爱因斯坦的宇宙①

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=mc2

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=mc2。

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=mc2，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。

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。

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。