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数据科学家养成手册 [:1700503494]
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数据科学家养成手册 1.6 离经叛道的爱因斯坦
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阿尔伯特·爱因斯坦（1879年3月～1955年4月，如图1-21所示），著名的犹太裔物理学家。1879年出生于德国乌尔姆市，1900年毕业于瑞士苏黎世联邦理工学院，1901年加入瑞士国籍。1905年获苏黎世大学哲学博士学位，提出光子假设，成功解释了光电效应。不过在16年后的1921年，爱因斯坦才因此获得诺贝尔物理学奖，同年又创立狭义相对论。狭义相对论依据两条原理：相对性原理和光速不变原理。1915年，爱因斯坦提出了广义相对论引力方程的完整形式，并成功解释了水星近日点运动。
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图1-21 阿尔伯特·爱因斯坦
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爱因斯坦留下了一个几乎世人都能知晓但大都一知半解的公式——
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E=mc2
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这个公式就是著名的爱因斯坦质能方程，它揭示了物质质量与能量的关系。该公式表明物体相对于一个参照系静止时仍然有能量，这与牛顿经典力学中对机械能的阐述是有矛盾的。所以，在这个理论刚刚提出的时候，没有人看得明白，更别说深刻理解了。这个公式还有多种表现形式，其中之一是
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根据这个公式，又可以推导出质速关系（质速关系当然也可以由其他方式推导出来），也就是时间会随速度增加而变慢，质量变大，长度减小。
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当外力作用在静止质量为m0的自由质点上时，质点每经历位移ds，其动能增量为dEk=Fds。设外力作用于质点的时间为dt，则质点在外力冲量Fdt的作用下，其动量增量是dp=Fdt，而这一时刻的，则可以推导出质点的速度表达式为，也就是
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而在这个相对允许运动的关系参考系中进行坐标变化就需要使用洛伦兹变换，所以质量变换公式变成了，去根号化简得到，对速度v求导。
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代入dEk=v2dm+mvdv，可以得到dEk=c2dm。
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当v=0，质量m=m0，动能Ek=0，对dEk=c2dm做定积分。
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在物质质量从m0变化到m时，物质释放出来的能量就是m0-m0的值乘以c2，这是一个非常大的数字。在现代核工业领域，就是基于这样的计算原理对核反应释放能量的大小进行核算。
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物理学上有一个名词叫作湮灭（Annihilation），指的是物质与它的反物质相遇时会发生完全性的物质到能量的转换过程。在这个过程中，m=0，释放出来的能量就是物质静止状态的质量m0。以0.5g物质和0.5g反物质湮灭为例，以近似值c=3×108来计算，湮灭将释放出9×1016焦耳的能量。
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我们拿这个值和三峡电站(15)的发电能力做一个对比。2015年，三峡电站发电量为870亿千瓦时(16)，也就是约3.1×107焦耳的能量。这么巨大的能量只需要3.48克的物质发生湮灭就可以释放出来！这也是美国、德国等很多发达国家的尖端实验室不断对其进行研究的重要原因之一。
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原子核中蕴含的大量能量被发现后，在和平利用能源方面得到了较好的应用——建造核电站。截至2014年，世界主要有核国家的核电在本国电力工业中的能源贡献都占据了相当高的比例。其中最高的是法国，年核电发电量407438千瓦时，发电量世界排名第2位，但是占比为第1位，为74.8％，也就是说，全法国的发电站每发100度电，就有74.8度是核电站贡献的，这个比例不能不让人惊讶。美国的年核电发电量为770719千瓦时，发电量世界排名第1位，占比19％，列世界第16位。我国经过多年的建设，年核电发电量也上升至92652千瓦时，世界排名第6位，不过占比较低，仅有2％，列世界第30位。
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