一個震撼了世界的公式,偉大理論背後,是一個關乎萬物的簡單思想

從什麼時候起，我們開始厭惡數學？這些東西原本如此美麗，如此精妙。這個地球上有多少偉大的智慧曾耗盡一生，才最終寫下一個等號。每當你解不開方程的時候，不妨換一個角度想，暫且放下對理科的厭惡和對考試的痛恨。因為你正在見證的，是科學的美麗與人類的尊嚴。

英國科學期刊《物理世界》曾讓讀者投票評選了「最偉大的公式」，最終榜上有名的十個公式既有無人不知的1+1=2，又有著名的E=mc2；既有簡單的圓周公式，又有複雜的歐拉公式……

在一次明星訪談中，有人問卡梅隆·迪亞茲（美國女演員），在這個世界上，她還有什麼最要想知道的事，她竟然回答說：「很想知道E=mc2的真正含義是什麼。」這個回答令在場人先是驚愕，隨之哄堂大笑起來。在眾人的笑聲中，她又補充了一句：「我這是認真的。」誰也沒想到，這位世界超級名模和當紅的好萊塢明星大腕，竟會有這樣的夢想！

迪亞茲所說的E=mc2，就是愛因斯坦著名的質能公式。這個公式在物理學界乃至在科技領域產生了強烈的反響，世界上有多位著名物理學家的研究與這個公式息息相關。

01質能公式提出，同時也拓展人們對新思想的追求

1905 年，年僅26歲的愛因斯坦在德國《物理年鑑》上一連發表了6篇論文，它們都具有劃時代的分量，但在這一時期，他得不到物理教授的職位，甚至連個普通的物理教師都不是，而只是一所專利局的小職員。在1905 年11 月21 日發表的題為「物體的質量可以度量其所含的能量嗎？」的論文中，他提出了質能公式E=mc (能量E = 質量m ╳ 光速c的平方)，不僅給出了理論上的證明，還提出了檢驗這一公式的建議。

質能公式揭示了一個驚天的秘密，即使物體靜止，它依然具有能量，而這份能量就蘊含在物質之中。由於c是光在真空中傳播速度的平方值，這個數值非常的巨大，蘊含在物質內部的能量一旦開發出來，將大的不可限量！

愛因斯坦的質能公式深化了人們對能量的認識，能量不僅表現在物質的運動狀態上，不僅存在於物質的形態和化學結構裡，還存在於無形的場中，也隱藏在物質的質量之中，也就是質量與能量等效。

質能公式揭示出了一個驚天的秘密，即使物體靜止，它依然具有能量，而這份能量就蘊含在物質之中。由於c2是光在真空中傳播速度的平方值，這個數值非常的巨大，蘊含在物質內部的能量一旦開發出來，將大得不可限量！這個驚人的預言本應引起轟動，然而在論文發表的初期，卻遭到一些人的反對，就連當時的一些著名物理學家也對這位年輕人給出的公式表示懷疑。

在一般情況下，例如在普通的化學反應中，反應前後總質量的變化不大，質量與能量的轉化並不明顯。例如，在氫和氧結合生成水的反應中，每生成大約1千克水，會釋放出大量的能量，但質量的虧損卻只有1.5×10-10千克，並不引人注意。然而在核反應中，當大約有十分之幾克的質量轉化為能量釋放出來，情況就大不相同了。最有效的質能轉化是在正負物質的湮滅中，那時全部質量將轉化為能量。對這一情況，愛因斯坦也有預言，他建議在放射性物質的衰變中，去尋找質量轉化能量的證據。

科技領域獲得成功的同時，質能公式也引領了社會的文化生活。人們對新思想的追求遠遠地跨越了科學界，質能公式已經成為全世界人們知曉最廣泛的公式。它不僅頻繁地出現在眾多的學術書籍和學刊中，也常出現在雜誌封面上、櫥窗裡、廣告牌上、路邊的裝飾上、T恤衫上、咖啡杯上，甚至刻印在10分錢的硬幣上，印刷在郵票上。這個公式成為人們挑戰舊思想的口號與追求時尚的標誌。

02 質能方程的認可及印證

質能方程的印證涉及三位著名的物理學家，她們恰好是三位傑出的女科學家——瑪麗·居裡、麗斯·梅特納與塞希亞·佩恩。

1938年，梅特納為躲避納粹的迫害在瑞典避難。在這年的聖誕節期間，她與侄子奧託·哈恩提出了核裂變的思想。他們認為，原子核也會像「液滴」那樣分裂，在分裂中釋放出能量來。但是當時面臨一個令人困惑的問題，原子核克服巨大的表面張力分裂開來的所釋放的能量該有多大。

因為經他們計算，只一個鈾原子核的分裂，所涉及的能量就將達到200兆電子伏！這麼大的能量從何而來？這時，梅特納突然想到了愛因斯坦的質能公式。她立刻著手計算了鈾核分裂前後的質量，從反應前鈾核的質量與分裂後兩個碎片的質量之和的差值，再利用質能公式，果然找到了這200兆電子伏能量的來由。就這樣，他們草擬出了一個鈾核的裂變理論提綱，把相應裂變能量做出了計算，以論文發表了出來。

03 質能關係公式的副產品--原子彈，同時把人類對能量的認識推向了一個更高的階段。

在原子核鏈式裂變反應發明之後，人們更加意識到了質能公式的重要性，最終製造成功了原子彈。1945年8月6日上午8時15分，美軍B-29轟炸機在日本廣島上空投下一顆名為「小男孩」的原子彈。大約在1秒半的時間內，裂變反應把鈾核能釋放了出來。核能的釋放非常暴烈，一股熱浪把空氣加速，形成比龍捲風快數萬倍的氣浪，一個白色的火球帶動著巨大的蘑菇雲，席捲著塵土、碎石騰空而起，爆炸中心的人在極度的高溫下瞬間融化，他們的身軀被「拍」在了牆上，後人稱廣島為「影子地獄」。

造成這種恐怖景象的，就是美軍研製成的三顆原子彈之一的「小男孩」。「小男孩」是「槍式」彈，長3米，重約4噸，直徑0.7米，TNT當量為1.5萬噸，內裝60千克高濃鈾。廣島市24.5萬人中有20萬人死傷，城市建築物在巨大衝擊波作用下全部倒塌和燃燒，一枚原子彈毀掉了一座城市。

兩天後，1945年8月9日上午11時零2分，美軍又用B-29轟炸機將第二枚原子彈「胖子」投在長崎市中心。兩顆原子彈結束了第二次世界大戰，在如此慘烈的事件中，質能公式E=mc2也被證實了。

質能公式不僅在地球上得到印證，在對太陽等恆星的認識中，也顯現出了它的作用。首先把質能公式從地球擴展到太空的人是英國女科學家塞希亞·佩恩。即使學過物理的人知道佩恩的也不多。像瑪利亞·居裡、麗斯·梅特納一樣，佩恩也是一位對物理作出重要貢獻、在艱難之路上長時間堅持的女物理學家。

1919年，在佩恩19歲的時候，獲得了獎學金來到劍橋大學攻讀物理學和化學。就在這一年，佩恩被愛丁頓考察廣義相對論引力效應的壯舉所吸引，她決定改修天文學。然而，在當時天文學歸屬為數學的一個分支，只有物理背景的佩恩的申請被校方拒絕。無奈之下，她只得敲開愛丁頓辦公室的門，陳述她的希望，愛丁頓收留了她。當時盧瑟福正在天文系任教，他對教室裡出現一個女生不知所措。一些男同學趁此嬉笑她，也常粗聲嘯叫著起鬨，企圖把她驅趕出教室，佩恩並沒有因此放棄這個專業。但在當時的英國，即使完成了全部學業，學業成績優秀且已經成為英國皇家學會會員的佩恩，也不可能拿到天文學的學位。

一次偶然的機會，她與美國天文學家哈羅·沙普利見了面，在沙普利的鼓勵之下，1923年，她毅然轉學到了哈佛。23歲的佩恩就這樣離開了家鄉，成為在哈佛天文臺學習的第二個學生。1925年，她首次證明了太陽主要由氫元素組成，但在那時，這個結論不被人所接受。沙普利鼓勵佩恩以此內容寫出一篇博士論文，論文的題目是「恆星的大氣與恆星高溫反變層組成的觀察研究」。當年，佩恩獲得了哈佛的博士學位。

為了繼續完善這篇論文，佩恩把大量時間集中在太陽的光譜分析上。當時只有分光鏡等簡單的儀器，這是個單調、乏味而耗時的工作。她獨自在天文臺做觀測和計算，從中有了新的發現。在那時，人們普遍認為，就像地心聚集大量的鐵那樣，天體也含有大量的鐵，太陽的熱就來自太陽內部鐵的燃燒，但佩恩卻發現情況並非如此。經對譜線研究得知，太陽的內部含有大約90%的氫。她的這個想法引起了周圍人的議論，也招致著名天文學家亨利·羅素的反對，為此導師拒絕接受這篇論文。

在當時，羅素具有絕對的聲望，反對羅素，將意味著孤立無援，沒有出路。而且如果佩恩是對的，對太陽燃燒的解釋就將徹底改變。在左右為難的困惑與壓力之下，她引用了愛因斯坦的質能方程，以此為根據，對太陽發射能量仔細進行了理論計算，其結果更清楚地解釋了太陽持續高熱發光的原因。然而，這個解釋顯然不可能被權威接受。為了使論文得以發表，佩恩只得做出妥協，在不得已的情況下，她在論文最後加上一行小字：「以上這些（關於氫）結論還不能完全斷定是真實的。」正因為專家的反對、同行的不予理睬，佩恩的工作長期被人們所忽視。

直到1938年，漢斯·貝特再次利用愛因斯坦的質能方程解釋太陽內部的核聚變反應，人們才最終認識到太陽的能量來源，不只謎團被揭開，佩恩的正確性也得到印證。最終，佩恩的成果在她提出的十多年之後，才被人們接受。

愛因斯坦的質能公式深化了人們對能量的認識，能量不僅表現在物質的運動狀態上，也不僅存在在物質的形態和化學結構裡，還存在在無形的場中，更隱藏在物質的質量之中，也就是質量與能量等效。質能關係把人類對能量的認識推向了一個更高的階段。

華盛頓特區的愛因斯坦塑像，他手上拿著的是質能方程的手稿。

然而，首先提出質能公式的愛因斯坦，卻在得知廣島和長崎原子彈爆炸之後感到自責，他認為，由於自己在質能關係方面的工作，應當對死去的20萬日本人負責，他說：「早知道這樣，我應當去當個鐘錶匠。」

可以說，質能公式不僅改變了人們對質量、能量的看法，促進了核物理、粒子物理、天體物理、宇宙學領域的發展，更揭示了天體的奧秘，引導了核能的開發，以致原子彈的產生，影響了整個世界。

愛因斯坦開創了現代科學技術新紀元，被公認為是繼伽利略、牛頓之後最偉大的物理學家，或許，在這樣一位科學巨匠面前，諾貝爾獎已經變得微不足道，又或者說愛因斯坦的相對論遠超前於同時代的其他科學家，除了他，沒有人能如此接近廣義相對論，愛因斯坦的相對論研究幾乎劃開了一個時代，廣義相對論更是給世人呈現出一個全新的時空觀。

人與人在質量上的差別是很小的，也就是說，質量基本是個常數，因此人發出的能量、成功就取決於速度、效率。愛因斯坦這個質能公式，可以用到我們的生活中來，即成功等於能力乘以效率的平方。要想成功，必須倍增效率。啟示我們，誰能夠在短時間內做到別人不能做到的事，誰就能在成功的道路上捷足先登。