原子弹没发明出来之前，爱因斯坦是如何知道原子核里面有着巨大神

Answer 1

简而言之，爱因斯坦提出的伟大方程式E=mc^2，也就是著名的质能方程式，对于原子弹的制造没有直接的指导作用，只是核裂变理论假设被提出来之后，质能方程式是可以用到解释这一现象上面来。

要了解这一问题，首先还得知道质能方程式是怎么来的，质能方程式和爱因斯坦的狭义相对论紧密相连，事实上爱因斯坦在提出狭义相对论之前，就意识到了很多与常识不符合的地方，在物理学家洛伦兹提出了洛伦兹变换的前提下，爱因斯坦进一步提出了两个假设:一、任意一个光源在一切惯性参考系中的速度都是各向同性而且速度都为c；二、所有惯性参考系中的物理定律都是相同的。

随后爱因斯坦在洛伦兹变换的以及两个基本假设的前提下推导出了狭义相对论的公式，而根据狭义相对论的公式，爱因斯坦进一步推导出来了质能方程式。所以可见的是，质能方程式完全是纯理论推导出来的结果，在原子弹被发明之前，爱因斯坦也不知道他的这个公式竟然蕴藏着这么大的秘密，并且这个公式日后还成为了制造原子弹的理论依据。不知道你有没有听说过一个故事，那就是爱因斯坦在听说美国在日本的广岛和长崎投下了原子弹造成了几十万人伤亡之后，内心悲痛万分，还说自己的理论给人类带来了灾难。

重核裂变首先是由德国科学家哈恩以及斯特拉斯曼共同发现的，20世纪30年代以后，随着电子、中子、重氢的相继发现，使得放射性化学上升到了一个新的高度。1938年，当哈恩他们用慢中子轰击铀核的时候，竟然出现了出乎意料的情况，那就是反应不仅强烈、释放出了很大的能量，而且铀核还分裂成为了一些原子序数小很多的原子，哈恩想:“难道这就是核裂变？”

在当时，人们并不知道中子可以打开原子核，不知道中子在打开原子核的过程中，不仅不需要中子的速度很快，而且打开原子核，不需要非常大的能量，更不知道的是打开之后的原子核，居然会释放出巨大的能量。那么为什么打开重核原子核之后会释放出如此大的能量呢？一开始很多的科学家还持怀疑态度，但是后来他们才发现，原来重核原子核在裂变的过程中，前后物质的质量总和是不一样的，生成物质的总质量总是小于反应物质的总质量。

这个时候，科学家想到了爱因斯坦的质能方程式，因为似乎只有这个公式才可以解释为什么重核原子在裂变的过程中会释放巨大的能量，原因就在于裂变的过程中发生了质量亏损，而亏损的质量，则按照质能方程式的理论，以能量的形式释放了出去。可以说，如果没有质能方程式在关键时刻给了科学家理论指导，科学家根本就不会知道释放的巨大能量是从何而来的，而知道了这个能量是由重核裂变质量亏损带来的之后，科学家仿佛一夜之间就打开了原子核内部的秘密，原子弹也就随之诞生了。

在爱因斯坦提出质能方程式的时候，他是不知道原子核是可以被打开的，而且他推导这个方程式的目的，其实是为了形象说明物体在运动速度不同的时候，物体的质量也有所不同，随之物体所具有的能量也就不同，物体在绝对静止的时候质量为m，那么它所具有的能量就是mc^2，如果某刻物体的质量因为速度接近光速的原因达到了m'的话，那么它所具有的能量就是m'c^2，而原子弹的指导依据，是ΔE=Δmc^2。一个是为了描述物体具有的能量，一个是描述的是物体的质量转化为能量的过程，两者是有不同之处的。

Answer 2

头条同类型的问题需要整合一下，去年回答过一个类似的问题。

敲黑板，爱因斯坦在写下质能方程的时刻并不知道原子核内部蕴含有巨大能量，也没有想到这个方程30多年后可以用来计算核反应释放能量的大小。

图释：我国第一颗原子弹爆炸现场

爱因斯坦质能方程的提出和发现核裂变现象的时间轴是这样的。

在1905年之前，物理学中公认的大神是牛顿，整个物理学的架构都是在牛顿力学的基础上发展起来的，1905年开始，爱因斯坦连续发表几篇重量级论文，其中就包括提出狭义相对论的《论动体的电动力学》，论文中爱因斯坦第一次将能量和质量两个不同的概念联系到了一起，中间用了物理学中非常严苛的“=”，这就是质能方程E=mc2，这在经典力学中是不可想象的，因为在此之前等式两边是两个独立的概念。

狭义相对论最初并没有获得别人的认同，尤其是提出光速在任何惯性参考系中都是不变的，这个理论根本无法接收，但是狭义相对论确实解释了一些经典物理无法解释的问题，如一些电磁现象，后来才逐步被物理学界认可，这是后话。

发现核裂变的1938年事情，著名物理学家哈恩和女核物理学家迈特纳共同发现了这一现象，发现过程也是无意的，实验的本来目的是用中子轰击铀原子核得到质量数更大的原子核，但是实验总是失败，得不到比铀原子更重的原子，出现了一些比铀更小的原子，当时并不知道原因，后来迈特纳才提出了核裂变的概念。

图释：晚年的迈特纳和哈恩

在核裂变之后，迈特纳和哈恩进一步发现这个过程还释放出了能量，公开发表以后，有科学家意识到爱因斯坦30多年前发表的质能方程就可以计算出这个过程释放的能量，其中就有在德国军队中任职的核物理学家，向希特勒提出了研制原子弹的计划。

最后，爱因斯坦质能方程其实无法深入解释核裂变释能的过程，仅能对此过程放出能量作出初步解释，而无法进行机理性的解释。

今天的科普就到这里了，更多科普欢迎关注本号！

Answer 3

爱因斯坦和原子弹其实没什么关系

很多人都以为爱因斯坦和原子弹有关系，并且很多人甚至以为爱因斯坦设计出了或者解释了原子弹的原理。实际上，并不是这样的。

1905年，爱因斯坦提出了质能方程，E=MC^2。

但是，仅此而已。就拿着这个公式，你根本造不出原子弹。所以，爱因斯坦的质能方程并非是用来造原子弹的原理，那质能方程和原子弹有啥关系呢？

原子弹的原理

我们拿铀-235来举例子，如果用一个中子轰击铀-235的原子核，就会分裂出钡和氪，并且释放出2-3个中子。

反应后的物质总质量要小于反应前的物质总质量，损失的质量会都转化成能量。因此，根据质能方程：E=MC^2，可以计算出，释放了大概200兆电子伏的能量。

释放出来的中子还能够继续去轰击其他的铀-235，引发一系列的核裂变反应，这就被称为链式反应。

所以你看，其实原子弹的原理和质能方程无关，只有解释原子弹爆炸威力时才需要用到质能方程。

而原子弹这样的原理自来于核物理学家们对于原子核的研究，他们不断地轰击原子核，发现了原子核内部还有质子和中子，并且发现了衰变现象等等。通过对于原子核的研究，科学家才找到了制造原子弹的原理。

所爱因斯坦其实并非是研究和物理方面的科学家，这属于量子力学领域的。而爱因斯坦的主要贡献在相对论领域。这也是为什么后来研发原子弹的科学家都是量子力学相关领域的科学家，而非爱因斯坦。所以，也就不存在原子弹被发明出来之前，爱因斯坦就知道原子核连有着巨大神秘力量的问题。

实际上，原子弹被研制出来，并且投放在日本之后，爱因斯坦是很震惊的，而且他后来很反对原子弹。

Answer 4

爱因斯坦的质能公式E=MC^2是怎么来的？

几乎人人都听说过爱因斯坦写下了著名的E=MC^2，把质量和能量联系在了一起，甚至于还拉上了神秘的光速，但是这个公式是怎么来的，又有什么意义呢？

我们都知道，爱因斯坦发现了狭义相对论，也知道狭义相对论里面有一个著名的“钟慢尺缩”效应，意思就是一个运动的物体，对它而言时间会更慢，尺寸也会缩小。

但是除了“钟慢尺缩”之外，狭义相对论还有一个很重要的推论，那就是运动的物体会更“重”，也就是质量会更大。而“质增”、“尺缩”、“钟慢”就是狭义相对论里面提出的三种特别的现象。

公式放在这里，我们却可以由此推导出来很多匪夷所思的性质，而质能公式E=MC^2就是从这些推论中来的。

刚刚说到物体变得更重了，这就意味着你想要用同样的力推动一个不同速度的物体，让这个物体运动的更快，结果发现因为物体的质量不一样，所以你把物体提高相同的速度，实际上花费的能量是不一样的！

这个现象就导致了人们自然而然地问出来一个问题：我用同样的能量推动一个物体，为什么物体动能增加的不一样？那些消失的能量去哪里了？

一边是神秘消失的能量，一边是神秘增长的质量，于是答案呼之欲出：原来质量和能量是一回事！

下图是一个很简略的推导过程，实际上的推导要严谨很多，但是从中我们也可以看到质能公式的影子。这个推论是非常伟大的，居然在狭义相对论中找到了质量和能量之间的关系。

但是爱因斯坦很有可能真的不知道自己的质能公式可以用来解释原子核中的巨大能量。

爱因斯坦虽然是一个伟大的物理学家，但是他本身不是工程师，核弹之类的东西他本人可能并不是非常擅长。把质能公式运用到核反应中的，并不是爱因斯坦本人，而是另有其人，这个人就是原子弹之母，第一个理论解释核裂变的瑞典物理学家——莉泽·迈特纳。

核裂变最早是由奥托·哈恩于1938年发现的，也就是铀原子核在被中子撞击之后分裂为两个原子核，同时放出巨大的能量。但是这位科学家只是发现了有核裂变这个现象，至于说为什么，他自己也不清楚。

这个时候一位名叫莉泽·迈特纳的女科学家（如下图所示）看到这种独特的核反应，并且注意到了核裂变之后的原子核总质量比裂变前的原子核小，忽然灵机一动，想到了爱因斯坦的质能公式。

根据她的计算，因为这损失的质量，每个铀原子核裂变之后会放出2亿电子伏的能量——这就完美解释了原子核裂变的能量来源！当然，也间接证明了质能公式的正确。

所以，原子核中蕴藏的巨大能量可能是爱因斯坦本人都没有预料到的，他只是写下了质能公式，可能他自己也不知道这个公式到底在现实中有怎样的体现。

爱因斯坦写下了质能公式，却被另一个科学家用来解释毫不相关的核反应，历史就是这么巧妙。

Answer 5

原子弹没发明出来之前，爱因斯坦是如何知道原子核里面有着巨大神秘的力量的？

看上去确实有点像一个因果关系的话题，但事实上质能方程和原子核里有巨大的能量并不是各位想像的那种关系，而是爱因斯坦在洛伦兹变换以及两个基本假设：光速不变和惯性参考系中的物理定律都是相同的前提下推导出了狭义相对论的公式，阐述了质量与能量之间的关系！

狭义相对论是爱因斯坦在1905年发表的《论动体的电动力学》一文中提出的，当时距离1939年9月份著名的科学家玻尔和惠勒二人从理论上阐述了核裂变反应过程还有整整34年时间！那么早在1905年的爱因斯坦狭义相对论中浓缩的精华质能方程 E=mc^2是如何得来的呢？

上图为质能方程的推导过程，前面都是速度与质量以及能量之间的关系（Ek=Fds，熟悉不？动能定理而已），过程并不复杂，但涉及积分可能很多朋友就看得云里雾里，或者直接跳到最后部分即可：

个中真正的含义是能量等于物体运动中的能量减去静止时的能量，但这个有一个前提，质量是会随着速度增加而增加的，因此洛仑兹变换中的质增效应公式必须要理解一二！

质增效应曲线，在物体接近光速时候，质量将趋向于无穷大，因此洛仑兹变换是质能方程中的一个重要基础！

这是高速运动中的动质量，理解了这点之后，E=MC^2自然推导出来了！我们从中可以看到，这个过程与什么原子核、裂变屁关系都没有！但1939年玻尔和惠勒阐述的核裂变反应过程也遵循了这个公式，从这一点上你是不是得膜拜下爱老头？当然你还得崇拜下洛仑兹老爷子！

大神云集的一张照片，各位是否有话要说？

U235捕获一个中子后裂变的过程，当然上图比较理想化，因为还有一个临界质量才能让中子在飞出U235块前碰撞到下一个原子核而产生链式反应！U235的热中子能量约207MeV,根据质能转换公式U235原子质量彻底转换能量后为931.5MeV，裂变的损失约占207/931.5/235≈0.0946%，另有中微子的能量难以利用，大约有12MeV，因此一般都是200MeV作为核裂变的能量计算值！

还有很多朋友认为原子弹也是爱因斯坦领导制造，其实这完全是误解，只不过爱因斯坦牵头向罗斯福写了封建议研究核裂变武器的信而已！因为纳粹德国已经开始研究了，假如美国再不深入此领域的话，一旦被德国率先掌握对世界将绝对是一场灾难！当然结果大家也知道了，并且也有很多谣言说明爱因斯坦后悔研究核武器等，其实和他还真只有半毛钱关系，所以他无论做与不做，原子弹这些原子核内的能量武器都会成功，E=MC^2也只是一个理论指导实践或者实践领先理论的一事两面而已！

Answer 6

质能方程E=mc^2，由此可以知道即便质量很小的物质也包含了巨大的能量，因为毕竟后面乘以了一个光速的平方，而且这个光速c的数值是以米每秒为单位的，可见能量会有多么的大。

而爱因斯坦又是如何推导出这样的一个方程的，爱因斯坦在1905年提出狭义相对论之后，同年提出了质能方程，根据洛伦兹变换结合动量动能定理就可以推导出质能方程。

而核裂变的发现是什么时期的事情呢？

是1939年德国的两位科学家斯特拉、哈恩共同发表的核裂变现象论文，同年世界上其它国家的科学家也对此现象进行了验证，当时第二次世界大战正进行到了关键的时刻，人们似乎意识到这样的理论可以制造出来人类历史上最强大的武器。

1939年9月份，著名的科学家玻尔以及惠勒二人从理论上阐述了核裂变反应，并给出核裂变最好的元素就是铀235.

后来一些该领域的物理学家赶赴美国参与奥本海默领导的原子弹研制工作，直至原子弹研制成功。爱因斯坦当年推导出质能方程时并不是说原子核中蕴含着巨大的能量，而是说任何一块物质只要转化为能量都是巨大的，不论是桌子还是板凳腿，还是茶壶还是我身前的电脑，即便是我自己，只要全部转化为能量都是巨大的，不要说全部了，哪怕是百分之零点几都是一股强悍的能量。

Answer 7

质能方程提出的时候，人类还没有发现原子核裂变的现象，因此原子弹的出现和爱因斯坦的关联并不大，或者说爱因斯坦的质能方程能够从理论上解释原子弹巨大威力的由来，但原子弹的制造和爱因斯坦并没有关系。

原子核裂变是在1938年，由德国科学家奥托哈恩以及斯特拉斯曼在通过中子撞击铀原子核实验中，发现铀原子核竟然能分裂成两个其它元素原子核，这也是人类首次确认原子核可以分裂。

而爱因斯坦提出质能方程的时候，时间还是1905年，他在一篇名为《物体的惯性是否取决于它的能量含量？》的论文中指出：物体的质量是其能量含量的量度。简单来说就是质量越大的物体，它所蕴含的能量越多。数学形式就是：E=mc^2

下图是质能方程推导的一种方式

很显然，1905年的爱因斯坦是不可能知道原子核能进行分裂这一现象的。因此爱因斯坦知道具备质量的物体，都含有很多能量，但却不知道如何最大限度的释放这些能量。

期待您的点评和关注哦！

Answer 8

爱因斯坦的伟大就是因为他有很多重要的发现，启迪了人类的认知，其中就包括质能方程：E=mc^2。

这个伟大的方程是爱因斯坦在1905年提出来的，其伟大意义在于让人类认识了质量和能源之间的密切关系，而且是通过光速这个能量因子来实现质能等价交换。

在此之前，人类只知道物质不灭、质量守恒，爱因斯坦这个方程是从质量守恒推导至能量守恒，是人类认识的一大进步。

大家不要以为爱因斯坦是坐在那里异想天开就得到了这个方程，而且这个方程这么简单。其实爱因斯坦聪明的脑袋里装着巨大的理论构架，通过复杂的推导方式，才得出这个最终的精华结论。这个复杂的推导过程要写一本书，要列出无数的公式，所以就不搬运了。

爱因斯坦质能方程使人类洞悉了物质和能量之间的奥妙，也就是说任何物质只要全部释放其能量，就能得到巨大惊天的能量。

根据爱因斯坦质能方程，可以计算出每一千克的质量可以转化为9×10^16焦耳的能量，相当于2100万吨的TNT爆炸所释放出的能量。

爱因斯坦质能转换规律具有宇宙普适性，也就是说不管在哪里，不管什么物质，你只要有办法逼出其全部的能量，就能得到上述的能量释放。

爱因斯坦质能方程给制造原子弹的颗行星提供了理论依据，原子弹的发明则是爱因斯坦质能方程理论验证。而原子弹在这个理论出台后40年才发明出来。

其实原子弹属于核裂变，在重物质核裂变中，会发生质量亏损，这些亏损的质量就转化成了能量。核裂变质量亏损0.13%，也就是说参与核裂变1000克质量只有1.3克质量转化成了能量；而核聚变质量亏损为0.7%，氢弹是核聚变，因此能量转化率核裂变的5倍多，1000克参与核聚变的质量有7克质量转化成为能量。

众所周知，这个能量爆发是迄今为止人类所看到最恐怖的爆发。

别看这0.13%和0.7%的质能转换率，相比人类几千年对能源的使用可是一个跨越式的进步。

要知道人类燃烧煤所得到的质能转换率才仅仅为0.0000028%，也就是说1000克参与燃烧的煤质量只有0.000028克的质量转化为能量。

现在人类掌握的核聚变还只能做氢弹，是一种一次性爆发的不可控能源。要使这种巨大能量持续不断释放，成为可控核聚变，以造福人类，还有一个较长的过程。同时人类还在寻找新的更高效率的能源，迄今发现能够实现完美质能转换的能源就是反物质。

反物质与正物质碰到一起就会发生湮灭，与此同时会爆发出全部能量。

也即是说1克反物质与1克正物质相撞会产生2克质量的全部能量，一点残留都没有。这个能量有多大呢？就是180000000000000J，相当于约43000吨TNT黄色炸药的能量，约3颗多广岛原子弹的爆炸威力。

反物质的质能转换率是核聚变的约300倍。

但是，人类世界到处都是充满着正物质，虽然也会产生反物质，但非常微量，且很难保存。因为所有的反物质一遇到正物质就会湮灭，这些反物质只能约束在极低温度的磁力陷阱里。全世界科学家们经过很多年的努力，花费了无数财力和能源，在大型粒子加速器里制造出了一些反物质，都是原子级极其微量的，全世界所有反物质加起来也烧不开一杯开水。

所以人类要开发更高质能转换效率的能源路程还很漫长。

这些科学研究都是在爱因斯坦质能转换的理论框架下进行的，迄今为止没有一例能够突破这个框架的反证例子，由此可以证明爱因斯坦的理论非常完美。

爱因斯坦的理论只是让人类进一步了解了这个世界物质的内在规律，使人类对世界的认识有一个重大突破。

在所有的具体科学研究和发明发现中，还需要很多其他的科学理论来支撑，还有很多在基础科学理论上的技术发现和发明，才能够使人类文明不断推向前进。

因此人类的发展是基础科学和实用技术的结合中前行的，爱因斯坦的理论只是人类前行道路一个阶段的重要基石。

时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题，欢迎大家共同探讨。

原创版权，转载和引用须注明出处，抄袭等侵权行为会受到追究。感谢理解和支持。

Answer 9

1905年是爱因斯坦的奇迹成就年，其中狭义相对论中重要的成果之一就是质能方程，E=mc^2。

他根据普遍成立的能量守恒定律，建立起了质量和能量之间的关系。随后，人们通过核反应所释放出的巨大能量，完美验证了爱因斯坦理论的正确性。

爱因斯坦是通过思考能量守恒定律起步的，例如，对于一杯热水来讲，也是由大量的水分子组成，温度越高，内部的微观粒子的运动越剧烈，当然这杯热水的能量是和它的质量是有关系的。

爱因斯坦，在1905年假设物体的质量m和他所含的能量E具有正比关系，其比例系数就是光速c的平方，这就是质能关系方程E=mc^2，当然这只是忽略掉了洛伦兹因子的简略写法。

爱因斯坦的质能方程发布之后，因此一些人们对原子内部能量的渴望，小小的原子核有可能蕴藏这可怕的能量。但当时大多数科学家认为控制核能还是一种梦想，对质能方程的攻击也是质疑相对论的主要策略。然而随着铀裂变和链式反应的发现，原子能不再是理论上的能量，而是可以实际指导制造炸弹，后来原子弹和氢弹的出现改变了世界格局。

有人曾问爱因斯坦为何不能阻止原子武器的应用，爱因斯坦回答：“朋友，这很简单，政 治 远比物理深奥”