提问:爱因斯坦的等式E=mc²有哪些意义?
回答:从历史来看,质能多项式E=mc²凸显了裂变会形成能量,所以它是奇特放射性的一个竞争者(虽然是放射性钡元素的一部份)在铀元素被慢速中子轰击的时侯。
图解:这个没有标明日期的相片是知名数学学家阿尔伯特·爱因斯坦院士,相对论的作者。
弗里施和迈特纳在1938年的冬天去郊游的时侯讨论了这个项目。迈特纳猜想原子核其实开裂了(她说的是“裂变”——从真菌中分离——一个生物学意象),而且弗里施晓得,原子核是很难被封住的,不容易被这样破坏掉。他不觉得原子核是能量的源头。
迈特纳记得所有元素的平均质量巨亏,所以1938年在荒坡里,她还能靠一根笔和一张纸得出“裂变产物”元素的“敛集率”亏损,例如碘元素,钡元素或锶元素(比铀元素——最开始的物质还要大)。因而一个铀原子可以分裂成两个原子核,它们丧失的质量比一个铀原子丧失的质量多。铀和裂变产物之间“失去质量”的差别可以提供所需的能量,能量释放时每E=mc²。“这都合适,”弗里施写道。
(图:莉泽·迈特纳。法国-瑞士原子化学学家。她的诸多成绩中最重要的是她第一个理论解释了奥托·哈恩1938年发觉的核裂变。1939年2月11日,迈特纳和弗里施发表核裂变的论文。)
从我们现代的眼光看来,这有点落后了。一旦原子核之间的吸引力被克服,能量就从尸块的电磁敌视中形成了。并且能量被吸引的可能性由这种力的总和提供,这种力的总和要足够大才能在能量释放以后(弄成了光和热)出现质量巨亏。所以迈特纳所需的要展示的时假定裂变反应是“放能的”(形成能量)。
(图:核裂变)
假如是这样,那这个关于裂变的新公设不违背热力学第一定理,但是她们在这个时侯不须要害怕有效机制。她们只须要解决弗里施的“第一定理”对热力学的违背。
热力学第二定理关注到,每每形成热和/或幅射并扩散到空中时,便是每次自发的核反应或衰变发生时。
(图:爱因斯坦与质能多项式)
这来自爱因斯坦等式与核牵制的有关的观点(毕竟,爱因斯坦-西拉德之信在二战以后显得有名)。并且在我们发觉这点之前,遗失的质量并不是对裂变能量的解释,仅仅是能量显得活跃并离开的一个副作用。迈特纳强调,这些预期的副作用是哪里有大量能量的反应。
产物应当会在它们变冷然后显得更轻。因而裂变反应会形成自由或活跃得能量(光和热),而不是忍气吞声。这样,它会是自发的质能方程的公式,(或起码,它是容易发生的,因而可能是一个流程。)
放射性与核能
人们很容易注意到,在1897年放射性被发觉以后,放射过程形成的总能量比任何已知的分子变化形成的能量大差不多一百万倍。不过,一个疑惑形成了:这种能量是从哪来的?在排除个别微粒的吸收和释放以后,大量储存在物质中潜在能量的出现,被欧内斯特·卢瑟福和弗雷德里克·索迪在1903年提出。卢瑟福也提出这种内部的能量是储存在一般物质中的。他接着在1904年猜想。
(图:卢瑟福)
假如找到可以控制放射性元素衰变率的方式,巨量的能量就可以从少量的物质中获得。
爱因斯坦的等式绝不是大量能量从放射性衰变中释放的解释(这来自原子的力量直至1905年才被了解)。不管如何,巨大的能量从放射性衰变中释放(被卢瑟福检测过)是比检测物质总质量的改变(仍然很小)要容易的。爱因斯坦的等式,从理论上讲,可以通过检测反应前后的质量变化来检测能量。并且实际上,在1905年,这种质量的变化对检测来说还是太小了。
在这之前,用热量计检测放射性衰变能量是容易的,作为对爱因斯坦等式的检验,被觉得会使检测质量差的变化成为可能。爱因斯坦在他1905年的论文中提及,质-能等效似乎会被放射性衰变(释放出足够的能量质能方程的公式,1905年晓得了简略的数目)测试到,在从系统中消失时可能被称出重量(弄成了热量)。不过,放射性由于它不会改变的温和,会继续进行,(甚至在简单的核反应能通过质子轰击进行的时侯),由于放射性反应十分慢。这大量的可用能源会有无尽的实用性的概念,很难被否认。卢瑟福在1933年的报告中澄清,这种能源不能被有效开发:“不管是谁,想要从原子中转化出能量简直是做梦。”
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.-初霁