國家地理頻道:世紀天才~愛因斯坦,與他的E=MC^2…

在國家地理頻道撥出的自製連續劇:Genius世紀天才~愛因斯坦,終於在上個星期一播出完結篇。
演出老年愛因斯坦的演員,其實就是在神鬼奇航裡飾演哈克特·巴博沙船長,澳大利亞的知名男演員,奧斯卡影帝傑佛瑞·羅許。



看完後,了解到愛因斯坦在男女關係上也像他的政治觀一樣,崇尚無束縛地絕對的自由。他一生與許多女性都有超乎友誼羈絆(在他的道德觀上,顯然都還是可接受的範圍)。
而到了晚年,他的處境與年輕時的意氣風發,對比起來更顯淒涼。他的兩任妻子相繼離世,兒子雖有成就,但還是不原諒過去父親拈花惹草的荒唐事,而與他疏遠。
甚至在愛因斯坦死後,有瘋狂科學家希望他兒子能同意,想把從愛因斯坦頭顱裡偷偷取出來的大腦做研究分析,看看為何愛因斯坦為何能有如此驚世的成就。而他兒子只是冷淡地對科學家說:『你永遠無法了解我父親,他的腦子就隨便吧。』

除了唯一跟他在一起的那位冷漠看護外,就連他貢獻一生的理論物理,也因為愛因斯坦一直無法接受量子物理的不確定性原理而與當代物理的主流研究漸行漸遠。
劇中也有稍微演出來他與波耳之前關於量子力學的論戰:https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%8E%BB%E7%88%BE-%E6%84%9B%E5%9B%A0%E6%96%AF%E5%9D%A6%E4%B9%8B%E7%88%AD

反而讓大眾印記在心的是他提出的著名質能轉換方程式E=MC^2,是促成製造原子彈契機。
當初他其實也是在別人的道德勸說下,希望愛因斯坦能夠寫信敦促美國當局發展核子武器,以便免德軍先製造出來危害人類世界。
結果原子彈真的被使用後,讓世人發現核子武器的可怕而又把過錯怪到發現方程式的愛因斯坦頭上。
難怪愛因斯坦看到秘書海倫給他的時代雜誌,把他描述成宇宙破壞者後,只能難過地轉身離去。

甚至在他與朋友的聚會上,也抱怨,核分裂並不是他研究的領域,製造原子彈的曼哈頓計畫他也完全沒有參與,但是全世界都只怪名氣最大的他,與他的E=MC^2方程式。


其實在愛因斯坦的狹義相對論的論文中,他描述了一個思想實驗:

有一個巨大的盒子,A君靜坐在箱中。而箱子的正中央有一個發光器,該發光器會定時從左右兩邊發出強光。
而整個箱子連同A君與發光器都以速度v朝B君快速移動。

若以能量不變的觀點來看,對坐在箱子中A君而言,所見到的物體速度,在釋放出光的前後都沒有變化(都是靜止不動的)。因此對外界的B君來說,他看到整個箱子的移動速度v,在釋放光的前後也應該是沒有變化的,因為這才符合客觀發生的事實。
愛因斯坦繼續思考這個情形,把A君與B君見到的能量變化以數學描述(僅國、高中數學程度),並且使其相等。最後得到,若不將『釋放能量』解釋為『意味著質量損失』,就無法完美說明整個系統的結論。

愛因斯坦把數學式子化簡推導後,就可以得到這個著名的方程式:E=MC^2。

值得一提,愛因斯坦當年只運用他自己想像力,對於我們所存在的宇宙做出數學上簡潔的描述並且論證、解釋。
令人敬佩的是,他除了自己的腦子及紙筆外並沒有使用任何高端的研究設備或是觀察儀器就得到結論而寫成論文。(當年愛因斯坦曾經想要以居禮夫婦發現會放射高能量的元素鐳來做實驗,看看是否質量真的會變化。但受限當年儀器的精確度限制而沒有成功。)
沒想到多年後,這個關係式在人類不可直接看見的原子核中獲得實際驗證。

在最近10X期的牛頓雜誌上,有一段有趣的說明,解釋了E=MC^2在原子核中的現象。

科學家們了解原子核是由中子與質子組成,而中子與質子又分別是三顆不同種類的夸克所組成。
但科學家分別計算質子質量與組成質子的三顆夸克的個別質量,會發現,三顆夸克的總質量只有組成質子後質量的1.172%!

那另外將近99%的質子質量到底是從何而來呢?

其實是來自將三顆夸克的動能及把夸克束縛在一起成為質子的膠子場的能量,而這個能量因為愛因斯坦質能轉換公式E=MC^2的關係,從巨觀來看就變成了質量。



舉個簡單例子說明這個觀念。

有三隻活潑好動的狗狗,每隻狗分別量體重都是一公斤。
然後用一個不計重量的鐵籠子把這三隻狗關在籠子裡,狗狗在籠子裡受到束縛後瘋狂動來動去,然後再將這個內含三隻瘋狂運動狗狗的籠子整組拿到磅秤上量,會發現重量已經不是原來的總和3公斤,而是變成300公斤了!

而這個現象,就是公式E=MC^2在原子核內的現象。

而原子彈(核分裂)及氫彈(核融合)其實就是用人工的方式,釋放原子核中暫時以質量存在的能量(並未涉及中子或質子的崩解),所以在過程中其實並沒有任何粒子消失(消失必須要有相反的反粒子與之作用才會成對湮滅成為能量。),只是改變粒子組合的狀態而已。

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