登陆注册
2372400000012

第12章 爱因斯坦

“世纪伟人”爱因斯坦

爱因斯坦出生在德国的一个犹太人家庭,1900年毕业于苏黎世联邦理工学院,1905年获苏黎世大学哲学博士学位。后被迫移居美国,1940年入美国国籍。1905年6月,爱因斯坦发表了长篇文献《论动体的电动力学》,完整地提出侠义相对论的理论,开创了物理学的新纪元。同年9月,还发表了《物理惯性和能量的关系》,提出了质量和能量的关系,即E=mc^2,为原子核能的释放和利用奠定了理论基础。

爱因斯坦还考虑将已经建立的相对论推广,但对于他来说,两个问题使他不安。第一个是引力问题,狭义相对论对于力学、热力学和电动力学的物理规律是正确的,但是它不能解释引力问题。牛顿的引力理论是超距离的,两个物体之间的引力作用在瞬间传递,即以无穷大的速度传递,这与相对论依据的场的观点和极限的光速冲突;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。但事实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,必须考虑非惯性系。狭义相对论很难解释所谓的“双生子佯谬”,该佯谬具体是指:假设有一对孪生兄弟,哥哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙航行,根据相对论效应,高速运动的时钟变慢,等哥哥回来的时候,弟弟已经变得很老了,因为地球上已经经历了几十年。而按照相对性原理,飞船相对于地球高速运动,地球相对于飞船也高速运动,弟弟发现哥哥变年轻了,而哥哥看弟弟也应该年轻了。这个问题简直没法回答。实际上,狭义相对论只处理匀速直线运动,而哥哥要回来必须经过一个变速运动过程,这是相对论无法处理的。当人们都在忙于理解相对狭义相对论时,爱因斯坦正在接受完成广义相对论。

1907年,爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》,在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理。此后,爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。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根据,提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系。爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法:在一封闭箱中的观察者,不管用什么方法也无法确定他究竟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,爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了4篇论文,在这4篇论文中,他提出了新的看法,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,广义相对论的基本问题都解决了,广义相对论诞生了。1916年,爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》,在这篇文章中,爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论,将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理,并进一步表述了广义相对性原理:物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。

爱因斯坦的广义相对论认为,由于有物质的存在,空间和时间会发生弯曲,而引力场实际上是一个弯曲的时空。他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一直无法解释的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实了这一点。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,遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生1.7秒的偏转。1919年,在英国天文学家爱丁顿的鼓动下,英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食,经过认真的研究得出最后的结论是:星光在太阳附近的确发生了1.7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,皇家学会会长汤姆孙说:“这是自牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果,爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一。”

狭义相对论和广义相对论的建立,已经过去了很长时间,它经受住了实践和历史的考验,是人们普遍承认的真理。相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。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完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础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基础上,通过等效原理,建立了局域惯性场与普遍参照系数之间的关系,得到了所有物理规律的广义协变形式,并建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。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数的问题,从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念,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完美的科学体系。

爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之间的关系,解决了长期存在的恒星能源来源的难题。近年来发现越来越多的高能物理现象,狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜,并推断出后来被验证了的光线弯曲现象,还成为后来许多天文概念的理论基础。爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学,建立了静态有限无边的动力学宇宙模型,并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念,大大推动了现代天文学的发展。

同类推荐
  • 秘密花园

    秘密花园

    教育部推荐书目,新课标同步阅读,英美家庭陶冶子女情操必备的文学读物。影响两位诺贝尔文学奖得主艾略特和劳伦斯创作的不朽经典。任性而孤僻的富家小女孩玛丽因为一场突来的瘟疫变成了孤儿,被送往英国一处古老庄园里的亲戚家中收养。在幽僻宁静的乡野和淳朴的乡人中间,她的性情渐渐变得平易。一天深夜,循着神秘大宅长廊一端传来的隐隐哭声,她被带到了一个同样古怪而孤独的小生命面前。玛丽的表兄,大宅的少主人科林生来体弱,长年卧病在床,性情乖戾难测。为了帮助科林,玛丽带他进入了庄园里被关闭多年的秘密花园。孩子们在生机蓬勃的小天地里不受干扰地玩耍,学会了友爱待人,恢复了纯真快乐的天性。一个因牵涉死亡记忆而被关闭的花园,现在,因为新生命在其中焕发出的活力,被重新开启。这不能不说是自然力的秘密,生命力的奇迹。
  • 教你学击剑(学生室内外运动学习手册)

    教你学击剑(学生室内外运动学习手册)

    体育运动是以身体练习为基本手段,以增强人的体质,促进人的全面发展,丰富社会文化生活和促进精神文明为目的一种有意识、有组织的社会活动。室内外体育运动内容丰富,种类繁多,主要项目有田径、球类、游泳、武术、登山、滑冰、举重、摔跤、自行车、摩托车等数十个类别。
  • 排除计算法训练(青少年提高逻辑思维能力训练集)

    排除计算法训练(青少年提高逻辑思维能力训练集)

    当今时代是一个知识爆炸的时代,也是一个头脑竞争的时代;在竞争日益激烈的环境下,一个人想要很好地生存,不仅需要付出勤奋,而且还必须具有智慧。随着人才竞争的日趋激烈和高智能化,越来越多的人认识到只拥有知识是远远不够的。因为知识本身并不能告诉我们如何去运用知识,如何去解决问题,如何去创新,而这一切都要靠人的智慧,也就是大脑思维来解决。认真观察周围的人我们也会发现,那些在社会上有所成就的人无不是具有卓越思维能力的人。
  • 打开心灵,寻找幸福的秘方

    打开心灵,寻找幸福的秘方

    拥有良好的心态,才能感受到幸福的滋味,才能懂得幸福的意义。本书所选的小故事,个个如一剂良方,能够滋润孩子幼小的心灵,让孩子从小有一个良好的心态,同时,让孩子们知道用充满爱意的眼睛去看世界,才能看到最美的风景。
  • 自立成就好人生(指导学生身心健康发展故事集)

    自立成就好人生(指导学生身心健康发展故事集)

    学生时代,是一个充满理想的季节,也是人体发育的转折关键期,这一时期,如何正确认识和对待自己的生理变化,怎样面对生活和生理的各种烦恼,是决定青少年身心是否健康的关键。
热门推荐
  • 骚扰:生命之痛

    骚扰:生命之痛

    性骚扰,这个无处不在的幽灵,带给人多少屈辱、隐痛、泪水和阴影!她,小小打字员,面对骚扰一忍再忍,上司却得寸进尺,步步进逼。
  • 魅生(凤鸣卷)

    魅生(凤鸣卷)

    他是天下最好的易容师,优雅地操着刀,焚香修改他人容颜,无论男女老幼、高矮胖瘦,均由他随心妆扮。声、色、形、影、态,皆如海市蜃楼般空幻迷离;绝美的容颜和惊艳的技艺,都足以颠倒万千众生。人之于他,不过是一段又一段可供赁香的故事;他之于人,却直如主宰命运的翻云覆雨手。他神秘,他美丽,他古灵精怪,他倾国容颜下有一颗慈悲、坚定、从容的心。那是隐在暗处、没在眉眼间的力量,那是与强大的朝廷及江湖邪恶势力对抗的豪情,那是紫府那些神秘人们一直努力跟随的原因。
  • 职场咖啡糖

    职场咖啡糖

    关于职场的深度解析,全方位自测,教你参透职场人心的100%测试。不做办公室花瓶,不做商海孤舟,不做蛮干没成绩的炮灰,让出入红粉三国演入、“白骨精”群的菜鸟都游刃有余起来。浓缩交际兵法、成功指南、减压手册的。
  • 总裁,玩够没

    总裁,玩够没

    生活所迫,她将自己廉价出卖,金主却是冷血无情的黑街总裁,千丝万缕的关系,注定两人纠缠不休。他说他这辈子都不会让她安生,要让她生不如死,他对她夜夜无止境的索取,却都无关爱情,只为羞辱;她说她要让他为各种恶行付出代价,他对她带来的伤害,她将加倍奉还。
  • 元代大都上都研究

    元代大都上都研究

    元代实行两都制,大都是首都,上都是陪都、夏都。两都是元代的政治中心,皇帝每年来往于两都之间。本书对元代两都的建造、城市布局以及政治、经济、文化生活等做了全面深入的考述。大都的建造为今天的北京奠定了基础,上都则是中国古代具有典型意义的草原城市。对元史、蒙古史、中国都城史以及民族关系史的研究具有重要的参考价值。
  • 强扭的瓜,好甜!

    强扭的瓜,好甜!

    这是一个由一封情书引发的被动爱情喜剧!唐笑笑决定写情书给暗恋了六年的美少年陆金陵,可是当她情书递出去之后,一抬头却发现面前的男生不是陆金陵?不是陆金陵就算了,可他居然是那个“四大古都美男”中最不好招惹的洛阳!胆小的唐笑笑没敢说那情书不是给洛阳的,于是,只能心里流着泪目送那个帅帅的男生将她的情书放进包里带走……全校女生开始进行唐笑笑“批斗大会”,为了保命,最佳损友给唐笑笑出了个损招:将错就错,将洛阳追求到底!
  • 网游之我是工作室老大

    网游之我是工作室老大

    一场游戏就如同一场梦,人生何尝又不是一台戏呢,睡了这么久,我终于从一场梦中醒来。梦是一个好东西,它可以让你忘却现实中的烦恼,也可以回到现实来摆脱梦境中的恐惧。如今我已经摆脱了一个梦的恐惧,接下来的日子里,等待我的将会是另一场梦,一场会延续百年的美梦……
  • 少夫人跑路了

    少夫人跑路了

    “戒指我收下了,人……我不要。”被相恋两年的男友甩了,失意逛街却遭乔氏老大的当街求婚,很没品的收下那只价值昂贵钻戒,却把他人给甩了,顺便捉弄了他一下下。与好友去泡个吧玩个乐,却不小心跟好退婚的未婚夫撞到到,作弄的金龟找上门,硬要她做老婆,杯催啊,A市两个最值钱的金龟因为她互掐了……
  • 学国学,用国学

    学国学,用国学

    本书紧紧围绕“本领”和“能力”,通过分析国学与现代社会的一系列问题,让领导干部能够清楚地了解国学知识,学会用国学知识中的精髓来分析当今社会出现的问题,懂得用国学知识来提高自身执政能力和水平的重要性。可以说这本书所讲的内容,把握住了时代发展的脉搏,点明了国学精髓的所在,开创性地把当今社会的突出问题与国学联系起来进行探究,是一本既讲得时尚,又要讲得明白;既讲得有深度、有层次,又讲得很管用、很实用的国学经典书籍。
  • 我们三个都是穿越来的

    我们三个都是穿越来的

    我是因为看了很多的穿越小说,也很想穿越。谁想我想想就能穿越,穿越就穿越吧,居然穿成怀孕九月的待产产妇,开玩笑嘛!人家在二十一世纪还是黄花一枚呢。这也可以接受,可是明明是丞相之女,堂堂四皇子的正牌王妃怎么会居住在这么一个几十平米得破落小院子里,她怎么混的,亏她还一身绝世武功,再是医毒双绝。哎。没关系,既然让我继承了这么多优越条件,一个王爷算得了什么?生下一对龙凤胎,居然都是穿过来的,神啊,你对我太好了吧?且看我们母子三人在古代风生水起笑料百出的古代生活吧。片段一在我走出大门时,突然转身对着轩辕心安说道:“王爷,若是哪天不幸你爱上了我,我定会让你生不如死的。”然后魅惑地一笑,潇洒地走了出去。片段二当我对着铜镜里的美人自恋地哼出不着调地歌时。“别哼了,难听死了。”一个清脆的声音响起。~~~接着一声尖叫紧跟着另一声尖叫。我用上轻功躲进了被子里.~~~"我和你一样是二十一世纪来的。”“你好,娘亲,哥哥,以后要多多指教。”来自两个婴儿的嘴里,我摸摸额头,没高烧啊。片段三“小鱼儿,我可是你孩子的爹,况且我没有写休书,你还是我的王妃。我会对你好的。”安王爷霸道地说道。“你们认识他吗?他说是你们的爹?”我问着脚边的两个孩子。“不认识,”女孩说道。“我们的爹不是埋在土里了吗?怎么他一点也不脏?”男孩问道。那个男人满头黑线。“对不起,我们不认识你。”说完拉着孩子转身就走。片段四“爹爹,这是我娘,你看漂亮吧?”南宫心乐拉着一个白衣帅哥进来问道。我无语中。“爹爹,你看我娘亲厉害吧?“南宫心馨拉着另外一个妖精似地男人走了进来。我想晕。“这才是我们的爹。”“才不是呢,这个才是”两人开始吵起来了。“我才是你们的爹。”安王爷气急地吼道。“滚一边去。”两个小孩同时说道。屋里顿时混乱之中。转头,回屋睡觉去了。推荐完结文《别哭黛玉》完结文《穿越之无泪潇湘》新文,《极品花痴》