爱因斯坦是如何在原子弹发明前,知道原子核内蕴含着巨大能量的?


爱因斯坦是如何在原子弹发明前,知道原子核内蕴含着巨大能量的?

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很多人提到原子弹,就会想起爱因斯坦
爱因斯坦被美国《时代周刊》评为“20世纪伟人”
事实上,爱因斯坦并没有参与美国的曼哈顿计划,原子弹也和他没有任何关系 。要说他为何会被联系起来,因为曼哈顿计划书上的一个公式:爱因斯坦的质能方程
其实这是当时为了更好说服民众,美国拿爱因斯坦当噱头,用来说明原子弹的威力很强大 。这应该算是最早的代言,这个举动让爱因斯坦从此被和原子弹捆绑在了一起,不知道对这位科学家的晚年来说是福还是祸 。
原子弹蘑菇云


质能方程质能方程诞生于1905年,那一年也被称为物理的“奇迹之年” 。方程式很简单,E=mc^2,只要看一眼就会记住 。然而,这短短的一个公式对于整个物理世界来说,犹如一道光,照亮了新的领域 。
爱因斯坦与质能方程


经典物理学认为,物体的质量和能量完全是两个不同的概念,它们之间不会存在任何关系 。从宏观上来看的确是这样,在进入20世纪之后,量子力学已经成为一股新兴的力量,物理学家们早已经从宏观进入了微观 。此时的物理界并不知道,原子的结构是怎样的?它是由什么组成的?这个时候距离原子弹诞生还有40年的时间 。正是从爱因斯坦开始,物理的巨轮开始朝着一个新方向航行 。
原子


1911年,卢瑟福进行了著名的α粒子散射实验,验证了原子的核结构以及它内部的组成情况 。原子由原子核以及核外电子组成,原子核又由质子和中子组成 。电子带负电、质子带正电、中子不带电,电子围绕原子核运动
卢瑟福是1908年诺贝尔化学奖得主


这个原子结构模型是道尔顿在19世纪提出来的概念,与他同时代的物理学家们还有其他的设想模式 。最终卢瑟福用实验证明了道尔顿的假设是正确的
那么电子为何会围绕原子核运动呢?这就要提到一个方程F=Gm1m2/r^2,这不是牛顿的万有引力方程吗?它和原子又有什么关系?这就要提到宏观与微观的统一性,大到宇宙天体,小到电子、原子核,它们都符合万有引力这个公式,某种程度上来说,原子就是一个微缩的宇宙,或者宇宙就是原子的放大版
原子核、电子与太阳系的排列方式


我们总是把爱因斯坦普朗克作为量子物理的领头人,于是就觉得那个年代只有这两人在做贡献 。其实不然,在20世纪初期,物理学上神仙打架,各种巨匠辈出,缔造了最灿烂的一段时期 。这其中有无数的后继者在爱因斯坦的基础上,进行拓展 。爱因斯坦是那个巨人,让大家踩着他的肩膀去摘苹果
原子研究真正把原子和原子弹联系起来的,是德国物理学家哈恩斯特拉斯曼,他们发现了原子的核裂变
核裂变原理图


大家有没有想过,门捷列夫的元素周期表,真的只是一张规律总结吗?为什么氢会是第一号元素?为什么越往后面走,元素越难被发现,居里夫妇努力了很久,才发现钋和镭
二十世纪初的物理学家们还不知道,氢原子是全宇宙中含量最多的原子,紧随其后的就是2号元素氦 。这是因为,以氢原子为原始基础,可以让它结合形成一个新原子 。它就像道家学说那样一生二,二生三,然后整个元素周期表就被它生出来了 。
氦原子拥有两个电子


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