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。
愛因斯坦在1905年發表的文章《論動體的電動力學》中提出了狹義相對論,當時距離著名科學家玻爾和惠勒於1939年9月在理論上解釋了核裂變反應過程有34年的時間!那麼早在1905年,愛因斯坦狹義相對論中濃縮的質能方程E = mc ^ 2是怎麼來的呢?
在質能方程的推導過程,速度與質量和能量之間的關係(Ek = Fds,熟悉嗎,動能定理),這個過程並不複雜,但涉及了微分很多朋友就懵了,或者直接跳到最後一部分:真正的含義是能量等於物體運動中的能量減去靜止時的能量,但這有一個前提是質量會隨著速度的增加而增加,因此洛倫茲變換中的質增效應公式必須要了解。質增效應曲線,當物體接近光速時,質量將趨於無窮大,因此洛倫茲變換是質能方程的重要基礎。
這是高速運動中的動質量,在理解了這一點之後,E = mc ^ 2就自然而然地得出了。我們可以從中看出,這個過程與核裂變無關,但是玻爾和惠勒在1939年闡述的核裂變反應過程也遵循了這個公式,從這一點來說,你是不是得崇拜這位愛老頭?當然,你還得佩服洛倫茲老爺子。
U235捕獲一個中子後的裂變過程,當然,上圖是理想化的,因為需要有一個臨界質量才能讓中子在飛出U235塊之前與下一個核碰撞產生鏈式反應。 U235的熱中子能量約為207MeV,根據質能轉換公式U235原子質量完全轉換為能量後為931.5MeV,裂變損失約為207 / 931.5 /235≈0.0946%,另外中微子的能量難以使用,有12MeV,因此核裂變的能量計算值一般為200MeV。
愛因斯坦通過研究了解到原子核含有巨大能量,但是他沒有去創造原子彈,有許多朋友認為原子彈也是由愛因斯坦創造的,事實上,這完全被誤解了,只不過是愛因斯坦帶頭向羅斯福寫了一封信,建議研究核裂變武器!因為納粹德國已經開始研究,如果美國不深入這個領域,一旦德國率先掌握這項技術,世界將面臨一場災難!
當然,大家都知道結果,也有許多傳言稱愛因斯坦對核武器研究表示後悔,事實上,與他真有一點關係,所以無論他做不做,原子彈這些原子核內的能量武器都會成功,E= mc ^ 2隻是指導實踐的理論!