的形式輻射出去了。需要注意的是,能量不能單獨存在,物質就是能量的載體。所謂的質量變能量,實際上是物質轉變成了另一種形式。

理論上,重核聚變的質能轉化率為0.7% ,輕核裂變的質能轉化率為0.135%。即使這樣,核反應所釋放的能量也是驚人的,相同質量情況下核反應是化學反應所釋放能量的成百上千萬倍,僅1千克鈾235裂變後釋放的能量就相當於2500噸優質燃煤完全燃燒時所釋放的能量。

結語

原子彈的發明雖然和愛因斯坦沒有太大關係,但愛因斯坦那種熱愛和平的思想是崇高的,值得繼續傳承。

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相關焦點

  • 原子彈的發明與愛因斯坦有關係嗎?
    這是誤解,一些人以為一個質能方程就能發明原子彈?質能方程只是闡述了質量和能量的關係,表明的質量和能量是統一的,能夠用來解釋為什麼核反應會釋放出這麼多的能量,但是不能解釋為什麼會發生核反應。愛因斯坦在1905年提出質能方程的時候,湯姆遜已經發現了原子中存在電子,雖然原子內部結構模型滿天飛,但是物理學家盧瑟福在1912年才發現了原子核的存在,愛因斯坦當時根本不可能知道自然界中存在核反應。因此,原子彈的原理和設計都與愛因斯坦無關。愛因斯坦只是一名偉大的理論物理學家,並不是工程師。
  • 原子彈是如何被發明的?為什麼愛因斯坦後悔同意研發原子彈?
    對於原子彈這個詞是怎麼來的?1913年,赫伯特 喬治 威爾斯出版的小說《世界解放》中描述了一個關於未來世界的噩夢,原子被武器化,於是他發明了「原子彈」這個詞,原子彈又是如何被發明的呢?他還知道,利用指數的力量,如果能在原子核的世界中引發鏈式反應,那麼類似威爾斯幻想的原子彈將成為可能,他一想到這種破壞力就不寒而慄,但從此刻起世界發生了翻天覆地的變化。我們人類究竟是從何時開始研製核武器著呢?這要從三封信說起。
  • 愛因斯坦後悔發明了原子彈
    1945年8月6日,當愛因斯坦在紐約薩朗那克湖邊從《紐約時報》的一位青年記者那裡知道了日本廣島遭原子彈轟炸的消息時,感到極度震驚。作為推動美國開始原子彈研究的第一人,愛因斯坦不無遺憾地說:「我現在最大的感想就是後悔,後悔當初不該給羅斯福總統寫那封信。……我當時是想把原子彈這一罪惡的殺人工具從瘋子希特勒手裡搶過來。
  • 愛因斯坦為何會後悔造出原子彈?這才是原因,大科學家果然不簡單
    大家都知道愛因斯坦是一位著名的科學家,他生前為人類的科學進步做出了很大的貢獻,其中一項就是發明了原子彈。不過,在數年之後,愛因斯坦卻異常悔恨自己研發出了原子彈,這究竟是為什麼呢?眾所周知,二戰時期,德國率先開始研製大規模殺傷性武器原子彈,為了在軍事實力上不落後於德國,美國也緊隨其上,而結果自然是美國領先一步。不過,德國在美國使用原子彈之前就投降了,所以這個武器並沒有得以讓人們見識到它真正的威力。德國投降之後,日本負隅頑抗,為了儘早結束戰爭,美國決定對日本投擲原子彈。這次人們徹底地了解了原子彈的恐怖力量。
  • 在原子彈發明之前,愛因斯坦是怎麼知道原子核蘊含著強大能量的?
    愛因斯坦是世界上最偉大的科學家之一,有很多人認為是愛因斯坦幫助美國研製出了原子彈,從而幫助美國結束了第二次世界大戰。但是事實上,愛因斯坦本人與原子彈的發明並沒有直接關係,不過愛因斯坦確實通過質能方程推導出了在原子核內蘊藏著巨大的能量,這才促使人們開始對原子能進行研究。
  • 在原子彈發明之前,愛因斯坦是怎麼知道原子核蘊含著強大能量的?
    愛因斯坦是世界上最偉大的科學家之一,有很多人認為是愛因斯坦幫助美國研製出了原子彈,從而幫助美國結束了第二次世界大戰。但是事實上,愛因斯坦本人與原子彈的發明並沒有直接關係,不過愛因斯坦確實通過質能方程推導出了在原子核內蘊藏著巨大的能量,這才促使人們開始對原子能進行研究。
  • 原子彈發明前,愛因斯坦怎麼知道原子核中含有巨大能量?
    很多人認為是愛因斯坦的理論指導了原子彈發明,這其實是謠言。
  • 原子彈發明前,愛因斯坦是如何得知原子核中蘊藏著巨大能量的?
    原子彈的出現,使武器的破壞力又上了一個更高的層次。曾經有一個合成的圖片,裡面既有愛因斯坦,又有原子彈爆炸的現場,這使得許多人都認為這和愛因斯坦有關,其實這是誤傳的,因為在他的一生中,根本就沒有在原子彈爆炸的現場出現過。
  • 在原子彈發明之前,愛因斯坦是怎樣知道,原子核內含巨大能量的?
    在原子彈發明之前,愛因斯坦是怎樣知道,原子核內含巨大能量的?大家都知道,愛因斯坦的各種理論和成就,一直是學者學習的對象,其中尤其是原子核的偉大能量理論。而很多人就有一個疑問,在原子彈發明之前,愛因斯坦是如何知道的?
  • 愛因斯坦曾經因為造出原子彈而後悔過嗎?想像總比現實要殘酷!
    前不久網上爆出一則這樣的帖子,就是愛因斯坦為什麼會後悔發明原子彈?其實我們對原子彈的認知都是來自於二戰中日本的廣島和長崎,只知道原子彈的威力很大,雖說不能毀滅世界但是也能造成意想不到的傷害。二戰結束後,雖然有一些國家也研發出了原子彈。
  • 愛因斯坦製造了原子彈?跟他關係不大,只是提供了理論支持
    實際上質能方程和原子核中的巨大能量並不是大家想像的那種關係,而是愛因斯坦在洛倫茲變換和兩個基本假設:光速不變和慣性參考系中的物理定律都是在相同的前提下,推導出了狹義相對論的公式,闡述了質量與能量的關係。
  • 原子彈沒發明出來之前,愛因斯坦怎麼知道原子核裡有著巨大力量?
    簡而言之,愛因斯坦提出的偉大方程式E=mc^2,也就是著名的質能方程式,對於原子彈的製造沒有直接的指導作用,只是核裂變理論假設被提出來之後,質能方程式是可以用到解釋這一現象上面來。要了解這一問題,首先還得知道質能方程式是怎麼來的,質能方程式和愛因斯坦的狹義相對論緊密相連,事實上愛因斯坦在提出狹義相對論之前,就意識到了很多與常識不符合的地方,在物理學家洛倫茲提出了洛倫茲變換的前提下,愛因斯坦進一步提出了兩個假設:一、任意一個光源在一切慣性參考系中的速度都是各向同性而且速度都為c;二、所有慣性參考系中的物理定律都是相同的。
  • 愛因斯坦死前曾燒毀手稿,隱藏了一項發明,公布出來將影響世界
    ,就連他死後也是如同一團迷霧,讓人捉摸不透,只能留下無盡的猜測。愛因斯坦是一個和平主義者,在戰爭時期德國是最大的威脅,為了能夠儘快的結束戰爭,愛因斯坦曾經向美國當局提議,需要儘快研究出原子彈,最好是搶先在德國之前研究出來,愛因斯坦的願望實現了,原子彈被研究了出來。
  • 愛因斯坦與羅斯福:原子彈的製造
    原子彈的出現,對於整個世界都是一個重要事件。我們看到美國用製造出來的兩枚原子彈,砸向了日本的廣島和長崎,這一事件對二戰最終結束,有著相當重要的影響。原子彈這個東西,作為工具,本身不具有任何好壞的屬性,但是因為威力實在太大,直到今日眾說紛紜。
  • 沒有愛因斯坦的質能方程,就造不出原子彈嗎?
    這幾天我們談論的很多經典公式、論戰、實驗都離不開愛因斯坦,愛因斯坦的確是科學史上最最偉大的科學家之一。而提到愛因斯坦,則不能忽略他的質能公式,這個被譽為世界十大經典公式之一的質能公式,很多人說它的副產品就是原子彈。那麼沒有質能公式,就造不出原子彈嗎?
  • 愛因斯坦對科學的傑出貢獻使他的名字成為科學天才的代名詞
    提到愛因斯坦,可以說是無人不知無人不曉,在我們上學的時候,書本上都學過關於他的故事,在我們的心裡他就是天才的代表和象徵,他是著名的物理學家。1879年3月14日,愛因斯坦出生在德國烏爾姆的一個猶太小業主家庭。一年後,他和家人搬到慕尼黑。
  • 愛因斯坦的相對論和原子彈的發明究竟有著什麼樣的聯繫?
    原子的分裂現象是30年代德國人首先發現的,而且注意到原子分裂時的能量釋放現象,但這只是現象觀測,而不是理論上的清晰解釋,如果在理論上沒有清晰明了的解釋的話,就難以吸引全球頂尖科學家進入原子能界進行進一步研究,而沒有龐大的科學家群體的背書,美國或者其他實力國家就不敢於投下巨大人力物力去實際研究原子彈,畢竟任何政府不可能在沒有清晰的理論指導下,就貿然去進行這類國家級的工程
  • 天才物理學家愛因斯坦,有什麼樣的發明?
    被評為「20世紀最有天分的物理學家」、「現代物理學之父」的阿爾伯特·愛因斯坦,他有著什麼樣的發明呢?說到愛因斯坦,「相對論」很有名,但他的功績和發明不止如此。愛因斯坦留下了許多功績和發明。留下了許多功績,愛因斯坦的發明相對論等各種理論,愛因斯坦作為理論物理學家廣為人知,但並不是只考慮公式面對黑板和桌子。對這個應用也寄予了極大的關心。喜歡進行著實現想法的實驗。愛因斯坦設計的冰箱也是其中之一,不使用電動機和冷卻液。相反,低壓下使用更低的溫度使水沸騰。愛因斯坦和猶太物理學家希拉德的創意,是在氨氣蒸汽中用燃燒爐烤滿丁烷的燒瓶。氨蒸氣壓力低,丁烷的沸點下降。
  • 愛因斯坦去世前為什麼燒毀了自己的手稿?
    原子彈的發明已經使愛因斯坦懊悔不已,新的發現會使人類擁有逆天科技,愛因斯坦擔心人類控制不了,可能會導致人類滅亡,於是寧願將這些發現埋葬。愛因斯坦晚年根本沒有什麼重大科學發現,很大一部分精力都放在了各種反戰和平活動。很多人覺得原子彈是愛因斯坦發明的,其實原子彈的製造原理跟愛因斯坦沒關係,通過質能方程根本製造不出原子彈。
  • 說出來你可別不信,愛因斯坦也發明過冰箱!
    兩位大咖其中一位物理學家,是愛因斯坦。說起他,人們總會聯想到相對論、質能方程、光電效應等令人驚嘆的學術名詞。可是,很少有人知道,愛因斯坦除了是一位在科學理論方面富有創造性的天才,還對發明技術裝置饒有興趣。據統計,他在45至50歲的幾年間,申請了多達19項發明專利,遠遠超過他當時所發表的科學論文數量。