在核裂变未发现之前，爱因斯坦是如何知道原子核中有巨大能量的？爱因斯坦是近代最著名的科学

爱因斯坦是近代最著名的科学家之一，其中最为人们所熟知的就是狭义和广义相对论了，其中狭义相对论将物体的运动与时间和空间进行了统一，在惯性参照系中将时空视为平直和各向同性的，并且以光速不变为基本前提之一。而广义相对论是在狭义相对论的基础上，将物体的运动拓展到非惯性参照系中，将引力和惯性力等效，确定了物体的运动遵循在引力场中沿着测地线运行的基本规律。

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另外，我们还非常熟悉爱因斯坦提出的质能方程，即E＝m*c^2 ，这是科学界第一次将物体的质量与所具有的能量进行了统一，并且将它们之间的关系进行了量化，那么这个公式是怎么来的呢？其实，这个公式也来自狭义相对论。基本狭义相对论关于物体在不同惯性参照系的运动特征，运用洛伦兹变换，可以推导出若干重要的推论，其中非常有名的就是尺缩效应、时间膨胀效应、质增效应等，它们分别表达的是，在物体运动所在的参照系内，由于物体的运动，对空间、时间和质量方面的影响程度。

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这里重点说一下质增效应，通过洛伦兹变换，一个静止质量为m0的物体，当它的运动速度为v时，其运动质量m则会在m0的基础上发生相应变换，二者的换算关系为：m=m0/(1-v^2/c^2)^(1/2) 。从该表达式可以看出，当物体的运动速度越快，则物体的运动质量就会越大，当速度达到光速时（有静止质量的物体运动速度不可能达到光速），则该物体的运动质量就会趋向于无穷大。

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在此基础上，运用动量定理和动能定理，可以推导出：
dE=F*v*dt=v*dp=v*m0*dv//(1-v^2/c^2)^(3/2) ，在此基础上将该式进行积分，最终可以得出E＝m*c^2-m0*c^2 ，该式的含义表达的是物体在不同的惯性参照系中，其所具有的能量与质量变化之间的关系。有很多人对质能方程都有所误解，认为一个物体拥有质量，按照质能方程，就能转化为相应的质量，其实这是不正确的，质能方程所表达的是物体的质量和能量之间的对应关系，而不是转化关系，这一点很重要。

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不过，在爱因斯坦提出狭义相对论时，当时的科学界还并未发现原子核内部的准确结构，确切地说都还没有发现中子的存在，直到狭义相对论提出后10多年，才由查德威克通过α粒子轰击方法首次探测到原子核中的中子。到1938年的时候，德国化学家哈恩和斯特拉斯曼应用中子轰击铀原子，从而首次发现了重元素的核裂变反应，并在此过程中发现有大量能量的释放。不过，当时的科学家在重复做该实验时，发现了一个非常重要的现象，那就是铀原子在核裂变时，反应前后的总质量是不一样的，在排除所有的误差之后，依然是生成物质的总质量小于参与反应物质的总质量。

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科学家们对此现象绞尽脑汁，甚至有的科学家还严重怀疑质量守恒和能量守恒定律的正确性，不过有科学家认为，在反应的过程中肯定发生着某种现象，使其带走了一部分的质量，在这种猜测的基础上，人们想到了上述爱因斯坦提出的质能方程，应用“亏损的质量以能量形式释放出去”这样的结论，从而合理地同时解释通了大量能量的释放以及质量亏损这两个问题。在爱因斯坦质能方程的指导下，科学家们又进一步深入研究了重核裂变的产生机理，从而原子核内部的秘密好像一下子被打开了，推动了现代核物理学的飞速发展，原子弹不久之后也应运研制成功。

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回过头来，我们再来看一下核变过程的质量亏损问题，以质子与中子核聚变成氘为例，按照质能守恒定律，反应前后的总能量对应关系为（m质+m中）*c^2＝m氘*c2+hv*c^2 ，继而我们可以得出m质+m中=m氘+hv ，其中h为释放能量载体－光线的频率， v为运动速度，从中我们可以看出，核变过程中所变化的质量，全部转化为光子的运动质量了，整体反应系统中的质能总量并没有发生改变。