我所敬佩的物理學(xué)家.doc

阿爾伯特愛(ài)因斯坦班級(jí)學(xué)號(hào)：112內(nèi)容提要愛(ài)因斯坦，美國(guó)物理學(xué)家，為猶太人，現(xiàn)代物理學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者和奠基人，提出震驚全球的相對(duì)論，其包括狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論，他的狹義相對(duì)論成功的揭示了能量與質(zhì)量之間的關(guān)系質(zhì)能關(guān)系式：，廣義相對(duì)論也解決了天文學(xué)上多年的不解之謎，并推斷出光線彎曲現(xiàn)象。他的量子理論也對(duì)天體物理學(xué)有很大的影響。在1922年，他因?qū)Α肮怆娦?yīng)”作出的解釋而被授予“諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)”。關(guān)鍵詞：相對(duì)性原理 質(zhì)能方程 狹義相對(duì)論 廣義相對(duì)論 雙生子佯謬無(wú)論在人格和學(xué)術(shù)上，愛(ài)因斯坦都具有充分的魅力，讓人不得不敬佩。一戰(zhàn)時(shí)期，德國(guó)的科學(xué)界和文化界在軍國(guó)主義分子的操縱和煽動(dòng)下，發(fā)表了“文明世界的宣言”，為德國(guó)發(fā)動(dòng)的侵略戰(zhàn)爭(zhēng)辯護(hù)，鼓吹德國(guó)高于一切，全世界都應(yīng)該接受“真正德國(guó)精神”。在“宣言”發(fā)燒碟閥鎖定上簽名的有九十三人，都是當(dāng)時(shí)德國(guó)有聲望的科學(xué)家、藝術(shù)家和牧師等。就連能斯脫、倫琴、奧斯特瓦爾德、普朗克等都在上面簽了字。當(dāng)征求愛(ài)因斯坦簽名時(shí)，他斷然拒絕了，而同時(shí)他卻毅然在反戰(zhàn)的告歐洲人書(shū)上簽上自己的名字。這一舉動(dòng)震驚了全世界。 他明確表示：“當(dāng)法律和人類(lèi)尊嚴(yán)必須保衛(wèi)時(shí)，我們一定要戰(zhàn)斗。自從法西斯的危險(xiǎn)到來(lái)后，現(xiàn)在我不再相信絕對(duì)的被動(dòng)的和平主義是有效的了。只要法西斯主義統(tǒng)治歐洲，那就不會(huì)有和平。”1937年，在兩個(gè)助手合作下，他從廣義相對(duì)論的引力場(chǎng)方程推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)一步揭示了空間時(shí)間、物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)之間的統(tǒng)一性，但是在統(tǒng)一場(chǎng)理論方面，他始終沒(méi)有成功，他從不氣餒，每次都滿(mǎn)懷信心底從頭開(kāi)始。由于他遠(yuǎn)離了當(dāng)時(shí)物理學(xué)研究的主流，獨(dú)自去進(jìn)攻當(dāng)時(shí)沒(méi)有條件解決的難題，因此，同20年代的處境相反，他晚年在物理學(xué)界非常孤立?？墒撬廊粺o(wú)所畏懼，毫不動(dòng)搖地走他自己所認(rèn)定的道路，直到臨終前一天，他還在病床上準(zhǔn)備繼續(xù)他的統(tǒng)一場(chǎng)理論的數(shù)學(xué)計(jì)算。 全人類(lèi)命運(yùn)的關(guān)注者 愛(ài)因斯坦熱愛(ài)科學(xué)，也熱愛(ài)人類(lèi)。他沒(méi)有因?yàn)槁耦^于科學(xué)研究而把自己置于社會(huì)之外，一直關(guān)心著人類(lèi)的文明和進(jìn)步，并為之頑強(qiáng)、勇敢地戰(zhàn)斗。他說(shuō)過(guò)：“人只有獻(xiàn)身于社會(huì)，才能找出那實(shí)際上是短暫而又有風(fēng)險(xiǎn)的生命的意義”，他自己正是這樣去做的。 他的葬禮上沒(méi)有奏樂(lè)，沒(méi)有花卉，小教堂里一片寂靜。只有遺囑執(zhí)行者納坦在結(jié)束儀式時(shí)，念了歌德悼念席勒的詩(shī)，表達(dá)自己的哀思：我們?nèi)极@益匪淺，全世界都感謝他的教誨；那專(zhuān)屬他個(gè)人的東西，早已傳遍廣大人群；他像將要隕滅的彗星，光華四射，把無(wú)限的光芒同他的光芒永相結(jié)合。 他曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“凡在小事上對(duì)真理持輕率態(tài)度的人，在大事上也是不足信的?！?“智慧并不產(chǎn)生于學(xué)歷，而是來(lái)自對(duì)于知識(shí)的終身不懈的追求?！薄罢嬲袃r(jià)值的東西不是出自雄心壯志或單純的責(zé)任感；而是出自對(duì)人和對(duì)客觀事物的熱愛(ài)和專(zhuān)心?！薄耙粋€(gè)人的價(jià)值，應(yīng)當(dāng)看他貢獻(xiàn)什么，而不應(yīng)看他取得什么?！边@些都充分表現(xiàn)愛(ài)因斯坦是個(gè)對(duì)科學(xué)真理執(zhí)著追求，鍥而不舍的人，正因?yàn)樗麍?zhí)著的心，使他成為物理界的泰斗，同時(shí)學(xué)物理的我真的自愧不如啊，我沒(méi)有他的對(duì)物理的投入和癡迷，所以他真的是一位值得敬佩的人物。有一次，一個(gè)美國(guó)記者問(wèn)愛(ài)因斯坦關(guān)于他成功的秘訣。他回答：“早在1901年，我還是二十二歲的青年時(shí)，我已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了成功的公式。我可以把這公式的秘密告訴你，那就是A=X+Y+Z! A就是成功，X就是努力工作，Y是懂得休息，Z是少說(shuō)廢話！這公式對(duì)我有用，我想對(duì)許多人也一樣有用?！痹缭趷?ài)因斯坦16歲時(shí)，他就從書(shū)本上了解到光是以很快速度前進(jìn)的電磁波，他產(chǎn)生了一個(gè)想法，如果一個(gè)人以光的速度運(yùn)動(dòng)，他將看到一幅什么樣的世界景象呢？他將看不到前進(jìn)的光，只能看到在空間里振蕩著卻停滯不前的電磁場(chǎng)。這種事可能發(fā)生嗎？ 這就是狹義相對(duì)論創(chuàng)造的靈感所在，所以日常生活中多思多想，或者有意想不到的收獲。按照麥克斯韋理論，真空中電磁波的速度，也就是光的速度是一個(gè)恒量，然而按照牛頓力學(xué)的速度加法原理，不同慣性系的光速不同，這就出現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題：適用于力學(xué)的相對(duì)性原理是否適用于電磁學(xué)？例如，有兩輛汽車(chē)，一輛向你駛近，一輛駛離。你看到前一輛車(chē)的燈光向你靠近，后一輛車(chē)的燈光遠(yuǎn)離。按照麥克斯韋的理論，這兩種光的速度相同，汽車(chē)的速度在其中不起作用。但根據(jù)伽利略理論，這兩項(xiàng)的測(cè)量結(jié)果不同。向你駛來(lái)的車(chē)將發(fā)出的光加速，即前車(chē)的光速=光速+車(chē)速；而駛離車(chē)的光速較慢，因?yàn)楹筌?chē)的光速=光速-車(chē)速。麥克斯韋與伽利略關(guān)于速度的說(shuō)法明顯相悖。我們?nèi)绾谓鉀Q這一分歧呢？ 相對(duì)性原理已經(jīng)在力學(xué)中被廣泛證明，但在電動(dòng)力學(xué)中卻無(wú)法成立，對(duì)于物理學(xué)這兩個(gè)理論體系在邏輯上的不一致，愛(ài)因斯坦提出了懷疑。他認(rèn)為，相對(duì)論原理應(yīng)該普遍成立，因此電磁理論對(duì)于各個(gè)慣性系應(yīng)該具有同樣的形式，但在這里出現(xiàn)了光速的問(wèn)題。光速是不變的量還是可變的量，成為相對(duì)性原理是否普遍成立的首要問(wèn)題。當(dāng)時(shí)的物理學(xué)家受到牛頓的絕對(duì)空間概念的影響，一般都相信以太，也就是相信存在著絕對(duì)參照系。但是，時(shí)間沒(méi)有絕對(duì)的定義，時(shí)間與光信號(hào)的速度有一種不可分割的聯(lián)系。愛(ài)因斯坦找到了開(kāi)鎖的鑰匙，經(jīng)過(guò)五個(gè)星期的努力工作，愛(ài)因斯坦把狹義相對(duì)論呈現(xiàn)在人們面前。 狹義相對(duì)論的兩條原理：相對(duì)性原理和光速不變?cè)韺?duì)于任何一個(gè)參照系和坐標(biāo)系，都只有屬于這個(gè)參照系和坐標(biāo)系的空間和時(shí)間。對(duì)于一切慣性系，運(yùn)用該參照系的空間和時(shí)間所表達(dá)的物理規(guī)律，它們的形式都是相同的，這就是相對(duì)性原理。真空中的光速是與慣性系無(wú)關(guān)的常數(shù)。質(zhì)能公式：愛(ài)因斯坦認(rèn)為，物質(zhì)的質(zhì)量是慣性的量度，能量是運(yùn)動(dòng)的量度；能量與質(zhì)量并不是彼此孤立的，而是互相聯(lián)系的，不可分割的。物體質(zhì)量的改變，會(huì)使能量發(fā)生相應(yīng)的改變；而物體能量的改變，也會(huì)使質(zhì)量發(fā)生相應(yīng)的改變。 按照愛(ài)因斯坦的理論，如果把1克溫度為0的水，加熱到100水吸收了100卡的熱量，這時(shí)水的質(zhì)量也相應(yīng)增加了。按照質(zhì)能關(guān)系公式計(jì)算，1克水的質(zhì)量增加了0.00000000000465克。這正確地解釋了各種原子核反應(yīng)：就拿氦4來(lái)說(shuō)，它的原子核是由2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子組成的。照理，氦4原子核的質(zhì)量就等于2個(gè)質(zhì)子和2個(gè)中子質(zhì)量之和。實(shí)際上，這樣的算術(shù)并不成立，氦核的質(zhì)量比2個(gè)質(zhì)子、2個(gè)中子質(zhì)量之和少了0.0302原子質(zhì)量單位57！這是為什么呢？因?yàn)楫?dāng)2個(gè)氘dao核（每個(gè)氘核都含有1個(gè)質(zhì)子、1個(gè)中子）聚合成1個(gè)氦4原子核時(shí)，釋放出大量的原子能。生成1克氦4原子時(shí)，大約放出2700000000000焦耳的原子能。正因?yàn)檫@樣，氦4原子核的質(zhì)量減少了。 這個(gè)例子生動(dòng)地說(shuō)明：在2個(gè)氘原子核聚合成1個(gè)氦4原子核時(shí)，似乎質(zhì)量并不守恒，也就是氦4原子核的質(zhì)量并不等于2個(gè)氘核質(zhì)量之和。然而，用質(zhì)能關(guān)系公式計(jì)算，氦4原子核失去的質(zhì)量，恰巧等于因反應(yīng)時(shí)釋放出原子能而減少的質(zhì)量！后來(lái)，愛(ài)因斯坦在考慮將已經(jīng)建立的相對(duì)論推廣，對(duì)于他來(lái)說(shuō)，有兩個(gè)問(wèn)題使他不安。第一個(gè)是引力問(wèn)題，狹義相對(duì)論對(duì)于力學(xué)、熱力學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的物理規(guī)律是正確的，但是它不能解釋引力問(wèn)題。牛頓的引力理論是超距的，兩個(gè)物體之間的引力作用在瞬間傳遞，即以無(wú)窮大的速度傳遞，這與相對(duì)論依據(jù)的場(chǎng)的觀點(diǎn)和極限的光速?zèng)_突。第二個(gè)是非慣性系問(wèn)題，狹義相對(duì)論與以前的物理學(xué)規(guī)律一樣，都只適用于慣性系。但事實(shí)上卻很難找到真正的慣性系。狹義相對(duì)論很難解釋所謂的雙生子佯謬，該佯謬說(shuō)的是，有一對(duì)孿生兄弟，哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行，根據(jù)相對(duì)論效應(yīng)，高速運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘變慢，等哥哥回來(lái)，弟弟已經(jīng)變得很老了，因?yàn)榈厍蛏弦呀?jīng)經(jīng)歷了三十年。而按照相對(duì)性原理，飛船相對(duì)于地球高速運(yùn)動(dòng)，地球相對(duì)于飛船也高速運(yùn)動(dòng)，弟弟看哥哥變年輕了，哥哥看弟弟也應(yīng)該年輕了。這個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)直沒(méi)法回答。實(shí)際上，狹義相對(duì)論只處理勻速直線運(yùn)動(dòng)，而哥哥要回來(lái)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)變速運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這是相對(duì)論無(wú)法處理的。哥哥乘飛船回來(lái)后假設(shè)是15歲，弟弟已經(jīng)是45歲了，說(shuō)明時(shí)間是相對(duì)的，但哥哥的確是活了15年，弟弟也的確認(rèn)為自己活了45年，這是與參考系無(wú)關(guān)的，時(shí)間又是“絕對(duì)的”。這說(shuō)明，不論物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何，它本身所經(jīng)歷的時(shí)間是一個(gè)客觀量，是絕對(duì)的，這稱(chēng)為固有時(shí)。也就是說(shuō)，無(wú)論你以什么形式運(yùn)動(dòng)，你都認(rèn)為你喝咖啡的速度很正常，你的生活規(guī)律都沒(méi)有被打亂，但別人可能看到你喝咖啡用了100年，而從放下杯子到壽終正寢只用了一秒鐘。愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論還認(rèn)為，由于有物質(zhì)的存在，空間和時(shí)間會(huì)發(fā)生彎曲，而引力場(chǎng)實(shí)際上是一個(gè)彎曲的時(shí)空。為此就提出了三個(gè)實(shí)驗(yàn)，并很快就得到了驗(yàn)證：(1)引力紅移即在強(qiáng)引力場(chǎng)中光譜向紅端移動(dòng)(2) 引力場(chǎng)使光線偏轉(zhuǎn) (3) 水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)，解釋了水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)中一直無(wú)法解釋的43秒。后來(lái)又增加了第四個(gè)驗(yàn)證：(4)雷