爱因斯坦在1905年发表了四篇论文。
分别为:《关于光的产生和转化的一个启发性观点》、《根据分子运动论研究静止液体中悬浮微粒的运动》、《论运动物体的电动力学》、《物体惯性与其所含能量有关吗》,随后导出了E = mc²的公式。
这四篇论文中每一篇都足以获得一次诺贝尔奖,这些成就深远地影响了整个世界,爱因斯坦也由此变得举世闻名。1905年被称为“爱因斯坦奇迹年”。
在狭义相对论被提出10年后,1915年,爱因斯坦又创建了广义相对论学说,并据此推出光在引力场中是沿曲线传播的,在1919年被天文学家证实,轰动科学界。
爱因斯坦在20世纪最重要的两个物理学学术贡献中占了一半,除了相对论之外,量子力学、光电效应都从爱因斯坦开始。
1、相对论和爱因斯坦质能方程
爱因斯坦在论文《论运动物体的电动力学》里提出了狭义相对论的两个基本公设:“光速不变”,以及“相对性原理”,按照这两个基本公设对于经典力学在运动速度接近光速时做出一些重要修正,从而化解了麦克斯韦方程组与经典力学定律之间的矛盾。经过整理之后,这些创举成为爱因斯坦的狭义相对论。
承认时空的相对性与光速的不变性导致了几个必然的推论。一是运动物体在其运动方向会表现出长度收缩。二是运动物体会经历时间膨胀。也就是说,一个运动中的钟表要比静止的同样钟表走得慢。三是以太的概念其实是多余无用的。
爱因斯坦在表述质能等价的论文里,从狭义相对论的方程里推导出质能方程E = mc2。这意味着能量和质量其实是一回事,可以相互转换。对于任何物体来说,其质量会随着其速度的增加而增加。
爱因斯坦的相对论曾经有很多年备受争议,他获得1921年诺贝尔物理学奖并不是因为表扬他在相对论做出重大贡献。普朗克是最热烈支持相对论的物理学者之一。
2、光子与能量量子
在论文《关于光的产生和转变的一个启发性观点》里,爱因斯坦提出光量子假说,即光是由离散的能量量子组成,这能量量子称为光量子,后来被简称为光子。最初,光量子假说遭到物理学者强烈质疑,其中包括马克斯·普朗克以及尼尔斯·玻尔。
后来,罗伯特·密立根做实验证实了光电效应的方程,阿瑟·康普顿做康普顿散射实验展示在某种情况下光会表现出粒子性。直到1919年,光量子假说才被广为接受。
爱因斯坦得到了一个结论,频率为f的光束是由能量为hf的光量子所组成;其中,h为普朗克常数。爱因斯坦并没有对这结论给出很多解释,实际而言,他并不确定光量子与光波之间的关系。但是,他的确建议这点子能够解释某些实验结果,尤其是光电效应。
3、量子化原子振动
在1906年论文《普朗克的辐射理论和比热容理论》里,爱因斯坦提出一种新的描述物质的物理模型,称为爱因斯坦模型。在这模型里,位于晶格结构里的每一个原子都被视为一个独立的量子谐振子,它们各自以相同频率像弹簧一样做简谐振动,因此具有离散的能级。
杜隆-珀蒂定律预言比热容为常数,在高温极限时,这模型给出相同的理论结果;而当温度趋于零时,这模型预言比热容也趋于零,与实验结果相符合。这是20世纪初期第三个被发现的重要量子理论。
爱因斯坦模型预言比热容以温度的指数函数趋于零,这是因为它假设所有谐振子的振动频率相同。彼得·德拜对于这假设给予修正,在他研究出的德拜模型里,振动频率不一样,因此比热容以温度的立方函数趋于零。
4、波粒二象性
在爱因斯坦的光量子假说中,光量子只是表现出能量的不连续性,它尚未被赋予粒子应具有的性质,所以不能被严格视为粒子。1909年,在爱因斯坦发表的两篇论文《论辐射问题的现状》与《论我们关于辐射的本性和组成的观点的发展》里,爱因斯坦阐明,光量子具有良好定义的动量,并且在某些方面表现出类点粒子的物理行为。
这两篇论文引入了光子的概念(吉尔伯特·路易斯于1926年给出术语光子的命名),启发了量子力学的波粒二象性观念。他又表示,理论物理下一个阶段将会发展出一种能够将光的波动论与光的粒子论融合在一起的理论。在这里,“融合”意味着波粒二象性,或更加延伸,尼尔斯·玻尔后来提出的互补原理。
5、临界乳光理论
在临界点附近,照射于介质的光束会被介质强烈散射,这现象称为临界乳光。波兰物理学者马里安·斯茅鲁樵斯基于1908年首先表明,临界乳光的机制为介质密度涨落,他并没有给出相关的方程。
两年后,爱因斯坦应用统计力学严格论述介质的分子结构所形成的密度涨落,从而推导出相关的方程,并且用这方程给出另一种计算阿伏伽德罗常数的方法,更有意思的是,这临界乳光的机制可以解释天空呈蓝色的现象。
按照瑞利散射理论,瑞利散射光的辐照度和入射光波长的四次方成反比。应用瑞利散射来解释天空的蓝色现象,波长较短的蓝光比波长较长的红光更易产生瑞利散射。因此,天空的颜色是蓝色的。瑞利散射方程能够准确地描述光束对于气体的瑞利散射行为,但对于液体并不适用。
爱因斯坦的临界乳光理论更一般地适用于液体与气体;瑞利散射只是临界乳光问题的一个特别案例。后来,布鲁诺·齐姆分析粒子在气体与液体里的随机性,将瑞利散射理论加以延伸来描述光在液体里的散射行为。
6、零点能
零点能指的是量子系统处于基态时所拥有的能量,量子系统所拥有能量不能低于零点能。普朗克于1911年至1913年之间重新表述他的1900年量子理论时提出了零点能的概念。
爱因斯坦和助手奥托·施特恩对于这点子极感兴趣。他们研究出一种方法,能够证实零点能的存在。他们假设双原子分子的旋转能含有零点能,并且所有双原子分子以同样角速度旋转,然后计算出双原子分子气体的比热容。
7、广义相对论
爱因斯坦在1907-1915年间创建的广义相对论是一种引力理论。根据广义相对论,在质量与质量之间观测到的引力是源自于这些质量所造成的时空弯曲。在现代天文物理学里,广义相对论是重要工具。
在接受1921年诺贝尔物理奖的演讲时,爱因斯坦表示狭义相对论对于惯性运动的偏好并不令人满意,而从最开始就不偏好任何运动状态(不论是匀速运动或加速度运动)的理论,应该会显得更令人满意,因此他才会尝试发展广义相对论。
他在1907年论文《关于相对性原理和由此得出的结论》里指出,自由下落实际是一种惯性运动,对于自由下落的观察者而言,狭义相对论的规则应该适用。爱因斯坦并没有对这后来被称为等效原理的论题给出详尽分析。
另外,他还初步预言重力红移,即射入引力势阱中的光会发生蓝移,而相反从引力势阱中射出的光会发生红移;又粗略预言光线在重力场中的偏折,即光子的路径在引力场中会发生偏折。这些预言后来纷纷得到了实验验证。
爱因斯坦将1907年论文加以扩充,于1911年写成论文《论重力对光的传播的影响》;在这篇论文里,他对光线在重力场中的偏折重新加以详细分析,得到可以严格测试的结果,即光线经过太阳产生的引力场时被偏折的角度。这预言可以做实验严格检试,因此他呼吁实验者的关注,尽快完成这实验。
8、引力波
引力波是时空曲率的涟漪以波动的形式从波源向外传播,同时会有能量向外传输。1916年,爱因斯坦了预测引力波的存在,根据广义相对论,洛伦兹不变性使得引力波的存在成为可能,由于引力相互作用必须以有限速度传播于空间。牛顿万有引力定律无法预言这种结果,因其假定引力相互作用是以无穷高速度传播于空间。
普林斯顿大学物理学家拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒于1974年发现发现首个脉冲双星系统PSR B1913+16,通过对其深入研究,首次发现引力波存在的间接定量证据。2016年2月11日,爱因斯坦论文一世纪之后,LIGO团队宣布,已直接探测到引力波,其源头来自于双黑洞融合机制。
9、宇宙学
全新装备了功能超强的广义相对论,爱因斯坦已准备好在梦寐以求的宇宙学领域大展身手。1917年,他应用广义相对论来建模整个宇宙结构。从那时的实验观测推论,他认为宇宙的范围是有限,并且不具有任何边界,因为宇宙质量会使时空弯曲回自己,就如同圆球的表面,具有有限的面积,不具有任何边界。
这种宇宙称为静态宇宙。但是,根据爱因斯坦场方程,静态宇宙不可能存在,宇宙只能扩张或收缩。为了使宇宙保持静态,爱因斯坦在他的方程中加入了一个宇宙常数项,然后让宇宙常数项与宇宙质量项相互抵销,这样,宇宙常数可以抗拒引力的效应,从而实现静态宇宙。
然而,爱德文·哈勃于1929年确定宇宙呈膨胀状态。爱因斯坦只好放弃宇宙常数,他认为在引力方程中引入该常数是他“一生中最大的错误”。
后来,人们发现宇宙加速膨胀,这现象的最简单说法是宇宙常数不为零,而是一个很小的数值。爱因斯坦的直觉最终可能还是正确的。
10、玻色-爱因斯坦统计
印度物理学者萨特延德拉·玻色在1923年完成论文《普朗克定律与光量子假说》,并且将这篇论文寄给英国《哲学杂志》,但是遭到拒绝发表。玻色丝毫不因此气馁,隔年他又将该论文转寄给爱因斯坦,寻求爱因斯坦的意见。
在这篇论文里,玻色提出一种新的统计模型,按照这模型,光束可以被视为由一群无法分辨的粒子所组成气体,因此在做统计运算时,所有相同能量的光子应该合并处理。爱因斯坦注意到玻色的统计模型不仅适用于光子,还适用于很多其它种粒子,这些粒子后来被称为玻色子。爱因斯坦把玻色的论文翻译成德文后发表于德国的《物理期刊》(Zeitschrift für Physik)。
爱因斯坦将玻色的理论推广至带质量的粒子,于1924年发表论文《单原子理想气体的量子理论》,隔年,又发表论文预言,玻色子冷却至非常低温时,会凝聚到其能量最低的量子态,因此会出现一种新的物态,称为玻色-爱因斯坦凝聚态。
1995年,科罗拉多大学波德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用铷原子气体在170 nK(1.7×10−7 K)的低温下首次观测到了玻色-爱因斯坦凝聚。四个月后,麻省理工学院的沃尔夫冈·克特勒使用钠原子气体独立实现了玻色-爱因斯坦凝聚。
11、奇迹年论文
爱因斯坦于1905年在《物理年鉴》发表了四篇划时代的论文。从来没有人能在这么短暂的时间内对于现代物理给出这么多重大贡献。这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。这四篇论文分别为:《关于光的产生和转变的一个启发性观点》、《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮粒子的运动》、《论运动物体的电动力学》、《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》
扩展资料:
阿道夫·希特勒于1933年开始掌权成为德国总理之时,爱因斯坦正在走访美国。由于爱因斯坦是犹太裔人,所以尽管身为普鲁士科学院教授,他并没有返回德国。1940年,他定居美国,随后成为美国公民。
在第二次世界大战前夕,他在一封写给当时美国总统富兰克林·罗斯福的信里署名,信内提到德国可能发展出一种新式且深具威力的炸弹,因此建议美国也尽早进行相关研究,美国因此开启了曼哈顿计划。爱因斯坦支持增强同盟国的武力,但谴责将当时新发现的核裂变用于武器用途的想法,后来爱因斯坦与英国哲学家伯特兰·罗素共同签署《罗素—爱因斯坦宣言》,强调核武器的危险性。
爱因斯坦一生总共发表了300多篇科学论文和150篇非科学作品。爱因斯坦被誉为是“现代物理学之父”及20世纪世界最重要科学家之一。他卓越和原创性的科学成就使得“爱因斯坦”一词成为“天才”的同义词。
爱因斯坦在1905年发表了四篇论文。
1905年,爱因斯坦在科学史上创造了一个史无前例奇迹。这一年他写了六篇论文,在三月到九月这半年中,利用在专利局每天八小时工作以外的业余时间,在三个领域做出了四个有划时代意义的贡献,他发表了关于光量子说、分子大小测定法、布朗运动理论和狭义相对论这四篇重要论文。
1921年演讲中的爱因斯坦。
这时间完全长于现今的通用时间,欧洲攻读博士学位的五年时间很长,尽管这在当时并不罕见但如今平均时间却为三年。
爱因斯坦于1902年开始在瑞士专利局工作,您会注意到这年他刚刚获得博士学位。 他之所以这样做,是因为他找不到让满意的教学岗位,所以他需要另一个收入来源来维持生计。
1900年8月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》上并入瑞士籍。 1901年3月21日,取得瑞士国籍。在这一年5-7月完成电势差的热力学理论的论文。 1904年9月,由专利局的试用人员转为正式三级技术员。 1905年3月,发展量子论,提出光量子假说,解决了光电效应问题。4月向苏黎世大学提出论文《分子大小的新测定法》,取得博士学位。5月完成论文《论动体的电动力学》,独立而完整地提出狭义相对性原理,开创物理学的新纪元。 1906年4月,晋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。 1908年10月兼任伯尔尼大学编外讲师。1910年10月,完成关于临界乳光的论文1915年11月,提出广义相对论引力方程的完整形式,并且成功地解释了水星近日点运动。 爱因斯坦1916年3月,完成总结性论文《广义相对论的基础》。5月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》,总结量子论的发展,提出受激辐射理论。
爱因斯坦在1905年发表了四篇论文。
分别为:《关于光的产生和转化的一个启发性观点》、《根据分子运动论研究静止液体中悬浮微粒的运动》、《论运动物体的电动力学》、《物体惯性与其所含能量有关吗》,随后导出了E = mc²的公式。
这四篇论文中每一篇都足以获得一次诺贝尔奖,这些成就深远地影响了整个世界,爱因斯坦也由此变得举世闻名。1905年被称为“爱因斯坦奇迹年”。
在狭义相对论被提出10年后,1915年,爱因斯坦又创建了广义相对论学说,并据此推出光在引力场中是沿曲线传播的,在1919年被天文学家证实,轰动科学界。
爱因斯坦在20世纪最重要的两个物理学学术贡献中占了一半,除了相对论之外,量子力学、光电效应都从爱因斯坦开始。
爱因斯坦在1905年发表了四篇论文。
1905年,爱因斯坦在科学史上创造了一个史无前例奇迹。这一年他写了六篇论文,在三月到九月这半年中,利用在专利局每天八小时工作以外的业余时间,在三个领域做出了四个有划时代意义的贡献,他发表了关于光量子说、分子大小测定法、布朗运动理论和狭义相对论这四篇重要论文。
1921年演讲中的爱因斯坦。
这时间完全长于现今的通用时间,欧洲攻读博士学位的五年时间很长,尽管这在当时并不罕见但如今平均时间却为三年。
爱因斯坦于1902年开始在瑞士专利局工作,您会注意到这年他刚刚获得博士学位。 他之所以这样做,是因为他找不到让满意的教学岗位,所以他需要另一个收入来源来维持生计。
出生 1879年3月14日 德国乌尔姆 逝世 1955年4月18日 美国普林斯顿 阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein�6�0,1879年3月14日—1955年4月18日),著名理论物理学家,相对论的创立者。 爱因斯坦生平事迹 爱因斯坦是当代最伟大的物理学家。他热爱物理学,把毕生献给了物理学的理论研究。人们称他为20世纪的哥白尼、20世纪的牛顿。 爱因斯坦生长在物理学急剧变革的时期,通过以他为代表的一代物理学家的努力,物理学的发展进入了一个新的历史时期。由伽利略和牛顿建立的古典物理学理论体系,经历了将近200年的发展,到19世纪中叶,由于能量守恒和转化定律的发现,热力学和统计物理学的建立,特别是由于法拉第和麦克斯韦在电磁学上的发现,取得了辉煌的成就。这些成就,使得当时不少物理学家认为,物理学领域中原则性的理论问题都已经解决了,留给后人的,只是在细节方面的补充和发展。可是,历史的进程恰恰相反,接踵而来的却是一系列古典物理学无法解释的新现象:以太漂移实验、元素的放射性、电子运动、黑体辐射、光电效应等等。在这个新形势面前,物理学家一般企图以在旧理论框架内部进行修补的办法来解决矛盾,但是,年轻的爱因斯坦则不为旧传统所束缚,在洛伦兹等人研究工作的基础上,对空间和时间这样一些基本概念作了本质上的变革。这一理论上的根本性突破,开辟了物理学的新纪元。 爱因斯坦一生中最重要的贡献是相对论。1905年他发表了题为《论动体的电动力学》的论文,提出了狭义相对性原理和光速不变原理,建立了狭义相对论。这一理论把牛顿力学作为低速运动理论的特殊情形包括在内。它揭示了作为物质存在形式的空间和时间在本质上的统一性,深刻揭露了力学运动和电磁运动在运动学上的统一性,而且还进一步揭示了物质和运动的统一性(质量和能量的相当性),发展了物质和运动不可分割原理,并且为原子能的利用奠定了理论基础。随后,经过多年的艰苦努力,1915年他又建立了广义相对论,进一步揭示了四维空时同物质的统一关系,指出空时不可能离开物质而独立存在,空间的结构和性质取决于物质的分布,它并不是平坦的欧几里得空间,而是弯曲的黎曼空间。根据广义相对论的引力论,他推断光在引力场中不沿着直线而会沿着曲线传播。这一理论预见,在1919年由英国天文学家在日蚀观察中得到证实,当时全世界都为之轰动。1938年,他在广义相对论的运动问题上取得重大进展,即从场方程推导出物体运动方程,由此更深一步地揭示了空时、物质、运动和引力之间的统一性。广义相对论和引力论的研究,60年代以来,由于实验技术和天文学的巨大发展受到重视。 另外,爱因斯坦对宇宙学、用引力和电磁的统一场论、量子论的研究都为物理学的发展作出了贡献。 爱因斯坦不仅是一个伟大的科学家,一个富有哲学探索精神的杰出的思想家,同时又是一个有高度社会责任感的正直的人。他先后生活在西方政治漩涡中心的德国和美国,经历过两次世界大战。他深刻体会到一个科学工作者的劳动成果对社会会产生怎样的影响,一个知识分子要对社会负怎样的责任
出生 1879年3月14日 德国乌尔姆 逝世 1955年4月18日 美国普林斯顿 阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein�6�0,1879年3月14日—1955年4月18日),著名理论物理学家,相对论的创立者。 爱因斯坦生平事迹 爱因斯坦是当代最伟大的物理学家。他热爱物理学,把毕生献给了物理学的理论研究。人们称他为20世纪的哥白尼、20世纪的牛顿。 爱因斯坦生长在物理学急剧变革的时期,通过以他为代表的一代物理学家的努力,物理学的发展进入了一个新的历史时期。由伽利略和牛顿建立的古典物理学理论体系,经历了将近200年的发展,到19世纪中叶,由于能量守恒和转化定律的发现,热力学和统计物理学的建立,特别是由于法拉第和麦克斯韦在电磁学上的发现,取得了辉煌的成就。这些成就,使得当时不少物理学家认为,物理学领域中原则性的理论问题都已经解决了,留给后人的,只是在细节方面的补充和发展。可是,历史的进程恰恰相反,接踵而来的却是一系列古典物理学无法解释的新现象:以太漂移实验、元素的放射性、电子运动、黑体辐射、光电效应等等。在这个新形势面前,物理学家一般企图以在旧理论框架内部进行修补的办法来解决矛盾,但是,年轻的爱因斯坦则不为旧传统所束缚,在洛伦兹等人研究工作的基础上,对空间和时间这样一些基本概念作了本质上的变革。这一理论上的根本性突破,开辟了物理学的新纪元。 爱因斯坦一生中最重要的贡献是相对论。1905年他发表了题为《论动体的电动力学》的论文,提出了狭义相对性原理和光速不变原理,建立了狭义相对论。这一理论把牛顿力学作为低速运动理论的特殊情形包括在内。它揭示了作为物质存在形式的空间和时间在本质上的统一性,深刻揭露了力学运动和电磁运动在运动学上的统一性,而且还进一步揭示了物质和运动的统一性(质量和能量的相当性),发展了物质和运动不可分割原理,并且为原子能的利用奠定了理论基础。随后,经过多年的艰苦努力,1915年他又建立了广义相对论,进一步揭示了四维空时同物质的统一关系,指出空时不可能离开物质而独立存在,空间的结构和性质取决于物质的分布,它并不是平坦的欧几里得空间,而是弯曲的黎曼空间。根据广义相对论的引力论,他推断光在引力场中不沿着直线而会沿着曲线传播。这一理论预见,在1919年由英国天文学家在日蚀观察中得到证实,当时全世界都为之轰动。1938年,他在广义相对论的运动问题上取得重大进展,即从场方程推导出物体运动方程,由此更深一步地揭示了空时、物质、运动和引力之间的统一性。广义相对论和引力论的研究,60年代以来,由于实验技术和天文学的巨大发展受到重视。 另外,爱因斯坦对宇宙学、用引力和电磁的统一场论、量子论的研究都为物理学的发展作出了贡献。 爱因斯坦不仅是一个伟大的科学家,一个富有哲学探索精神的杰出的思想家,同时又是一个有高度社会责任感的正直的人。他先后生活在西方政治漩涡中心的德国和美国,经历过两次世界大战。他深刻体会到一个科学工作者的劳动成果对社会会产生怎样的影响,一个知识分子要对社会负怎样的责任
1、相对论和爱因斯坦质能方程
爱因斯坦在论文《论运动物体的电动力学》里提出了狭义相对论的两个基本公设:“光速不变”,以及“相对性原理”,按照这两个基本公设对于经典力学在运动速度接近光速时做出一些重要修正,从而化解了麦克斯韦方程组与经典力学定律之间的矛盾。经过整理之后,这些创举成为爱因斯坦的狭义相对论。
承认时空的相对性与光速的不变性导致了几个必然的推论。一是运动物体在其运动方向会表现出长度收缩。二是运动物体会经历时间膨胀。也就是说,一个运动中的钟表要比静止的同样钟表走得慢。三是以太的概念其实是多余无用的。
爱因斯坦在表述质能等价的论文里,从狭义相对论的方程里推导出质能方程E = mc2。这意味着能量和质量其实是一回事,可以相互转换。对于任何物体来说,其质量会随着其速度的增加而增加。
爱因斯坦的相对论曾经有很多年备受争议,他获得1921年诺贝尔物理学奖并不是因为表扬他在相对论做出重大贡献。普朗克是最热烈支持相对论的物理学者之一。
2、光子与能量量子
在论文《关于光的产生和转变的一个启发性观点》里,爱因斯坦提出光量子假说,即光是由离散的能量量子组成,这能量量子称为光量子,后来被简称为光子。最初,光量子假说遭到物理学者强烈质疑,其中包括马克斯·普朗克以及尼尔斯·玻尔。
后来,罗伯特·密立根做实验证实了光电效应的方程,阿瑟·康普顿做康普顿散射实验展示在某种情况下光会表现出粒子性。直到1919年,光量子假说才被广为接受。
爱因斯坦得到了一个结论,频率为f的光束是由能量为hf的光量子所组成;其中,h为普朗克常数。爱因斯坦并没有对这结论给出很多解释,实际而言,他并不确定光量子与光波之间的关系。但是,他的确建议这点子能够解释某些实验结果,尤其是光电效应。
3、量子化原子振动
在1906年论文《普朗克的辐射理论和比热容理论》里,爱因斯坦提出一种新的描述物质的物理模型,称为爱因斯坦模型。在这模型里,位于晶格结构里的每一个原子都被视为一个独立的量子谐振子,它们各自以相同频率像弹簧一样做简谐振动,因此具有离散的能级。
杜隆-珀蒂定律预言比热容为常数,在高温极限时,这模型给出相同的理论结果;而当温度趋于零时,这模型预言比热容也趋于零,与实验结果相符合。这是20世纪初期第三个被发现的重要量子理论。
爱因斯坦模型预言比热容以温度的指数函数趋于零,这是因为它假设所有谐振子的振动频率相同。彼得·德拜对于这假设给予修正,在他研究出的德拜模型里,振动频率不一样,因此比热容以温度的立方函数趋于零。
4、波粒二象性
在爱因斯坦的光量子假说中,光量子只是表现出能量的不连续性,它尚未被赋予粒子应具有的性质,所以不能被严格视为粒子。1909年,在爱因斯坦发表的两篇论文《论辐射问题的现状》与《论我们关于辐射的本性和组成的观点的发展》里,爱因斯坦阐明,光量子具有良好定义的动量,并且在某些方面表现出类点粒子的物理行为。
这两篇论文引入了光子的概念(吉尔伯特·路易斯于1926年给出术语光子的命名),启发了量子力学的波粒二象性观念。他又表示,理论物理下一个阶段将会发展出一种能够将光的波动论与光的粒子论融合在一起的理论。在这里,“融合”意味着波粒二象性,或更加延伸,尼尔斯·玻尔后来提出的互补原理。
5、临界乳光理论
在临界点附近,照射于介质的光束会被介质强烈散射,这现象称为临界乳光。波兰物理学者马里安·斯茅鲁樵斯基于1908年首先表明,临界乳光的机制为介质密度涨落,他并没有给出相关的方程。
两年后,爱因斯坦应用统计力学严格论述介质的分子结构所形成的密度涨落,从而推导出相关的方程,并且用这方程给出另一种计算阿伏伽德罗常数的方法,更有意思的是,这临界乳光的机制可以解释天空呈蓝色的现象。
按照瑞利散射理论,瑞利散射光的辐照度和入射光波长的四次方成反比。应用瑞利散射来解释天空的蓝色现象,波长较短的蓝光比波长较长的红光更易产生瑞利散射。因此,天空的颜色是蓝色的。瑞利散射方程能够准确地描述光束对于气体的瑞利散射行为,但对于液体并不适用。
爱因斯坦的临界乳光理论更一般地适用于液体与气体;瑞利散射只是临界乳光问题的一个特别案例。后来,布鲁诺·齐姆分析粒子在气体与液体里的随机性,将瑞利散射理论加以延伸来描述光在液体里的散射行为。
6、零点能
零点能指的是量子系统处于基态时所拥有的能量,量子系统所拥有能量不能低于零点能。普朗克于1911年至1913年之间重新表述他的1900年量子理论时提出了零点能的概念。
爱因斯坦和助手奥托·施特恩对于这点子极感兴趣。他们研究出一种方法,能够证实零点能的存在。他们假设双原子分子的旋转能含有零点能,并且所有双原子分子以同样角速度旋转,然后计算出双原子分子气体的比热容。
7、广义相对论
爱因斯坦在1907-1915年间创建的广义相对论是一种引力理论。根据广义相对论,在质量与质量之间观测到的引力是源自于这些质量所造成的时空弯曲。在现代天文物理学里,广义相对论是重要工具。
在接受1921年诺贝尔物理奖的演讲时,爱因斯坦表示狭义相对论对于惯性运动的偏好并不令人满意,而从最开始就不偏好任何运动状态(不论是匀速运动或加速度运动)的理论,应该会显得更令人满意,因此他才会尝试发展广义相对论。
他在1907年论文《关于相对性原理和由此得出的结论》里指出,自由下落实际是一种惯性运动,对于自由下落的观察者而言,狭义相对论的规则应该适用。爱因斯坦并没有对这后来被称为等效原理的论题给出详尽分析。
另外,他还初步预言重力红移,即射入引力势阱中的光会发生蓝移,而相反从引力势阱中射出的光会发生红移;又粗略预言光线在重力场中的偏折,即光子的路径在引力场中会发生偏折。这些预言后来纷纷得到了实验验证。
爱因斯坦将1907年论文加以扩充,于1911年写成论文《论重力对光的传播的影响》;在这篇论文里,他对光线在重力场中的偏折重新加以详细分析,得到可以严格测试的结果,即光线经过太阳产生的引力场时被偏折的角度。这预言可以做实验严格检试,因此他呼吁实验者的关注,尽快完成这实验。
8、引力波
引力波是时空曲率的涟漪以波动的形式从波源向外传播,同时会有能量向外传输。1916年,爱因斯坦了预测引力波的存在,根据广义相对论,洛伦兹不变性使得引力波的存在成为可能,由于引力相互作用必须以有限速度传播于空间。牛顿万有引力定律无法预言这种结果,因其假定引力相互作用是以无穷高速度传播于空间。
普林斯顿大学物理学家拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒于1974年发现发现首个脉冲双星系统PSR B1913+16,通过对其深入研究,首次发现引力波存在的间接定量证据。2016年2月11日,爱因斯坦论文一世纪之后,LIGO团队宣布,已直接探测到引力波,其源头来自于双黑洞融合机制。
9、宇宙学
全新装备了功能超强的广义相对论,爱因斯坦已准备好在梦寐以求的宇宙学领域大展身手。1917年,他应用广义相对论来建模整个宇宙结构。从那时的实验观测推论,他认为宇宙的范围是有限,并且不具有任何边界,因为宇宙质量会使时空弯曲回自己,就如同圆球的表面,具有有限的面积,不具有任何边界。
这种宇宙称为静态宇宙。但是,根据爱因斯坦场方程,静态宇宙不可能存在,宇宙只能扩张或收缩。为了使宇宙保持静态,爱因斯坦在他的方程中加入了一个宇宙常数项,然后让宇宙常数项与宇宙质量项相互抵销,这样,宇宙常数可以抗拒引力的效应,从而实现静态宇宙。
然而,爱德文·哈勃于1929年确定宇宙呈膨胀状态。爱因斯坦只好放弃宇宙常数,他认为在引力方程中引入该常数是他“一生中最大的错误”。
后来,人们发现宇宙加速膨胀,这现象的最简单说法是宇宙常数不为零,而是一个很小的数值。爱因斯坦的直觉最终可能还是正确的。
10、玻色-爱因斯坦统计
印度物理学者萨特延德拉·玻色在1923年完成论文《普朗克定律与光量子假说》,并且将这篇论文寄给英国《哲学杂志》,但是遭到拒绝发表。玻色丝毫不因此气馁,隔年他又将该论文转寄给爱因斯坦,寻求爱因斯坦的意见。
在这篇论文里,玻色提出一种新的统计模型,按照这模型,光束可以被视为由一群无法分辨的粒子所组成气体,因此在做统计运算时,所有相同能量的光子应该合并处理。爱因斯坦注意到玻色的统计模型不仅适用于光子,还适用于很多其它种粒子,这些粒子后来被称为玻色子。爱因斯坦把玻色的论文翻译成德文后发表于德国的《物理期刊》(Zeitschrift für Physik)。
爱因斯坦将玻色的理论推广至带质量的粒子,于1924年发表论文《单原子理想气体的量子理论》,隔年,又发表论文预言,玻色子冷却至非常低温时,会凝聚到其能量最低的量子态,因此会出现一种新的物态,称为玻色-爱因斯坦凝聚态。
1995年,科罗拉多大学波德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用铷原子气体在170 nK(1.7×10−7 K)的低温下首次观测到了玻色-爱因斯坦凝聚。四个月后,麻省理工学院的沃尔夫冈·克特勒使用钠原子气体独立实现了玻色-爱因斯坦凝聚。
11、奇迹年论文
爱因斯坦于1905年在《物理年鉴》发表了四篇划时代的论文。从来没有人能在这么短暂的时间内对于现代物理给出这么多重大贡献。这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。这四篇论文分别为:《关于光的产生和转变的一个启发性观点》、《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮粒子的运动》、《论运动物体的电动力学》、《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》
扩展资料:
阿道夫·希特勒于1933年开始掌权成为德国总理之时,爱因斯坦正在走访美国。由于爱因斯坦是犹太裔人,所以尽管身为普鲁士科学院教授,他并没有返回德国。1940年,他定居美国,随后成为美国公民。
在第二次世界大战前夕,他在一封写给当时美国总统富兰克林·罗斯福的信里署名,信内提到德国可能发展出一种新式且深具威力的炸弹,因此建议美国也尽早进行相关研究,美国因此开启了曼哈顿计划。爱因斯坦支持增强同盟国的武力,但谴责将当时新发现的核裂变用于武器用途的想法,后来爱因斯坦与英国哲学家伯特兰·罗素共同签署《罗素—爱因斯坦宣言》,强调核武器的危险性。
爱因斯坦一生总共发表了300多篇科学论文和150篇非科学作品。爱因斯坦被誉为是“现代物理学之父”及20世纪世界最重要科学家之一。他卓越和原创性的科学成就使得“爱因斯坦”一词成为“天才”的同义词。
爱因斯坦在1905年发表了6篇划时代的论文,分别为:1.《关于光的产生和转化的一个试探性观点》2.《分子大小的新测定方法》3.《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》4.《论动体的电动力学》5.《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》6.《布朗运动的一些检视》1905年被称为“爱因斯坦奇迹年”。100年后的2005年因此被定为“2005 世界物理年”。1905年3月,德国《物理年鉴》发表《关于光的产生和转化的一个试探性观点》(Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt),认为光是由分离的粒子所组成。爱因斯坦解释光也是由小的能量粒子(光量子)组成的,并且量子可以像单个的粒子那样运动。“光量子”理论把1900年普朗克创立的量子论大大推进一步,揭示了微观世界的基本特征:波动—粒子二元性。 1905年5月11日,德国《物理年鉴》发表一篇用布朗运动解释微小颗粒随机游走的现象的论文《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》(Die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen)。这篇论文是对布朗运动这种平移扩散的开创性研究。 1905年6月30日,德国《物理年鉴》发表《论动体的电动力学》(Elektrodynamik bewegter Körper)一文。首次提出了狭义相对论基本原理,论文中提出了两个基本公理:“光速不变”,以及“相对性原理”。 1905年9月27日,德国《物理年鉴》刊出《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》(Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?),认为“物体的质量可以度量其能量”,随后导出了E = mc²的公式。
爱因斯坦在1905年发表了四篇论文。
分别为:《关于光的产生和转化的一个启发性观点》、《根据分子运动论研究静止液体中悬浮微粒的运动》、《论运动物体的电动力学》、《物体惯性与其所含能量有关吗》,随后导出了E = mc²的公式。
这四篇论文中每一篇都足以获得一次诺贝尔奖,这些成就深远地影响了整个世界,爱因斯坦也由此变得举世闻名。1905年被称为“爱因斯坦奇迹年”。
在狭义相对论被提出10年后,1915年,爱因斯坦又创建了广义相对论学说,并据此推出光在引力场中是沿曲线传播的,在1919年被天文学家证实,轰动科学界。
爱因斯坦在20世纪最重要的两个物理学学术贡献中占了一半,除了相对论之外,量子力学、光电效应都从爱因斯坦开始。
据学术堂了解,1905年,爱因斯坦发表了5篇论文,掀起了一场影响百年的物理革命。至今,爱因斯坦的科学思想仍引导着我们改变世界。他的5篇论文分别是:1、《关于光的产生和转化的一个启发性观点》讨论光量子以及光电效应2、《分子大小的新测定》推导出计算扩散速度的数学公式3、《关于热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》提供了原子确实存在的证明4、《论动体的电动力学》提出时空关系新理论,被称为“狭义相对论”5、《物体的惯性是否决定其内能》建立在狭义相对论基础上,表明质量和能量可互换,后来推出最著名的科学方程:E=mc2
爱因斯坦在1905年发表了四篇论文。这四篇论文中每一篇都足以获得一次诺贝尔奖,这些成就深远地影响了整个世界,爱因斯坦也由此变得举世闻名。在第一篇论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》里,爱因斯坦通过量子理论解释了光电效应,并最终证明了能量子以及光子(即光的粒子)的存在。
另外一个是布朗运动,还有一篇是关于原子大小的测定,我们从这些成果可以看出,爱因斯坦在20世纪最重要的两个物理学学术贡献中占了一半,除了相对论之外,量子力学、光电效应都从爱因斯坦开始。
在该年度发表的论文中,爱因斯坦深信原子真实存在,直到那时,原子对科学界来说还更多的是一个对方程有用的数学工具,而不是物理实体。假设热水是由很多不稳定的水分子组成的,水是热的,这些分子不稳定,到处移动,无规则地撞击花粉;爱因斯坦推论花粉的运动是碰撞的结果。爱因斯坦遇到的最大问题是需要结合热力学和经典力学来阐述他的观点,后者描述物体的运动,前者却研究大系统。
爱因斯坦在1905年发表了四篇论文。
1905年,爱因斯坦在科学史上创造了一个史无前例奇迹。这一年他写了六篇论文,在三月到九月这半年中,利用在专利局每天八小时工作以外的业余时间,在三个领域做出了四个有划时代意义的贡献,他发表了关于光量子说、分子大小测定法、布朗运动理论和狭义相对论这四篇重要论文。
1921年演讲中的爱因斯坦。
这时间完全长于现今的通用时间,欧洲攻读博士学位的五年时间很长,尽管这在当时并不罕见但如今平均时间却为三年。
爱因斯坦于1902年开始在瑞士专利局工作,您会注意到这年他刚刚获得博士学位。 他之所以这样做,是因为他找不到让满意的教学岗位,所以他需要另一个收入来源来维持生计。
爱因斯坦,创立了代表现代科学的相对论,并为核能开发奠定了理论基础,在现代科学技术和他的深刻影响,下面是我为你整理的爱因斯坦个人简介,希望对你有用!
爱因斯坦生于德国乌尔姆一个经营电器作坊的小业主家庭,父母都是犹太人,父亲赫尔曼·爱因斯坦是一名不太成功的商人,母亲波林·科克是一位钢琴家。五岁时对袖珍罗盘着迷,六岁开始练习拉小提琴。爱因斯坦出生后的第二年,1880年全家迁居慕尼黑。1894年,又全家迁至意大利米兰。尽管爱因斯坦的语言能力不是很好,但爱因斯坦在就读小学和中学时,是一个顶级水平的学生。随着爱因斯坦的长大,他在数学方面表现出特别的天赋。
1895年,爱因斯坦来到瑞士苏黎市投考苏黎世联邦理工学院,他的数学和物理考得很不错,但其他科目没有考好,该校校长赫尔岑推荐他去瑞士的阿劳州立中学学习一年。在阿劳州立中学学习的这段时光中使爱因斯坦感到快乐,这所学校的信念“概念思考是建立在‘直观’之上的。”完全符合他的需求。1896年,爱因斯坦进入苏黎世联邦理工学院师范系学习物理学,学校里的物理教授海因里希·弗里德里希·韦伯(Heinrich Friedrich Weber)很讨厌爱因斯坦,曾对爱因斯坦说:“你很聪明,但有个缺点,你听不进别人的话”,爱因斯坦的女友米列娃·马利奇时常与韦伯教授冲突,她指责他对爱因斯坦不公平,1899年6月,爱因斯坦在实验室引起一场爆炸,手部严重烧伤。1900年毕业,没能如愿留校担任助教,只能靠当“家教”维持生活。1901年取得瑞士国籍。1902年在大学同学格罗斯曼(M. Grossman)的父亲协助下,被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员,从事发明专利申请的技术鉴定工作。他利用业余时间开展科学研究,于1905年在物理学三个不同领域中取得了历史性成就,特别是狭义相对论的建立和光量子论的提出,推动了物理学理论的革命。翌年1月15日,以论文《分子大小的新测定法》,取得苏黎世大学的博士学位。
奇迹年
爱因斯坦在1905年发表了六篇划时代的论文,分别为:《关于光的产生和转化的一个试探性观点》、《分子大小的新测定方法》、《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》、《论动体的电动力学》、《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》、《布朗运动的一些检视》。因此这一年被称为“爱因斯坦奇迹年”。100年后的2005年因此被定为“世界物理年”。
1905年3月,德国《物理年鉴》发表《关于光的产生和转化的一个试探性观点》(Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt),认为光是由分离的粒子所组成。爱因斯坦解释光也是由小的能量粒子(光量子)组成的,并且量子可以像单个的粒子那样运动。“光量子”理论把1900年普朗克创立的量子论大大推进一步,揭示了微观世界的基本特征:波动—粒子二元性。 1905年5月11日,德国《物理年鉴》发表一篇用布朗运动解释微小颗粒随机游走的现象的论文《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》(Die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen)。这篇论文是对布朗运动这种平移扩散的开创性研究。 1905年6月30日,德国《物理年鉴》发表《论动体的电动力学》(Elektrodynamik bewegter Körper)一文。首次提出了狭义相对论基本原理,论文中提出了两个基本公理:“光速不变”,以及“相对性原理”。 1905年9月27日,德国《物理年鉴》刊出《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》(Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig? ),认为“物体的质量可以度量其能量”,随后导出了E = mc²的公式。
成名
爱因斯坦1908年兼任伯尔尼大学的兼职讲师。1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。1911年任布拉格德国大学理论物理学教授,1912年任母校苏黎世联邦理工学院教授。1914年,应马克斯·普朗克和瓦尔特·能斯特的邀请,回德国任威廉皇家物理研究所所长兼柏林洪堡大学教授,直到1933年。1920年应亨德里克·洛伦兹和保罗·埃伦费斯特的邀请,兼任荷兰莱顿大学特邀教授。第一次世界大战爆发后,他投入公开和地下的反战活动。
1915年爱因斯坦发表了广义相对论。他所作的光线经过太阳引力场要弯曲的预言,于1919年由英国天文学家亚瑟·斯坦利·爱丁顿的日全蚀观测结果所证实。1916年他预言的引力波在1978年也得到了证实。爱因斯坦和相对论在西方成了家喻户晓的名词,同时也招来了德国和其他国家的沙文主义者、军国主义者和排犹主义者的恶毒攻击。
1917年爱因斯坦在《论辐射的量子性》一文中提出了受激辐射理论,成为激光的理论基础。
爱因斯坦因在光电效应方面的研究,被授予1921年诺贝尔物理学奖。在瑞典科学院的公告中并未提及相对论,原因是认为相对论还有争议。
1933年1月纳粹党攫取德国政权后,爱因斯坦是科学界首要的迫害对象,幸而当时他在美国讲学,未遭毒手。3月他回欧洲后避居比利时,9月9日发现有准备行刺他的盖世太保跟踪,星夜渡海到英国,10月转到美国担任新建的普林斯顿高级研究院的教授(普林斯顿高等研究院与普林斯顿大学非同一机构),直至1945年退休。1940年他取得美国国籍。
1937年爱因斯坦曾经探访住在美国加州的查理·卓别林。
1939年他获悉铀核裂变及其链式反应的发现,在匈牙利物理学家利奥·西拉德推动下,上书罗斯福总统,建议研制原子弹,以防德国占先。第二次世界大战结束前夕,美国在日本广岛和长崎两个城市上空投掷原子弹,爱因斯坦对此强烈不满。战后,为开展反对核战争和反对美国国内右翼极端分子的运动进行了不懈的斗争。
去世
1955年4月18日,爱因斯坦因腹主动脉瘤(Abdominal aortic aneurysm)破裂逝世于普林斯顿。一位名叫托马斯·哈维的普林斯顿医院病理医生在验尸过程中,在未经爱因斯坦他的家人允许下,私自取下爱因斯坦的大脑保存,这位病理医生希望未来神经科学界能够研究爱因斯坦的大脑,以发现爱因斯坦那么聪明的原因(爱因斯坦的脑)。为遵照爱因斯坦的遗嘱,他死后并没有举行任何丧礼,也不筑坟墓,不立纪念碑,骨灰撒在永远保密的地方,目的是不会令埋葬他的地方成为圣地。爱因斯坦的后半生一直从事寻找统一场论的工作,不过这项工作没有获得成功,对此,著名的爱氏研究专家亚伯拉罕·派斯曾说:“爱因斯坦在1925年之后就应该去钓鱼,而不是继续做研究”。寻找比统一场论包含内容更广泛、能够统一解释各种基本相互作用的理论,是理论物理学研究的中心问题之一。
1905年,爱因斯坦在科学史上创造了一个史无前例奇迹。这一年他写了六篇论文,在三月到九月这半年中,利用在专利局每天八小时工作以外的业余时间,在三个领域做出了四个有划时代意义的贡献,他发表了关于光量子说、分子大小测定法、布朗运动理论和狭义相对论这四篇重要论文。
1905年3月,爱因斯坦将自己认为正确无误的论文送给了德国《物理年报》编辑部。他腼腆的对编辑说:“如果您能在你们的年报中找到篇幅为我刊出这篇论文,我将感到很愉快。”这篇“被不好意思”送出的论文名叫《关于光的产生和转化的一个推测性观点》。
篇论文把普朗克1900年提出的量子概念推广到光在空间中的传播情况,提出光量子假说。认为:对于时间平均值,光表现为波动;而对于瞬时值,光则表现为粒子性。这是历史上第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的统一,即波粒二象性。
在这文章的结尾,他用光量子概念轻而易举的解释了经典物理学无法解释的光电效应,推导出光电子的最大能量同入射光的频率之间的关系。这一关系10年后才由密立根给予实验证实。1921年,爱因斯坦因为“光电效应定律的发现”这一成就而获得了诺贝尔物理学奖。
这才仅仅是开始,阿尔伯特·爱因斯坦在光、热、电物理学的三个领域中齐头并进,一发不可收拾。1905年4月,爱因斯坦完成了《分子大小的新测定法》,5月完成了《热的分子运动论所要求的静液体中悬浮粒子的运动》。这是两篇关于布朗运动的研究的论文。爱因斯坦当时的目的是要通过观测由分子运动的涨落现象所产生的悬浮粒子的无规则运动,来测定分子的实际大小,以解决半个多世纪来科学界和哲学界争论不休的原子是否存在的问题。
三年后,法国物理学家佩兰以精密的实验证实了爱因斯坦的理论预测。从而无可非议的证明了原子和分子的客观存在,这使最坚决反对原子论的德国化学家、唯能论的创始人奥斯特瓦尔德于1908年主动宣布:“原子假说已经成为一种基础巩固的科学理论”。
1905年6月,爱因斯坦完成了开创物理学新纪元的长论文《论运体的电动力学》,完整的提出了狭义相对论。这是爱因斯坦10年酝酿和探索的结果,它在很大程度上解决了19世纪末出现的古典物理学的危机,改变了牛顿力学的时空观念,揭露了物质和能量的相当性,创立了一个全新的物理学世界,是近代物理学领域最伟大的革命。
狭义相对论不但可以解释经典物理学所能解释的全部现象,还可以解释一些经典物理学所不能解释的物理现象,并且预言了不少新的效应。狭义相对论最重要的结论是质量守恒原理失去了独立性,他和能量守恒定律融合在一起,质量和能量是可以相互转化的。其他还有比较常讲到的钟慢尺缩、光速不变、光子的静止质量是零等等。而古典力学就成为了相对论力学在低速运动时的一种极限情况。这样,力学和电磁学也就在运动学的基础上统一起来。
1905年9月,爱因斯坦写了一篇短文《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》,作为相对论的一个推论。质能相当性是原子核物理学和粒子物理学的理论基础,也为20世纪40年代实现的核能的释放和利用开辟了道路。
在这短短的半年时间,爱因斯坦在科学上的突破性成就,可以说是“石破天惊,前无古人”。即使他就此放弃物理学研究,即使他只完成了上述三方面成就的任何一方面,爱因斯坦都会在物理学发展史上留下极其重要的一笔。爱因斯坦拨散了笼罩在“物理学晴空上的乌云”,迎来了物理学更加光辉灿烂的新纪元。
广义相对论的探索
狭义相对论建立后,爱因斯坦并不感到满足,力图把相对性原理的适用范围推广到非惯性系。他从伽利略发现的引力场中一切物体都具有同一加速度这一古老实验事实找到了突破口,于1907年提出了等效原理。在这一年,他的大学老师、著名几何学家闵可夫斯基提出了狭义相对论的四维空间表示形式,为相对论进一步发展提供了有用的数学工具,可惜爱因斯坦当时并没有认识到它的价值。
等效原理的发现,爱因斯坦认为是他一生最愉快的思索,但以后的工作却十分艰苦,并且走了很大的弯路。1911年,他分析了刚性转动圆盘,意识到引力场中欧氏几何并不严格有效。同时还发现洛伦茨变化不是普适的,等效原理只对无限小区域有效……。这时的爱因斯坦已经有了广义相对论的思想,但他还缺乏建立它所必需的数学基础。
1912年,爱因斯坦回到苏黎世母校工作。在他的同班同学、母校任数学教授的格罗斯曼帮助下,他在黎曼几何和张量分析中找到了建立广义相对论的数学工具。经过一年的奋力合作,他们于1913年发表了重要论文《广义相对论纲要和引力理论》,提出了引力的度规场理论。这是首次把引力和度规结合起来,使黎曼几何获得实在的物理意义。
不过他们当时得到的引力场方程只对线性变换是协变的,还不具有广义相对论原理所要求的任意坐标变换下的协变性。这是由于爱因斯坦当时不熟悉张量运算,错误的认为,只要坚持守恒定律,就必须限制坐标系的选择,为了维护因果性,不得不放弃普遍协变的要求。
科学成就的第二个高峰
在1915年到1917年的3年中,是爱因斯坦科学成就的第二个高峰,类似于1905年,他也在三个不同领域中分别取得了历史性的成就。除了1915年最后建成了被公认为人类思想史中最伟大的成就之一的广义相对论以外,1916年在辐射量子方面提出引力波理论,1917年又开创了现代宇宙学。
1915年7月以后,爱因斯坦在走了两年多弯路后,又回到普遍协变的要求。1915年10月到11月,他集中精力探索新的引力场方程,于11月4日、11日、18日和25日一连向普鲁士科学院提交了四篇论文。
在第一篇论文中他得到了满足守恒定律的普遍协变的引力场方程,但加了一个不必要的限制。第三篇论文中,根据新的引力场方程,推算出光线经过太阳表面所发生的偏转是1.7弧秒,同时还推算出水星近日点每100年的进动是43秒,完满解决了60多年来天文学的一大难题。
1915年11月25日的论文《引力的场方程》中,他放弃了对变换群的不必要限制,建立了真正普遍协变的引力场方程,宣告广义相对论作为一种逻辑结构终于完成了。1916春天,爱因斯坦写了一篇总结性的论文《广义相对论的基础》;同年底,又写了一本普及性的小册子《狭义与广义相对论浅说》。
1916年6月,爱因斯坦在研究引力场方程的近似积分时,发现一个力学体系变化时必然发射出以光速传播的引力波,从而提出引力波理论。1979年,在爱因斯坦逝世24年后,间接证明了引力波存在。
1917年,爱因斯坦用广义相对论的结果来研究宇宙的时空结构,发表了开创性的论文《根据广义相对论对宇宙所做的考察》。论文分析了“宇宙在空间上是无限的”这一传统观念,指出它同牛顿引力理论和广义相对论都是不协调的。他认为,可能的出路是把宇宙看作是一个具有有限空间体积的自身闭合的连续区,以科学论据推论宇宙在空间上是有限无边的,这在人类历史上是一个大胆的创举,使宇宙学摆脱了纯粹猜想的思辨,进入现代科学领域。
漫长艰难的探索
广义相对论建成后,爱因斯坦依然感到不满足,要把广义相对论再加以推广,使它不仅包括引力场,也包括电磁场。他认为这是相对论发展的第三个阶段,即统一场论。
1925年以后,爱因斯坦全力以赴去探索统一场论。开头几年他非常乐观,以为胜利在望;后来发现困难重重,他认为现有的数学工具不够用;1928年以后转入纯数学的探索。他尝试着用各种方法,但都没有取得具有真正物理意义的结果。
1925年~1955年这30年中,除了关于量子力学的完备性问题、引力波以及广义相对论的运动问题以外,爱因斯坦几乎把他全部的科学创造精力都用于统一场论的探索。
1937年,在两个助手合作下,他从广义相对论的引力场方程推导出运动方程,进一步揭示了空间——时间、物质、运动之间的统一性,这是广义相对论的重大发展,也是爱因斯坦在科学创造活动中所取得的最后一个重大成果。
在同一场理论方面,他始终没有成功,他从不气馁,每次都满怀信心底从头开始。由于他远离了当时物理学研究的主流,独自去进攻当时没有条件解决的难题,因此,同20年代的处境相反,他晚年在物理学界非常孤立。可是他依然无所畏惧,毫不动摇地走他自己所认定的道路,直到临终前一天,他还在病床上准备继续他的统一场理论的数学计算。
最伟大的科学家的风格
爱因斯坦因为在科学上的成就,获得了许多奖状以及名誉博士的授予证书。如果一般人就会把这些东西高高挂起。可是爱因斯坦把以上的东西,包括诺贝尔奖奖状一起乱七八糟地放在一个箱子里,看也不看一眼。英费尔德说他有时觉得爱因斯坦可能连诺贝尔奖是什么意义都不知道。据说他在得奖的那一天,脸上和平日一样平静,没有显出特别高兴或兴奋。
少年时代的爱因斯坦在瑞士生活时,过的是穷学生的生活,他对物质生活要求不高,有一碟意大利面条加上一点酱他就感到很满意。成名后,成为教授以及后来为了躲避纳粹的迫害移民美国,他是有条件过很好的物质享受的,但是他仍保留像穷学生那样简朴无华的生活。
当爱因斯坦来到普林斯顿的高等科学研究所工作时,当局给了他相当的高薪──年薪一万六千美元,他却说:“这么多钱,是否可以给我少一点?给我三千美元就够了。”
爱因斯坦对自己的衣着也是不注意的,长年披着一件黑色皮上衣,不穿袜子,不结领带,裤子有时既没有绑皮带也没有吊带,他和人在黑板前讨论问题时,一面写黑板,一面要把那像要滑下的裤子用手拉住,这种情形是有些滑稽,而他的头发却留得长长的,不加修饰。这对当年“贵族学府”普林斯顿大学的学生来说是惊异的事,难怪他们要希望上帝叫他把头发剪掉。
爱因斯坦是很节俭的人,他在计算的纸上是两面都写,而且他把许多寄给他的信的信封裁开,当作计算的草稿纸,不让它们在进了纸篓之前失掉可以再利用的价值。爱因斯坦在外出时经常坐二、三等车,平时只吃一些简单的食物。
1909年7月,爱因斯坦应邀到日内瓦,参加隆重的日内瓦大学三百五十周年校庆和纪念建校人加尔文的庆祝活动,并接受日内瓦大学颁发给他的荣誉博士学位。在庆祝活动的游行中,学校里的显要人物和政府中的大人物,都身穿燕尾服、头戴高礼帽,或者身穿中世纪式的锈金长袍,头戴平顶丝帽,而爱因斯坦却穿着一套平时上街穿的衣服,戴着一顶草帽。对这次庆祝活动所举办的盛大宴会,爱因斯坦很不以为然,他对坐在旁边的人说,“如果加尔文还活着,他会堆起一大堆柴禾,因为搞这样的铺张浪费的盛宴而把我们全都烧死。”
爱因斯坦自己曾说过:“安逸和幸福,对我来说从来不是目的。我称这些伦理基础为猪倌的理想……”。他甚至拒绝自己被安排在上流社会中,而居于与众不同的地位,对社会上对他的特殊照顾感到愤怒。
爱因斯坦是很珍惜时间的人,他不喜欢参加社交活动与宴会,他曾讽刺地说:“这是把时间喂给动物园。”他集中精神专心的钻研,他不希望宝贵的时间消耗在无意义的社交谈话上。他也不想听那些奉承和赞扬的话。他认为:“一个以伟大的创造性观念造福于全世界的人,不需要后人来赞扬。他的成就本身就已经给了他一个更高的报答。”1929年3月,为了躲避五十寿辰的庆祝活动,他在生日前几天,就秘密跑到柏林近郊的一个花匠的农舍里隐居起来。
作为物理学革命中的伟大科学巨匠,爱因斯坦从来没有自认为是一个超人。他认识到,自己所走的道路是前人走过的道路的延伸,科学的新时代是在前人工作基础上的合理发展,因此他总是抱着感激和敬仰的心情赞赏前人的贡献。
爱因斯坦从1901年到1955年,共发表了专门的科学研究论文约200篇,主要涉及相对论、量子论、分子运动论等不同学科
在100年前的1905年,26岁的爱因斯坦写出了5篇改变世界的物理论文,他的《分子体积的新测定》证明了分子的存在,《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮小粒子的运动》论证了微粒的运动规则,《论动体的电动力学》创立了狭义相对论,《物体的惯性同它所含的能量有关吗?》推导出了“E=mc2”公式,《关于光的产生和转化的一个试探性观点》发现了光电效应规律。2005年既是爱因斯坦发表5篇论文100周年,也是他逝世50周年。1月19日,德国总理施罗德在柏林宣布,2005年为德国的“爱因斯坦年”。纪念相对论诞生100周年,纪念爱因斯坦逝世50周年。