現在原子彈最大當量（為什麼重4.1噸的原子彈爆炸當量高達14000噸）

2023-04-18 03:10:57 1

每當我們提到氫彈和原子彈，許多人都會第一時間想到：E=mc^2。這個方程也叫做質能方程，是愛因斯坦在1905年提出來的。這個方程堪稱是物理學家最有名的方程，但同時也是被誤會得最深的方程。為什麼這麼說呢？

我們要從質能方程的物理學含義說起。其實在1905年，愛因斯坦不僅提出了質能方程，他還提出了布朗運動的數學證明、光電效應、狹義相對論。所以，這一年也被稱為愛因斯坦奇蹟年。而質能方程的這篇論文實際上是發表於當年的最後一篇。

在前面的一篇狹義相對論的論文當中，愛因斯坦統一了時間和空間。在這篇論文當中，他開始思考相對論效應的能量和質量關係。通常意義上，許多人把相對論描述的這個關係叫做：轉化關係。也就是說，質量和能量是相互轉化的關係。那這個想法對不對呢？

實際上，愛因斯坦得到的結果並不是這個。他認為質量和能量其實是一個東西，也就是等價關係，而不是轉化關係。那該如何理解呢？

我們常常還會把物質也加入到質量和能量的探討當中。所以，我們有必要先搞清楚這三者之間的關係。我們知道，物質都有質量屬性，早期的物理學把質量定義成物質的量。那在相對論的框架下，愛因斯坦認為，質量和能量其實是一體兩面的，是同一個物質的兩個面，也就是說，能量裡有質量，質量裡也有能量。因此，物質其實也有能量的一面。那我們該如何理解呢？

實際上，我們可以理解成物質是高度壓縮的能量。這樣我們也就可以把質量、能量和物質三者之間的關係建立起來。（這裡我們強調一點，在物理學當中，其實沒有對於物質的準確定義，這是因為物質沒有辦法直接用物理學的範式進行定義。）因此，我們看待物質時，應該從質能的角度來看，而不是僅僅單拎出質量或者能量，這個觀念在微觀世界是極其常見的，在說到微觀粒子質量時，其實際上就是在描述這個粒子的質能。這個質量就用「能量/c^2」來表述的。

從這個角度其實我們也就能理解質量守恆定律，能量守恆定律和質能守恆定律了，其實它們就是一個守恆定律。化學反應前後其實質量是守恆的，能量也是守恆的，因為質量和能量等價，質能也是守恆的。

了解了質能等價關係，我們再來看核聚變和核裂變。其中，氫彈的原理是核聚變反應。

在核聚變反應的過程當中，反應前後會有質量的損失，那這部分質量哪裡去了呢？

實際上，這部分質量並沒有丟，以能量的形式釋放出來。如果我們有辦法拿一個容器把這些釋放出來的能量裝起來進行稱重，我們就會發現，這個質量恰好就等於反應前後損失的質量。

那核裂變的是咋回事呢？

實際上，道理也是一樣。原子彈的原理是核裂變和鏈式反應。

在整個反應過程中，反應的前後也發生了質量的虧損。同樣的，這些質量也是以能量的形式是釋放出來，並且如果對這部分釋放的能量進行稱重，結果也就正好等於反應前後的質量虧損。

那可能你要問了，為什麼核聚變和核裂變反應的威力如此巨大呢？

這裡就還是要回到質能方程E=mc^2。其中E是釋放出來的能量，m是反應前後的質量虧損，c是光速3*10^8m/s。也就是說

釋放出來的能量=反應前後的質量虧損*光速的平方（9*10^16）

因此，由於要乘以9*10^16，只要質量虧損不是足夠小，這個釋放出來的能量都會十分巨大。通過這裡，我們也就知道每個人其實都是富含能量的，都是高密度的能量聚集在一起的結果，任何一個人所蘊含的能量都是十分巨大的。

質能方程本質上是可以解釋原子彈、氫彈為什麼爆炸威力這麼大。但是如果科學家不知道原子核物理，也就是不知道核聚變和核裂變，就根本做不出原子彈和氫彈。就好像我們現在知道人體是富含能量的，但是我們有辦法直接把人體置換成一顆威力巨大的炸彈嗎？

因此，說質能方程是原子彈和氫彈的原理這個說法是有問題的，其次整個過程也不是質量轉化成能量。這兩點是許多人對於質能方程最大的誤區。