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爱因斯坦介绍,犹太裔物理学家

爱因斯坦介绍

归属谱系:1879年03月14日
所属源地:德国符腾堡王国乌尔姆市
荣誉成就:提出光量子假说,解决了光电效应问题 , 创立了狭义相对论、广义相对论等 ,获得诺贝尔物理学奖 , 参加反战和平运动, 被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人
属性分类:名人 > 科学家
官方网站:爱因斯坦官网
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爱因斯坦介绍,犹太裔物理学家,阿尔伯特·爱因斯坦(Albert.Einstein,1879年3月14日—1955年4月18日),出生于德国符腾堡王国乌尔姆市,毕业于苏黎世联邦理工学院,犹太裔物理学家。爱因斯坦1879年出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭(父母均为犹太人),1900年毕业于苏黎世联邦理工学院,入瑞士国籍。1905年,获苏黎世大学哲学博士学位,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖,1905年创立狭义相对论。1915年创立广义相对论。1955年4月18日去世,享年76岁。

人物阅历

读书时期

1879年3月14日上午11时30分,爱因斯坦出生在德国乌尔姆市(Ulm,Kingdom of Württemberg,German Empire)班霍夫街135号。父母都是犹太人。1888年(9岁),阿尔伯特·爱因斯坦入路易波尔德高级中学学习。在学校受宗教教育,承受受戒典礼,弗里德曼是辅导教师。

1889年(10岁),在医科大学生塔尔梅引导下,读浅显科学读物和哲学著作。1891年(12岁),爱因斯坦自学欧几里德几何,对数学感到狂热的喜欢,同时开端自学高等数学。

1892年(13岁),爱因斯坦开端读康德的著作。

1894年(15岁),爱因斯坦一家人移居意大利。

1895年(16岁),爱因斯坦自学完微积分。同年,爱因斯坦在瑞士理工学院的入学考试失败。爱因斯坦开端考虑当一个人以光速运动时会看到什么现象。对经典理论的内在矛盾产生困惑。

1896年(17岁),爱因斯坦获阿劳中学毕业证书。10月29日,爱因斯坦迁居苏黎世并在瑞士联邦理工学院就读。

1899年10月19日(20岁),爱因斯坦正式申请瑞士公民权。

1900年8月(21岁),爱因斯坦毕业于苏黎世联邦工业大学;12月完成论文《由毛细管现象得到的推论》,次年发表在莱比锡《物理学杂志》上并参加瑞士国籍。

1901年3月21日(22岁),爱因斯坦正式获得瑞士国籍。在这一年5到7月完成电势差的热力学理论的论文。

毕业以后

1902年6月16日(23岁),爱因斯坦被瑞士伯尔尼专利局雇佣。1903年(24岁),他与大学同窗米列娃·玛丽克结婚。他们结婚前就曾经有了第一个孩子。

1904年(25岁)9月,爱因斯坦由专利局的试用人员转为正式三级技术员。

1905年(26岁)3月,爱因斯坦发表“量子论”,提出光量子假说,处理了光电效应问题。4月向苏黎世大学提出论文《分子大小的新测定法》,获得博士学位。5月完成论文《论动体的电动力学》,独立而完好地提出狭义相对性原理,创始物理学的新纪元。这一年因而被称为“爱因斯坦奇观年”。

1906年(27岁)4月,爱因斯坦提升为专利局二级技术员。11月完成固体比热的论文,这是关于固体的量子论的第一篇论文。

1907年(28岁)升职为专利局一级技术员。1908年(29岁)10月,爱因斯坦兼任伯尔尼大学编外讲师。

1909年(30岁)10月,爱因斯坦分开伯尔尼专利局,任理论物理学副教授。1910年(31岁)10月,爱因斯坦完成关于临界乳光的论文。

1911年(32岁),爱因斯坦从瑞士迁居到布拉格。1912年(33岁),爱因斯坦提出“光化当量”定律。

1913年(34岁),爱因斯坦重返德国,任柏林威廉皇帝物理研讨所长和柏林洪堡大学教授,并中选为普鲁士科学院院士。

柏林岁月

1914年(35岁)4月,爱因斯坦承受德国科学界的约请。迁居到柏林。8月,即迸发了第一次全球大战。他虽身居战争的发源地。生活在战争宣扬者的包围之中,却坚决地标明了本人的反战态度。9月,爱因斯坦参与发起反战团体“新祖国同盟”,在这个组织被宣布为非法、成员大批遭受拘捕和虐待而转入公开的状况下,爱因斯坦仍坚决参与这个组织的机密活动。10月,德国的科学界和文化界在军国主义分子的支配和怂恿下,发表了“文化全球的宣言”,为德国发起的侵略战争辩护,宣扬德国高于一切,全全球都应该承受“真正德国肉体”。在“宣言”上签名的有九十三人,都是当时德国有名望的科学家、艺术家和牧师等。就连能斯脱、伦琴、奥斯特瓦尔德、普朗克等都在上面签了字。当征求爱因斯坦签名时,他断然回绝了,而同时他却决然在反战的《告欧洲人书》上签上本人的名字。

1915年(36岁)11月,爱因斯坦提出《广义相对论》引力方程的完好方式,同时胜利地解释了水星近日点运动。

1916年(37岁)3月,爱因斯坦完成总结性论文《广义相对论的根底》。5月,爱因斯坦又提出宇宙空间有限无界的假说。8月,完成《关于辐射的量子理论》,总结量子论的开展,提出受激辐射理论。

1917年(38岁),列宁指导的苏联社会主义反动成功后,爱因斯坦十分扶持这个巨大的反动,赞扬这是一次对全全球将有决议性意义的、巨大的社会理论,并表示:“我尊崇列宁,由于他是一位有完整自我牺牲肉体,一心一意为完成社会正义而献身的人。我并不以为他的办法是切合实践的,可有一点能够肯定:像他这品种型的人,是人类良知的维护者和再造者。”1919年(40岁),爱因斯坦与米列娃离婚,同年,与表姐爱尔莎结婚。

物理大师

1921年(42岁),爱因斯坦因光电效应研讨而取得诺贝尔物理学奖,他的研讨推进了量子力学的开展。1月,访问布拉格和维也纳。同年1月27日在普鲁士科学院作《几何学和经历》的报告。2月,去阿姆斯特丹参与国际工联会议。4月5日至5月30日,为了给耶路撒冷的希伯莱大学的创立筹集资金,同魏茨曼一同初次访问美国。在哥伦比亚大学获巴纳德勋章。在白宫受哈丁总统接见。在访问芝加哥、波士顿和普林斯顿期间,就相对论停止了4次讲学。6月,访问英国,拜谒了牛顿墓地。

1922年(43岁)1月,完成关于统一场论的第一篇论文。3—4月访问法国,奋斗促使法德关系正常化。发表批判马赫哲学的说话。4月,参与国际联盟学问界协作委员会。7月,遭到被谋杀的要挟,暂离柏林。沿途访问科伦坡、新加坡、香港和上海。

1922年11月9日,在去日本到上海的途中,爱因斯坦经过电报晓得被授予1921年诺贝尔物理学奖。1923年(44岁)2月2日,爱因斯坦从日本返回途中,到巴勒斯坦访问,逗留12天。

1923年2月8日,成为特拉维夫市的第一个声誉公民。从巴勒斯坦返回德国途中,访问了西班牙。3月,爱因斯坦对国联的才能事与愿违,向国联提出辞职。6—7月,协助创立“新俄创业者协会”,并成为其执行委员会委员。7月,到哥德堡承受1921年度诺贝尔奖金。并讲演相对论,作为对得到诺贝尔奖金的感激。发现了康普顿效应,处理了光子概念中长期存在的矛盾。12月,第一次揣测量子效应或许来自过度约束的广义相对论场方程。

参与反战

1924年(45岁),爱因斯坦参加柏林的犹太组织,并成为交纳会费的会员。6月,重新思索参加国联。12月,获得最后一个严重发现,从统计涨落的剖析中得出一个波和物质缔合的独立的论证。此时,还发现了玻色—爱因斯坦凝聚态。

1925年(46岁),爱因斯坦受聘为德苏协作团体“东方文化技术协会”理事。5月到6月,爱因斯坦去南美洲访问。与甘地和其别人一道,在回绝服兵役的声明上签字。承受科普列奖章。为希伯莱大学的董事会工作。发表《非欧几里德几何和物理学》。

1926年(47岁),爱因斯坦同海森堡讨论关于量子力学的哲学问题。承受“皇家天文学家”的金质奖章。承受为苏联科学院院士。

1927年(48岁)2月,爱因斯坦在巴比塞起草的反法西斯宣言上签名。参与国际反帝大同盟,被选为声誉主席。10月参与第五届布鲁塞尔索尔维物理讨论会,开端同哥本哈根学派就量子力学的解释问题停止剧烈论争。发表《牛顿力学及其对理论物理学开展的影响》。

1928年(49岁)1月,被选为“德国人权同盟”(前身为德国“新祖国同盟”)理事。春,因为身体过度劳累,安康欠佳,到瑞士达伏斯疗养,并为疗养青年讲学。发表《物理学的根本概念至其最近的变化》。4月,海伦·杜卡斯开端到爱因斯坦家担任终生的私人秘书。

1929年(50岁)2月,发表《统一场论》。3月,爱因斯坦渡过了50岁的华诞,躲到郊外以防止华诞庆贺会。第一次访问比利时皇室,与伊丽莎白女皇结下友谊,直到逝世之前不断与比利时女皇通讯。普朗克奖章。9月,爱因斯坦同法国数学家阿达马停止关于战争与战争问题的争论,坚持无条件地反对一切战争。

1930年(51岁),爱因斯坦因不满国际联盟在改善国际关系上的无所作为,提出辞职。5月,在“国际妇女战争与自在同盟”的全球裁军声明上签字。7月,同泰戈尔争论谬误的客观性问题。12月11日到次年3月4日,爱因斯坦第一次到美国访问,主要在加州理工学院。12月13日,沃克市长向爱因斯坦赠送纽约市的金钥匙。12月19日到20日,爱因斯坦访问古巴。发表《我的全球观》、《宗教和科学》等本文。

1931年(52岁)3月,爱因斯坦从美国回柏林。5月,爱因斯坦访问英国,在牛津大学讲学。11月,号召各国对日本经济封锁,以遏止其对中国的军事侵略。12月,爱因斯坦再次去加利福尼亚讲学。为参与1932年国际裁军会议,特地发表了全面本文和演讲。发表《麦克斯韦对物理真实观念开展的影响》。

移民美国

1932年(53岁)2月,关于德国战争主义者奥西茨基被定为叛国罪,爱因斯坦在帕莎第纳提出抗议。3月,爱因斯坦从美国回柏林。5月,爱因斯坦去英国剑桥大学和牛津大学讲学,后赶到日内瓦列席裁军会议,感到极端绝望。6月,爱因斯坦同墨菲作关于因果性问题的说话。7月,爱因斯坦同大心理学家弗洛伊德通讯,讨论争争的心理问题。号召德国人民起来捍卫魏玛共和国,全力反对法西斯。12月10日,爱因斯坦和妻子分开德国去美国。原来打算访问美国,但是,他们从此再也没了踏上德国的领土。

1933年(54岁),德国纳粹政府查抄他在柏林的寓所,焚毁其书籍,没收其财富,并悬赏十万马克讨取他的人头。爱因斯坦当时在普林斯顿大学任客座教授,得知消息后便参加美国国籍。

1934年(55岁),爱因斯坦文集《我的全球观》由其继女婿鲁道夫·凯泽尔编辑出版。1935年5月到百慕大作短期游览。在百慕大正式申请永远在美国寓居。这也是他最后一次分开美国。获富兰克林奖章。同波多耳斯基和罗森协作,发表向哥本哈根学派应战的论文,声称量子力学对真实的描绘是不完备的。为使诺贝尔战争奖赠予关在纳粹集中营中的奥西茨基而奔波。

1936年(57岁)爱因斯坦开端同英费尔德和霍夫曼协作研讨广义相对论的运动问题。12月20日,妻艾尔莎病故。发表《物理学和真实》、《论教育》。

1937年(58岁)3月—9月,爱因斯坦参与由英费尔德执笔的浅显册子《物理学的进化》的编写工作。3月,支援中国“七君子”。6月,同英费尔德和霍夫曼协作完成论文《引力方程和运动问题》,从广义相对论的场方程推导出运动方程。

1938年(59岁)爱因斯坦同柏格曼合写论文《卡鲁查电学理论的推行》。

全球享誉

1939年(60岁)8月2日,爱因斯坦在西拉德推进下,上书罗斯福总统,倡议美国抓紧原子能研讨,避免德国抢先控制原子弹。妹妹玛雅从欧洲来美,在爱因斯坦大人期住下来。

1940年(61岁)5月15日,爱因斯坦发表《关于理论物理学根底的考察》。5月22日,致电罗斯福,反对美国的中立政策。10月1日,获得美国国籍。同年爱因斯坦写了一篇著名论文,为他的这一命题停止辩护,即“我不信仰一个人格化的神”。

1941年(62岁)爱因斯坦发表《科学和宗教》等本文。1942年(63岁)10月,爱因斯坦在犹太人援苏集会上热烈赞扬苏联各方面的成就。

1943年(64岁)5月,爱因斯坦作为科学参谋参与美国海军部工作。

1944年(65岁)为扶持反法西斯战争,爱因斯坦以600万美圆拍卖1905年狭义相对论论文手稿。发表对罗素的认识论的评论。12月,同斯特恩、玻尔讨论原子武器和战后战争问题,遵从玻尔劝说,暂时坚持缄默。

1945年(66岁)3月,爱因斯坦同利奥·西拉德讨论原子军备的风险性,写信引见西拉德去见罗斯福,未果。4月,从高等学术研讨院退休(实际上仍然继续照常工作)。9月,接连发表全面关于原子战争和全球政府的行动。

1946年(67岁)5月,爱因斯坦发起组织“原子科学家十分委员会”,担任主席。5月,承受黑人林肯大学声誉博士学位。写长篇《自述》,回忆终身在科学上探究的道路。5月,妹妹玛雅因中风而瘫痪,以后每夜念书给她听。10月,给结合国大会写公开信,敦促树立全球政府。

1947年(68岁),爱因斯坦继续发表大量关于全球政府的行动。9月,爱因斯坦发表公开信,倡议把结合国改组为全球政府。

1948年(69岁)4月,爱因斯坦同天文学家夏普林利协作,全力反对美国准备对苏联停止“预防性战争”。抗议美国停止普遍军事锻炼。发表《量子力学和真实》。前妻米列娃在苏黎世病故。12月,作剖腹手术,在腹部主动脉里发现一个大动脉瘤。

1949年(70岁)1月13日,爱因斯坦出院。1月,写《对批判的答复》,对哥本哈根学派在文集《阿尔伯特·爱因斯坦:哲学家—科学家》中的批判停止反批判。11月,“原子科学家十分委员会”中止活动。

1950年(71岁)2月13日,发表电视演讲,反对美国制造氢弹。4月,发表《关于广义引力论》。《暮年集》出版。3月18日,在遗言上签字盖章。内森博士被指名为独一的遗言执行人。遗产由内森博士和杜卡斯共同托管。信件和手稿的最终贮藏所是希伯莱大学。其他条款当中还有:小提琴赠给孙子伯恩哈德·凯撒。

1951年(72岁),爱因斯坦接连发表本文和信件,指出美国的裁军备战政策是全球战争的严重障碍。6月,爱因斯坦的妹妹玛雅在长期瘫痪后逝世。9月,“原子能科学家十分委员会”解散。

1952年(73岁),爱因斯坦发表《相对论和空间问题》、《关于一些根本概论的绪论》。11月,以色列第1任总统哈伊姆·魏茨曼死后,以色列政府请他担任第2任总统,被回绝。

1953年(74岁)4月3日,爱因斯坦给伯尔尼时期的旧友写《奥林匹亚科学院颂词》,缅怀青年时期的生活。5月16日,给受虐待的教员弗劳恩格拉斯写回信,号召美国学问分子起来坚决抵御法西斯虐待,惹起宏大反响。为留念玻恩退休,发表关于量子力学解释的论文,由此惹起两人之间的剧烈争论。发表《〈空间概念〉序》。

暮年患病

1954年(75岁)3月,爱因斯坦过了75岁的华诞,经过“争取公民自在十分委员会”,号召美国人民起来同法西斯权力作斗争。3月,爱因斯坦被美国参议员麦卡锡公开呵斥为“美国的敌人”。5月,爱因斯坦发表声明,抗议对奥本海默的政治虐待。秋因患溶血性贫血症卧床数日。11月18日,爱因斯坦在《记者》杂志上发表声明,不愿在美国做科学家,而宁愿做一个工匠或小贩并完成了《非对称的相对论性理论》。

1955年(76岁)2月,爱因斯坦同社会学家罗素通讯讨论战争宣言问题。3月,爱因斯坦著作《自述片断》,回想青年时期的学习和科学探究的道路。4月3日,爱因斯坦同科恩议论关于科学史等问题。4月5日,批驳美国法西斯分子给他扣上“推翻分子”帽子。4月11日,在宣言上签名。4月13日,在草拟一篇电视讲话稿时发作严重腹痛,后诊断为动脉出血。4月15日进普林斯顿医院。

4月18日,爱因斯坦被诊断出患有主动脉瘤,18日午夜在睡梦中感到呼吸艰难,主动脉瘤决裂招致大脑溢血决裂,而逝世于普林斯顿。一位名叫托马斯·哈维的医生借解剖爱因斯坦遗体的时机,背着爱因斯坦的家人“悄然”地取走了爱因斯坦的大脑。这位病理医生但愿将来神经科学界可以研讨爱因斯坦的大脑,以发现爱因斯坦聪明的缘由。为遵照爱因斯坦的遗言,他死后并没有举行任何丧礼,也不筑坟墓,不立留念碑,遗体便按照遗言被火化了,骨灰撒在永远失密的中央,目的是不会令掩埋他的中央成为圣地。

主要成就

相对论

狭义相对论的创建:

我们把时间往前推一下,16岁时,爱因斯坦就从书本上理解到光是以很很快度行进的电磁波,与此相联络,他十分想讨论与光波关于的所谓以太的问题。以太这个名词源于希腊,用以代表组成天上物体的根本元素。17世纪的笛卡尔和其后的克里斯蒂安·惠更斯首创并开展了以太学说,以为以太就是光波传播的媒介,它充溢了包括真空在内的全部空间,并能浸透到物质中。与以太说不同,牛顿提出了光的微粒说。牛顿以为,发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流,粒子流冲击视网膜就惹起视觉。18世纪牛顿的微粒说占了上风,19世纪,却是动摇说占了绝对优点。以太的学说也大大开展:波的传播需求媒质,光在真空中传播的媒质就是以太,也叫光以太。与此同时,电磁学得到了蓬勃开展,历经麦克斯韦、赫兹等人的奋斗,构成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学,并从理论与理论上证明光就是必定频率范围内的电磁波,从而统一了光的动摇理论与电磁理论。以太不只是光波的载体,也成了电磁场的载体。直到19世纪末,大家企图寻觅以太,但是从未在实验中发现以太,相反,迈克耳逊莫雷实验却发现以太不太或许存在。

电磁学的开展最初也是归入牛顿力学的框架,可在解释运动物体的电磁过程时却发现,与牛顿力学所服从的相对性原理不分歧。依照麦克斯韦理论,真空中电磁波的速度,也即是光的速度是一个恒量;但是依照牛顿力学的速度加法原理,不同惯性系的光速不同。举一个例子,两辆汽车,一辆向我们驶近,一辆驶离。我们看到前一辆车的灯光向我们靠近,后一辆车的灯光远离。依据伽利略理论,向我们驶来的车将发出速度大于c(真空光速3.0x10^8m/s)的光,即前车的光的速度=光速+车速;而驶离车的光速小于c,即后车光的速度=光速-车速。可依照这两种光的速度一样,由于在麦克斯韦的理论中,车的速度有无并不影响光的传播,说白了不论车子怎样,光速等于c。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖!

爱因斯坦好像就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。爱因斯坦认真研讨了麦克斯韦电磁理论,尤其是历经赫兹和洛伦兹开展和论述的电动力学。爱因斯坦深信电磁理论是完整正确的,可是有一个问题使他不安,这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现,一切人试图证明以太存在的实验都是失败的。历经研讨爱因斯坦发现,除开作为绝对参照系和电磁场的荷载物外,以太在洛伦兹理论中曾经没有实践意义。

爱因斯坦喜爱阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他置信全球的统一性和逻辑的分歧性。在“奥林匹亚科学院”时期大卫·休谟(David Hume)对因果律的普遍有效性产生的疑心,对爱因斯坦产生了影响。相对性原理曾经在力学中被普遍证明,却在电动力学中却无法成立,关于物理学这两个理论体系在逻辑上的不分歧,爱因斯坦提出了疑心。他以为,相对论原理应该普遍成立,因而电磁理论关于各个惯性系应该拥有同样的方式,可在这里呈现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量,成为相对性原理能否普遍成立的首要问题。当时的物理学家普通都置信以太,也即是置信存在着绝对参照系,这是遭到牛顿的绝对空间概念的影响。19世纪末,马赫在所著的《开展中的力学》中,批判了牛顿的绝对时空观,这给爱因斯坦留下了深入的印象。1905年5月的一天,爱因斯坦与一个创业者贝索讨论这个已探究了十年的问题,贝索依照马赫主义的观念论述了本人的见地,两人讨论了很久。忽然,爱因斯坦领悟到了什么,回到家历经重复考虑,终于想明白了问题。第二天,他又来到贝索家,说:谢谢我们,我的问题处理了。原来爱因斯坦想分明了一件事:时间没有绝对的定义,时间与光信号的速度有一种不可分割的联络。他找到了开锁的钥匙,历经五个星期的奋斗工作,爱因斯坦把狭义相对论出现在大家面前。

1905年6月30日,德国《物理学年鉴》承受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》,在同年9月的该刊上发表。本文论文是关于狭义相对论的第一篇本文,它包含了狭义相对论的根本思想和根本内容。狭义相对论所依据的是两条原理:相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦处理问题的动身点,是他深信相对性原理。伽利略更早说明过相对性原理的思想,可他没有对时间和空间给出过明白的定义。牛顿树立力学体系时也讲了相对性思想,可又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动,在这个问题上他是矛盾的。而爱因斯坦大大开展了相对性原理,在他看来,基本不存在绝对静止的空间,同样不存在绝对同一的时间,一切时间和空间都是和运动的物体联络在一同的。关于任何一个参照系和坐标系,都只要属于这个参照系和坐标系的空间和时间。

关于一切惯性系,运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律,它们的方式都是一样的,这就是相对性原理,严厉地说是狭义的相对性原理。在本文本文中,爱因斯坦没有讨论将光速不变作为根本原理的依据,他提出光速不变是一个大胆的假定,是从电磁理论和相对性原理的请求而提出来的。本文本文是爱因斯坦很多年以来考虑以太与电动力学问题的结果,他从同时的相对性这一点作为打破口,树立了全新的时间和空间理论,并在新的时空理论根底上给动体的电动力学以完好的方式,以太不再是必要的,以太漂流是不存在的。

什么是同时性的相对性?不同中央的两个事情我们何以晓得它是同时发作的呢?普通来说,我们会经过信号来确认。为了得知异地事情的同时性我们就得晓得信号的传送速度,可如何测出这一速度呢?我们必需测出两地的空间间隔以及信号传送所需的时间,空间间隔的丈量很容易,费事在于丈量时间,我们必需假定两地各有一只曾经对好了的钟,从两个钟的读数能够晓得信号传播的时间。可我们如何晓得异地的钟对好了呢?答案是还需求一种信号。这个信号能否将钟对好?假如依照先前的思绪,它又需求一种新信号,这样无量后退,异地的同时性实践上无法确认。不过有一点是明白的,同时性必与一种信号相联络,否则我们说这两件事同时发作是无意义的。

光信号或许是用来对时钟最适宜的信号,可光速非无限大,这样就产生一个新奇的结论,关于静止的察看者同时的两件事,关于运动的察看者就不是同时的。我们想象一个高速运转的列车,它的速度接近光速。列车经过站台时,甲站在站台上,有两道闪电在甲跟前闪过,一道在火车前端,一道在后端,并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹,经过丈量,甲与列车两端的间距相等,得出的结论是,甲是同时看到两道闪电的。因而对甲来说,收到的两个光信号在同立即间距离内传播同样的间隔,并同时抵达他所在位置,这两起事情必然在同立即间发作,它们是同时的。可关于在列车内部正中央的乙,状况则不同,由于乙与高速运转的列车一同运动,因而他会先截取向着他传播的前端信号,然后收到从后端传来的光信号。对乙来说,这两起事情是不同时的。也即是说,同时性不是绝对的,而取决于察看者的运动状态。这一结论否认了牛顿力学中引以为根底的绝对时间和绝对空间框架。

相对论以为,光速在一切惯性参照系中不变,它是物体运动的最大速度。因为相对论效应,运动物体的长度会变短,运动物体的时间收缩。可因为日常生活中所碰到的问题,运动速度都是很低的(与光速相比),看不出相对论效应。

爱因斯坦在时空观的彻底革新的根底上树立了相对论力学,指出质量伴随速度的增长而增长,当速度接近光速时,质量趋于无量大。他同时给出了著名的质能关系式:E=mc^2,质能关系式对后来开展的原子能生意起到了辅导作用。

广义相对论的树立:

1905年,爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇本文后(即《论动体的电动力学》),并没有立刻惹起很大的反响。可是德国物理学的权威人士普朗克留意到了他的本文,以为爱因斯坦的工作能够与哥白尼相媲美,正是因为普朗克的推进,相对论很快成为大家研讨和讨论的课题,爱因斯坦也遭到了学术界的留意。

1907年,爱因斯坦遵从友人的倡议,提交了那篇著名的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位,可得到的回答是论文无法了解。固然在德国物理学界爱因斯坦曾经很有名气,可在瑞士,他却得不到一个大学的教职,许多有名望的人开端为他鸣不平,1908年,爱因斯坦终于得到了编外讲师的职位,并在第二年当上了副教授。1912年,爱因斯坦当上了教授,1913年,应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研讨所所长和柏林大学教授。

在此期间,爱因斯坦在思索将曾经树立的相对论推行,关于他来说,有两个问题使他不安。第一个是引力问题,狭义相对论关于力学、热力学和电动力学的物理规律是正确的,可是它不能解释引力问题。牛顿的引力理论是超距的,两个物体之间的引力作用在霎时传送,即以无量大的速度传送,这与相对论根据的场的观念和极限的光速抵触。第二个是非惯性系问题,狭义相对论与以前的物理学规律一样,都只适用于惯性系。可实际上却很难找到真正的惯性系。从逻辑上说,一切自然规律不应该局限于惯性系,必需思索非惯性系。狭义相对论很难解释所谓的双生子佯谬,该佯谬说的是,有一对孪生兄弟,哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙飞行,依据相对论效应,高速运动的时钟变慢,等哥哥回来,弟弟曾经变得很老了,由于地球上曾经阅历了几十年。而依照相对性原理,飞船相关于地球高速运动,地球相关于飞船也高速运动,弟弟看哥哥变年轻了,哥哥看弟弟也应该年轻了。这个问题几乎没法答复。实践上,狭义相对论只处置匀速直线运动,而哥哥要回来必需历经一个变速运动过程,这是相对论无法处置的。正在大家忙于了解相对狭义相对论时,爱因斯坦正在继续完成广义相对论。

1907年,爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇本文《关于相对性原理和由此得出的结论》,在本文本文中爱因斯坦第一次提到了等效原理,尔后,爱因斯坦关于等效原理的思想又不时开展。他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的依据,提出在无限小的体积中平均的引力场完整能够替代加速运动的参照系。爱因斯坦同时提出了封锁箱的说法:在一封锁箱中的察看者,不论用什么办法也无法肯定他终究是静止于一个引力场中,还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中,这是解释等效原理最常用的说法,而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论。

1915年11月,爱因斯坦纷纷向普鲁士科学院提交了四篇论文,在这四篇论文中,他提出了新的见地,证明了水星近日点的进动,并给出了正确的引力场方程。至此,广义相对论的根本问题都处理了,广义相对论降生了。1916年,爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的根底》,在本文本文中,爱因斯坦第一将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论,将只关于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理,并继续表述了广义相对性原理:物理学的定律必需关于无论哪种方法运动着的参照系都成立。

爱因斯坦的广义相对论以为,因为有物质的存在,空间和时间会发作弯曲,而引力场实践上是一个弯曲的时空。爱因斯坦用太阳引力使空间弯曲的理论,很好地解释了水星近日点进动中不断无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移,即在强引力场中光谱向红端移动,20年代,天文学家在天文观测中证明了这一点。广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转,最靠近地球的大引力场是太阳引力场,爱因斯坦预言,悠远的星光假如擦过太阳外表将会发作一点七秒的偏转。1919年,在英国天文学家爱丁顿的煽动下,英国派出了两支远征队分赴两地察看日全食,历经认真的研讨得出最后的结论是:星光在太阳左近确实发作了一点七秒的偏转。英国皇家学会和皇家天文学会正式宣读了观测报告,确认广义相对论的结论是正确的。会上,著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说:“这是自从从牛顿时期以来所获得的关于万有引力理论的最严重的成果”,“爱因斯坦的相对论是人类思想最巨大的成果之一”。爱因斯坦成了新闻人物,他在1916年写了一本浅显引见相对论的书《狭义与广义相对论浅说》,到1922年曾经再版了40次,还被译成了十几种文字,广为传播。

相对论的意义:

狭义相对论和广义相对论树立以来,曾经过去了很长时间,它禁受住了理论和历史的考验,是大家普遍供认的谬误。相对论关于现代物理学的开展和现代人类思想的开展都有宏大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学,使经典物理学成为一个圆满的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的根底上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系,指出它们都服从狭义相对性原理,都是对洛伦兹变换协变的,牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的根底上,经过等效原理,树立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系,得到了一切物理规律的广义协变方式,并树立了广义协变的引力理论,而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从基本上处理了以前物理学只限于惯性系的问题,从逻辑上得到了合理的布置。相对论严厉地调查了时间、空间、物质和运动这些物理学的根本概念,给出了科学而系统的时空观和物质观,从而使物理学在逻辑上成为圆满的科学体系。

狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律,并提示了质量与能量十分,给出了质能关系式。这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显,可在研讨微观粒子时却显现了极端的重要性。由于微观粒子的运动速度普通都比拟快,有的接近以至到达光速,因此粒子的物理学离不开相对论。质能关系式不只为量子理论的树立和开展发明了必要的条件,而且为原子核物理学的开展和应用提供了依据。

关于爱因斯坦引入的这些全新的概念,当时地球上多数物理学家,其中包括相对论变换关系的奠基人洛仑兹,都觉得难以承受。以至有人说“当时全全球只要两个半人懂相对论”。旧的思想办法的障碍,使这一新的物理理论直到一代人过后才为广阔物理学家所熟习,就连瑞典皇家科学院,1922年把诺贝尔物理学奖授予爱因斯坦时,也只是说“因为他对理论物理学的奉献,更因为他发现了光电效应的定律。”对爱因斯坦的诺贝尔物理学奖颁奖辞中居然关于爱因斯坦的相对论只字未提。(注:相对论没有获诺贝尔奖,一个关键原因就是还缺乏大量事实考证。)

光电效应

1905年,爱因斯坦提出光子假定,胜利解释了光电效应,因而取得1921年诺贝尔物理奖。

光映照到金属上,惹起物质的电性质发作变化。这类光变致电的现象被大家统称为光电效应(Photoelectric effect)。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发作在物体外表,又称外光电效应。后两种现象发作在物体内部,称为内光电效应。

赫兹于1887年发现光电效应,爱因斯坦第一个胜利的解释了光电效应(金属外表在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子)。光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限波长,对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属资料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关,这一点无法用光的动摇性解释。还有一点与光的动摇性相矛盾,即光电效应的瞬时性,按动摇性理论,假如入射光较弱,映照的时间要长一些,金属中的电子才干积聚住足够的能量,飞出金属外表。可事实是,只需光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都简直是瞬时的,不超越十的负九次方秒。正确的解释是光一定是由与波长关于的严厉规则的能量单位(即光子或光量子)所组成。

光电效应里,电子的射出方向不是完整定向的,只是多数都垂直于金属外表射出,与光照方向无关,光是电磁波,可是光是高频震荡的正交电磁场,振幅很小,不会对电子射出方向产生影响。

能量守恒

E=mc²,物质不灭定律,说的是物质的质量不灭;能量守恒定律,说的是物质的能量守恒。

固然这两条巨大的定律相继被大家发现了,可是大家以为这是两个风马牛不有关的定律,各自阐明了不同的自然规律。以至有人以为,物质不灭定律是一条化学定律,能量守恒定律是一条物理定律,它们分属于不同的科学范畴。

爱因斯坦以为,物质的质量是惯性的量度,能量是运动的量度;能量与质量并不是彼此孤立的,而是相互联络的,不可分割的。物体质量的改动,会使能量发作相应的改动;而物体能量的改动,也会使质量发作相应的改动。

在狭义相对论中,爱因斯坦提出了著名的质能公式:E=mc^2(这里的E代表能量,m代表多少质量,c代表光的速度,近似值为3×10^8m/s,这阐明能量能够用下降质量的办法发明)。

爱因斯坦的质能关系公式,正确地解释了各种原子核反响:就拿氦4(He4)来说,它的原子核是由2个质子和2个中子组成的。照理,氦4原子核的质量就等于2个质子和2个中子质量之和。实践上,这样的算术并不成立,氦核的质量比2个质子、2个中子质量之和少了0.0302u(原子质量单位)!这是为哈呢?由于当2个氘[dāo]核(每个氘核都含有1个质子、1个中子)聚合成1个氦4原子核时,释放出大量的原子能。生成1克氦4原子时,大约放出2.7×10^12焦耳的原子能。正由于这样,氦4原子核的质量下降了。

这个例子生动地阐明:在2个氘原子核聚合成1个氦4原子核时,好像质量并不守恒,也即是氦4原子核的质量并不等于2个氘核质量之和。但是,用质能关系公式计算,氦4原子核失去的质量,恰巧等于因反响时释放出原子能而下降的质量。

爱因斯坦从更新的高度,说明了物质不灭定律和能量守恒定律的本质,指出了两条定律之间的亲密关系,使人类对大自然的认识又深了一步。

宇宙常数

爱因斯坦在提出相对论的时分,曾将宇宙常数(为理解释物质密度不为零的静态宇宙的存在,他在引力场方程中引进一个与度规张量成比例的项,用符号Λ表示。该比例常数很小,在银河系尺度范围可疏忽不计。只在宇宙尺度下,Λ才或许有意义,因此叫作宇宙常数。即所谓的反引力的固定数值)代入他的方程。他以为,有一种反引力,能与引力均衡,促使宇宙有限而静态。当哈勃将收缩宇宙的天文观测结果展现给爱因斯坦看时,爱因斯坦说:“这是我终身所犯下的最大错误。”

宇宙是收缩着的。哈勃等以为,反引力是不存在的,因为星系间的引力,促使收缩速度愈来愈慢。星系间有一种扭旋的力,促使宇宙不时收缩,即暗能量。70亿年前,它们“打败”了暗物质,成为宇宙的主宰。最新研讨标明,按质量成份(只算本质量,不算虚物质)计算,暗物质和暗能量约占宇宙96%。看来,宇宙将不时加速收缩,直至崩溃死亡。(也有其它说法,争议不休)。宇宙常数虽存在,可反引力的值远超越引力。林德饶有幽默的说:“我终于明白,为哈他(爱因斯坦)这么喜爱这个理论,多年后仍然研讨宇宙常数,宇宙常数仍然是当今物理学最大的疑虑之一。”

人物评价

爱因斯坦常常被称为一个孤单的人。数学想象的范畴有助于把肉体从纷繁的俗物中摆脱出来,就这个意义来说,我以为他的确是一个孤单的人。他的哲学能够叫做一种超验的唯物论,这种哲学到达了形而上学的前沿,那里能够完整割断对自我全球的纠缠。对我来说,科学和艺术都是我们天性的表现,它们高出我们的生物学需求之上而拥有终极价值。(泰戈尔评价)

爱因斯坦的理论,最初遭到许多人的反对,就连当时一些著名物理学家也对这位年青人的论文表示疑心。但是,伴随科学的开展,大量的科学实考证明爱因斯坦的理论是正确的,爱因斯坦才一跃而成为全球著名的科学家,成为20世纪全球最巨大的科学家。(新华社评价)

爱因斯坦的生前不要虚荣,死后更不要哀荣。他留下遗言,请求不发讣告,不举行葬礼。他把本人的脑供应医学研讨,身体火葬焚化,骨灰机密的撒在不让人晓得的河里,不要有坟墓也不想立碑。在把他的遗体送到火葬场火化的时分,随行的只要他最接近的12个人,而其别人关于火化的时间和地点都不晓得。(新华社评价)

爱因斯坦凶猛的中央是,一方面,他晓得一些数学,关于数学中很妙的中央有直觉的观赏的才能;另一方面,他对物理中的现象也有他的近间隔的理解。他跟一切人都不同的中央就在于,他既能近看,又能远看。这就仿佛电影中既有近间隔的镜头,又有远间隔的镜头;能从近处又能从远处自在地切换,那就很凶猛了。大多数人都只要一个镜头,或只能从近处看,或只能从远间隔看,不会自在切换。(杨振宁评价)

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