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爱因斯坦的宇宙

质能方程与广义相对论

C.P.斯诺曾指出,狭义相对论重要而又深刻,然而即使没有爱因斯坦,5年之内也会有人想到。而广义相对论则完全不是,如果没有他,我们有可能到现在还在等待着那个理论的诞生。

★26岁之前的普通生活

1879年,阿尔伯特·爱因斯坦出生在德国南部乌尔姆的一个家庭里,后来在慕尼黑长大。他并不是一个聪明的孩子,至少看起来是这样的。爱因斯坦直到3岁才学会说话,而后又因为父亲生意上的失败不得不举家搬迁至米兰。10岁的他在瑞士继续学业,1896年放弃德国国籍进入苏黎世联邦理工大学。他选择了一个旨在培养初中教师的普通课程标准进行学习。

4年后,21岁的他顺利毕业并发表了一篇关于流体的论文,不巧的是,有人在他之前已经做过研究。一年后,他爱上了一位匈牙利姑娘米勒娃·玛丽奇,未婚先孕,他们将孩子送给了别人家。1903年,他与玛丽奇完婚,并在瑞士专利局从事着一份稳定的工作。

★E=mc 2

就是这样一个不太聪明的普通人,让人很难将他与科学联系起来的人,大大改变了人们对于世界的认知。

一块铀为什么能够源源不断地放出能量,而不会像冰块、煤炭那样损耗呢?

1905年6月30日,爱因斯坦在德国《物理学年鉴》中投了一篇名为“论动体的电动力学”的论文,这是一篇没有脚注、引语的论文,几乎没有提及影响过的论文以及此前发表过的任何论文。几个月后他又发了一篇短小的补充,在这篇补充中提出了他著名的等式E=mc 2

简单来说,质量和能量是等价的,能量是释放出来的质量,质量是储存起来的能量。c表示光速,也就是说,小小的质量蕴含着巨大无比的能量。而我们现在制造出来的铀弹也只是释放出了能量的1%。算下来一个普通成年人的质量,如果可以的话,能够释放出与30颗氢弹相近的能量。

该理论同时也表明光速是不变的,并且是宇宙中最快的,没有任何速度可以超越它。此外,爱因斯坦的宇宙观中不存在光以太这种媒介。

★关于广义相对论的宇宙学思考

爱因斯坦清楚地意识到,狭义相对论里缺少一种东西—引力。他用了10年的时间来思考这一问题:运动的东西在遇到障碍时会怎样,比如光遇到引力会发生哪些变化或现象。这是狭义相对论里不曾提及的,狭义相对论的研究客体是在无障碍状态下运动的东西。

1917年初,爱因斯坦发表了一篇题为《关于广义相对论的宇宙学思考》的文章。这篇文章中提出了物质间引力相互作用的理论,首次把引力场解释成时空的弯曲。引力不是一种“力”,而是时空弯曲的一件副产品。布尔斯、莫茨和韦弗评价认为,爱因斯坦关于引力的点子是“一切点子中最伟大的点子,作为一个脑子的独创,这是人类最高的智慧成就”。

关于爱因斯坦开始思考引力问题的原因,有人说是因为1907年爱因斯坦看到有个工人从房顶上不慎摔下来。这种说法不得不说可信度值得怀疑,不过据爱因斯坦说,他是坐在椅子上,开始想到引力问题的。

氢弹的原理

氢弹就是利用内部一个小型铀原子弹爆炸而产生的高温引爆和聚变,反应过程中释放出巨大的能量,具有强大的杀伤力。

核武器爆炸的威力通常用同等爆炸威力的TNT(三硝基甲苯)的质量来进行衡量。第二次世界大战期间投放在日本广岛的“小男孩”原子弹威力相当于1.3万吨TNT,而1961年苏联“沙皇氢弹”的威力相当于5000万吨TNT,约是“小男孩”的3800倍。

根据质能方程E=mc 2 ,在核聚变反应中,反应物与生成物之间的能量差是产生大量能量的原因。氘-氚(D-T,氢的两种同位素)的核聚变反应产生氦(He)、中子(n)以及释放出的核能。利用核聚变发电是目前考虑中的未来主要能源供应方式。

广义相对论视域下的引力

从某种意义上来说,引力并不存在,行星和恒星之间相互“吸引”的作用是由于空间和时间的扭曲造成的。

引力的猜想

对于引力的解释,爱因斯坦与牛顿的看法不同,在广义相对论中,爱因斯坦认为物质在空间中会使得空间出现弯曲,物质的质量越大,这种弯曲越明显。而这种现象会使得靠近的物体在运动上受到影响,这种影响就被称为引力。

难以挣脱的引力

黑洞是宇宙空间内存在的一种密度无限大、体积无限小的天体,此处的时空曲率大到连光也无法从中逃脱。黑洞无法直接观测,只能通过间接方式对它的质量等情况进行推测。 GkI+R7hSK2UPsRlReu4d1gDl1uNvL/26IQ0v5TrAvOYrPyeg3ZfY8LIPWg2ceaK3

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