這幾天我們談?wù)摰暮芏嘟?jīng)典公式、論戰(zhàn)、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(zhì)能公式，這個被譽為世界十大經(jīng)典公式之一的質(zhì)能公式，很多人說它的副產(chǎn)品就是原子彈。那么沒有質(zhì)能公式，就造不出原子彈嗎？

其實質(zhì)能公式是無法造出原子彈的，質(zhì)能公式只是給原子彈制造提供了一個理論依據(jù)。接下來我們來聊聊原子彈的發(fā)展史。

首先，第一個不能忽略的人是約瑟夫·約翰·湯姆遜，他說第三任卡文迪許實驗室主任，卡文迪許實驗室可以說是科學家的天堂，從1904年至1989年的85年間一共產(chǎn)生了29位諾貝爾獎得主，其科研效率之驚人，成果之豐碩，舉世無雙。在鼎盛時期甚至獲譽“全世界二分之一的物理學發(fā)現(xiàn)都來自卡文迪許實驗室?！薄?/p>

而湯姆遜最大的貢獻就是在1897年發(fā)現(xiàn)了電子，電子的發(fā)現(xiàn)打開通向基本粒子物理學大門，而電子的發(fā)現(xiàn)也證明了原子并非不可分割，電子的發(fā)現(xiàn)具有劃時代的意義，它說明原子并非“不可分割”，原子必然存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)，人們必將沖破千百年來認為原子是組成物質(zhì)的最小單元的陳舊觀念，而去了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)更深的層次。

可以說正是湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子將經(jīng)典物理學引向了新物理學，從而讓科學家們開始從宏觀世界開始轉(zhuǎn)向探索微觀世界。

在此之后，原子核物理學之父，繼法拉第之后最偉大的實驗物理學家（注意愛因斯坦是理論物理學家）盧瑟福在1910年進行了震驚世界的α粒子散射實驗，他通過α粒子為物質(zhì)所散射的研究，無可辯駁的論證了原子的核模型，因而一舉把原子結(jié)構(gòu)的研究引上了正確的軌道，他在這個實驗中發(fā)現(xiàn)了原子并非不可變，放射性是發(fā)自原子內(nèi)部的變化。放射性能使一種原子改變成另一種原子，而這是一般物理和化學變化所達不到的。

盧瑟福的這一個發(fā)現(xiàn)為原子物理學的創(chuàng)立做了開創(chuàng)性的工作，也讓原子能的研究開始提上了議程。

而盧瑟福的學生查德威克發(fā)現(xiàn)了中子，成為了原子能研究的起點，后來，意大利物理學家費米用中子作“炮彈”轟擊鈾原子核，發(fā)現(xiàn)了核裂變和裂變中的鏈式反應(yīng)，開創(chuàng)了人類利用原子能的新時代。

1938年，德國科學家奧托哈恩以及斯特拉斯曼在通過中子撞擊鈾原子核實驗中，發(fā)現(xiàn)鈾原子核竟然能分裂成兩個其它元素原子核，這也是人類首次確認原子核可以分裂。1939年初，德國化學家O.哈恩和物理化學家F.斯特拉斯曼發(fā)表了鈾原子核裂變現(xiàn)象的論文。幾個星期內(nèi),許多國家的科學家驗證了這一發(fā)現(xiàn),并進一步提出有可能創(chuàng)造這種裂變反應(yīng)自持進行的條件。從而讓科學家們意識到造出原子彈的可行性。

哈恩

也就在這個時候，物理學家N.H.D.玻爾和他的合作者J.A.惠勒從理論上闡述了核裂變反應(yīng)過程，并指出能引起這一反應(yīng)的最好元素是同位素鈾235。可以說玻爾與惠勒的的研究成果直接為原子彈的制造提供了夯實的基礎(chǔ)。

愛因斯坦 湯川秀樹 惠勒

在玻爾與惠勒合作開發(fā)的液滴模型中，原子核包括了中子和質(zhì)子，呈液滴狀。當另一個蛻變核中的中子發(fā)射出來擊中這個“液滴”，它就會開始劇烈振動，并逐漸拉升成花生狀，最終一分為二。是不是有點像原子彈爆炸時的情景～

這個時候，我們就要聊到了質(zhì)能方程在其中起到了什么作用呢？

質(zhì)能公式是1905年愛因斯坦提出的一個質(zhì)能轉(zhuǎn)換方程，是在狹義相對論中提出。其中，E是能量，單位是焦耳（J）。M是質(zhì)量，單位是千克（Kg）。C是真空中光速(m/s)，c=299792458m/s

根據(jù)狹義相對論,質(zhì)量隨速度增加而增加,我們知道動能也隨速度增加而增加,那么質(zhì)量不也正是隨動能增加而增加么?為了滿足狹義相對論的兩條原理（相對性原理和光速不變原理）,可以推算出所增加的質(zhì)量乘以光速的平方正好等于物體的動能,即ΔE＝Δm*c^2.進而把結(jié)論推廣為E＝m*c^2.通過質(zhì)能方程可以計算正物質(zhì)與反物質(zhì)的湮滅能量，比如一個正電子質(zhì)量m,反電子質(zhì)量必然也為m，正反電子相遇后湮滅,產(chǎn)生的能量為2m*c^2,即2m的質(zhì)量全部轉(zhuǎn)化為了能量。

可以說，愛因斯坦提出質(zhì)能方程其實和原子能并沒有什么關(guān)系，他提出質(zhì)能方程是為了建立物理學中關(guān)于質(zhì)量和能量聯(lián)系，好解釋他的狹義相對論，因為在經(jīng)典物理學里，質(zhì)量和能量是兩個不搭邊的概念，也沒有公式能夠?qū)⑺鼈兟?lián)系起來。

等到發(fā)現(xiàn)鈾原子核裂變，已經(jīng)是34年之后的事情了。其實質(zhì)能方程只是為原子彈的制造提供了一個理論支持。因為質(zhì)能方程只是一個描述性的公式，來解釋核反應(yīng)中巨額能量和質(zhì)量虧損的由來，尤其是哈恩發(fā)表了鈾原子核裂變現(xiàn)象的論文，更加證實了愛因斯坦公式的正確性。

也就是說，愛因斯坦的質(zhì)能方程為原子彈制造的可能性提供了一個理論基礎(chǔ)，質(zhì)能方程可以反映核裂變或聚變反應(yīng)中原子核內(nèi)部發(fā)生質(zhì)量虧損產(chǎn)轉(zhuǎn)變的核能。也就是說通過核裂變或者核聚變可以產(chǎn)生如此大的威力。

就像我們說的，核裂變的發(fā)現(xiàn)其實不關(guān)質(zhì)能方程的事，雖然沒有合適的理論解釋也沒用合適的理論指導，但是哈恩在用慢中子轟擊鈾核的實驗中還是發(fā)現(xiàn)了原子核的裂變現(xiàn)象，并放出新的中子。

但是后來科學家從愛因斯坦的質(zhì)能方程中找到了理論依據(jù)，就是為什么原子彈會有這么大的威力，從而推動了原子彈研究的進程。

因為質(zhì)能方程涉及到了質(zhì)量虧損，根據(jù)質(zhì)能方程的涵義，反應(yīng)后粒子的靜質(zhì)量要減少，即反應(yīng)后質(zhì)量要有所虧損，而質(zhì)量虧損就意味著能量的虧損，虧損的能量就是原子能。所以科學家就根據(jù)質(zhì)能方程來計算原子彈究竟會具有多大的威力，那么這樣也好打動政府抓緊研制原子彈。比如已知已知鈾核、鋇和氪和中子的質(zhì)量分別是235.0439u，140.9139u，91.8973u和1.0087u。核反應(yīng)方程為：92235U 01n→56141Ba 3692Kr 301n由質(zhì)能方程得放出的能量為92235U 01n→56141Ba 3692Kr 301n，釋放的核能為：3.2×10-11J．

大家可以估一下這威力是多少！費曼就曾經(jīng)說過：在原子彈爆炸中，如果其能量相當于2萬噸tnt炸藥，就可以找到爆炸后的塵埃比反應(yīng)材料輕1g。

所以質(zhì)能方程只是解釋了原子彈為什么會有這么大的威力，并不能造原子彈！

事實上，即使沒有質(zhì)能方程，在哈恩發(fā)現(xiàn)了核裂變以后，大家已經(jīng)知道了核裂變的威力，雖然沒有理論依據(jù)，依然可以制造原子彈。

原子彈的理論、方法、材料、技術(shù)工藝這些，其實和質(zhì)能方程并沒有實質(zhì)性的關(guān)聯(lián)。當然，愛因斯坦曾致信羅斯?？偨y(tǒng)加快核武器的研制也起到了推動作用！

愛因斯坦的致信

原子彈的制造是由奧本海默來負責的。（但是我不能確定在制造過程中有沒有使用質(zhì)能方程來控制好原子彈變量，比如我們造的核能威力要達到多少，那么通過質(zhì)能方程計算，其中鈾核、鋇和氪和中子的質(zhì)量就可以得出）

奧本海默是一個恃才傲物的人，當初想進卡文迪許，結(jié)果被盧瑟福拒絕，但是被湯姆遜給留了下來，但是因為和導師不和，居然想要毒殺導師，幸虧被導師發(fā)現(xiàn)了。他曾經(jīng)很多次在別人發(fā)表演講時打斷他的演講，上臺拿起粉筆，去指出他們的缺陷，連他的老師都不能避免。

后來，他來到美國，當時英國、德國、蘇聯(lián)都在研制原子彈，奧本海默提出集合一流科學家來研發(fā)原子彈，這就是著名的“曼哈頓”計劃?？梢哉f有史以來從來沒有哪一個項目研究匯聚來這么多頂尖的超一流科學家，包括“氫彈之父”愛德華·泰勒、著名的科學家費米、費曼、計算機支付馮·諾依曼還有中子的發(fā)現(xiàn)者查德威克、物理皇后吳健雄等。這些都是在物理史上都無法或缺的具有重要地位的科學家?？梢哉f原子彈的誕生是集合了全世界最超一流科學家的智慧所誕生的成果，曼哈頓計劃總共有超過4000名科學家參與。所以你明白為什么是美國最先研制出原子彈了吧！

但是奧本海默的后半生是凄涼的，他看到了廣島原子彈爆炸的威力，想要反對氫彈的研發(fā)、通過聯(lián)合國實現(xiàn)原子能的和平研發(fā)，結(jié)果被美國誣陷，被指控為與共產(chǎn)黨人合作，包庇蘇聯(lián)間諜，反對制造氫彈等。

奧本海默與愛因斯坦

所以，看完了原子彈誕生的這一系列過程，你會發(fā)現(xiàn)原子彈的誕生其實是一個水到渠成的事情，從湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子引領(lǐng)大家了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)更深的層次開始，其實原子彈就已經(jīng)在襁褓里，慢慢發(fā)育了。

質(zhì)能方程只是給原子彈提供了一個理論依據(jù)，告訴大家原子彈為什么威力會這么大。它并不是制造原子彈的理論基礎(chǔ)，也沒用給原子彈的研發(fā)提供任何直接的理論指導。

但是我們并不能否定質(zhì)能方程的偉大，質(zhì)能方程準確地描述質(zhì)量和能量的關(guān)系，這為波動力學和德布羅意波的誕生奠定了基礎(chǔ)。揭示了靜止的物體也具有能量，意味著，宇宙中任何兩個物體間都能夠依靠能量聯(lián)系在一起。其次就是證明了質(zhì)量能夠單純地轉(zhuǎn)化為能量，這也是原子彈為什么會具有如此大威力的理論依據(jù)，最后就是能量能夠產(chǎn)生質(zhì)量，這似乎為宇宙的誕生提供了理論依據(jù)。

科學是在無盡的探索中發(fā)現(xiàn)宇宙的未知奧秘，從而促進人類與社會的不斷發(fā)展，在這個過程中，可能當下的一個小小的發(fā)現(xiàn)，卻會推動幾十年后的一場科技大革命。這就是科學研究的魅力，在先人一點點挖掘下的泥土上，壘砌了一座高山。

世 界 通 史

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