我所敬佩的物理學(xué)家.doc

阿爾伯特愛因斯坦班級學(xué)號：112內(nèi)容提要愛因斯坦，美國物理學(xué)家，為猶太人，現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人，提出震驚全球的相對論，其包括狹義相對論和廣義相對論，他的狹義相對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”。關(guān)鍵詞：相對性原理 質(zhì)能方程 狹義相對論 廣義相對論 雙生子佯謬無論在人格和學(xué)術(shù)上，愛因斯坦都具有充分的魅力，讓人不得不敬佩。一戰(zhàn)時期，德國的科學(xué)界和文化界在軍國主義分子的操縱和煽動下，發(fā)表了“文明世界的宣言”，為德國發(fā)動的侵略戰(zhàn)爭辯護，鼓吹德國高于一切，全世界都應(yīng)該接受“真正德國精神”。在“宣言”發(fā)燒碟閥鎖定上簽名的有九十三人，都是當(dāng)時德國有聲望的科學(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)征求愛因斯坦簽名時，他斷然拒絕了，而同時他卻毅然在反戰(zhàn)的告歐洲人書上簽上自己的名字。這一舉動震驚了全世界。 他明確表示：“當(dāng)法律和人類尊嚴必須保衛(wèi)時，我們一定要戰(zhàn)斗。自從法西斯的危險到來后，現(xiàn)在我不再相信絕對的被動的和平主義是有效的了。只要法西斯主義統(tǒng)治歐洲，那就不會有和平?！?937年，在兩個助手合作下，他從廣義相對論的引力場方程推導(dǎo)出運動方程，進一步揭示了空間時間、物質(zhì)、運動之間的統(tǒng)一性，但是在統(tǒng)一場理論方面，他始終沒有成功，他從不氣餒，每次都滿懷信心底從頭開始。由于他遠離了當(dāng)時物理學(xué)研究的主流，獨自去進攻當(dāng)時沒有條件解決的難題，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所畏懼，毫不動搖地走他自己所認定的道路，直到臨終前一天，他還在病床上準備繼續(xù)他的統(tǒng)一場理論的數(shù)學(xué)計算。 全人類命運的關(guān)注者 愛因斯坦熱愛科學(xué)，也熱愛人類。他沒有因為埋頭于科學(xué)研究而把自己置于社會之外，一直關(guān)心著人類的文明和進步，并為之頑強、勇敢地戰(zhàn)斗。他說過：“人只有獻身于社會，才能找出那實際上是短暫而又有風(fēng)險的生命的意義”，他自己正是這樣去做的。 他的葬禮上沒有奏樂，沒有花卉，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，念了歌德悼念席勒的詩，表達自己的哀思：我們?nèi)极@益匪淺，全世界都感謝他的教誨；那專屬他個人的東西，早已傳遍廣大人群；他像將要隕滅的彗星，光華四射，把無限的光芒同他的光芒永相結(jié)合。 他曾經(jīng)說過：“凡在小事上對真理持輕率態(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，而是來自對于知識的終身不懈的追求。”“真正有價值的東西不是出自雄心壯志或單純的責(zé)任感；而是出自對人和對客觀事物的熱愛和專心。”“一個人的價值，應(yīng)當(dāng)看他貢獻什么，而不應(yīng)看他取得什么?！边@些都充分表現(xiàn)愛因斯坦是個對科學(xué)真理執(zhí)著追求，鍥而不舍的人，正因為他執(zhí)著的心，使他成為物理界的泰斗，同時學(xué)物理的我真的自愧不如啊，我沒有他的對物理的投入和癡迷，所以他真的是一位值得敬佩的人物。有一次，一個美國記者問愛因斯坦關(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，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是少說廢話！這公式對我有用，我想對許多人也一樣有用?！痹缭趷垡蛩固?6歲時，他就從書本上了解到光是以很快速度前進的電磁波，他產(chǎn)生了一個想法，如果一個人以光的速度運動，他將看到一幅什么樣的世界景象呢？他將看不到前進的光，只能看到在空間里振蕩著卻停滯不前的電磁場。這種事可能發(fā)生嗎？ 這就是狹義相對論創(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)了一個問題：適用于力學(xué)的相對性原理是否適用于電磁學(xué)？例如，有兩輛汽車，一輛向你駛近，一輛駛離。你看到前一輛車的燈光向你靠近，后一輛車的燈光遠離。按照麥克斯韋的理論，這兩種光的速度相同，汽車的速度在其中不起作用。但根據(jù)伽利略理論，這兩項的測量結(jié)果不同。向你駛來的車將發(fā)出的光加速，即前車的光速=光速+車速；而駛離車的光速較慢，因為后車的光速=光速-車速。麥克斯韋與伽利略關(guān)于速度的說法明顯相悖。我們?nèi)绾谓鉀Q這一分歧呢？ 相對性原理已經(jīng)在力學(xué)中被廣泛證明，但在電動力學(xué)中卻無法成立，對于物理學(xué)這兩個理論體系在邏輯上的不一致，愛因斯坦提出了懷疑。他認為，相對論原理應(yīng)該普遍成立，因此電磁理論對于各個慣性系應(yīng)該具有同樣的形式，但在這里出現(xiàn)了光速的問題。光速是不變的量還是可變的量，成為相對性原理是否普遍成立的首要問題。當(dāng)時的物理學(xué)家受到牛頓的絕對空間概念的影響，一般都相信以太，也就是相信存在著絕對參照系。但是，時間沒有絕對的定義，時間與光信號的速度有一種不可分割的聯(lián)系。愛因斯坦找到了開鎖的鑰匙，經(jīng)過五個星期的努力工作，愛因斯坦把狹義相對論呈現(xiàn)在人們面前。 狹義相對論的兩條原理：相對性原理和光速不變原理對于任何一個參照系和坐標系，都只有屬于這個參照系和坐標系的空間和時間。對于一切慣性系，運用該參照系的空間和時間所表達的物理規(guī)律，它們的形式都是相同的，這就是相對性原理。真空中的光速是與慣性系無關(guān)的常數(shù)。質(zhì)能公式：愛因斯坦認為，物質(zhì)的質(zhì)量是慣性的量度，能量是運動的量度；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，會使能量發(fā)生相應(yīng)的改變；而物體能量的改變，也會使質(zhì)量發(fā)生相應(yīng)的改變。 按照愛因斯坦的理論，如果把1克溫度為0的水，加熱到100水吸收了100卡的熱量，這時水的質(zhì)量也相應(yīng)增加了。按照質(zhì)能關(guān)系公式計算，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來說，它的原子核是由2個質(zhì)子和2個中子組成的。照理，氦4原子核的質(zhì)量就等于2個質(zhì)子和2個中子質(zhì)量之和。實際上，這樣的算術(shù)并不成立，氦核的質(zhì)量比2個質(zhì)子、2個中子質(zhì)量之和少了0.0302原子質(zhì)量單位57！這是為什么呢？因為當(dāng)2個氘dao核（每個氘核都含有1個質(zhì)子、1個中子）聚合成1個氦4原子核時，釋放出大量的原子能。生成1克氦4原子時，大約放出2700000000000焦耳的原子能。正因為這樣，氦4原子核的質(zhì)量減少了。 這個例子生動地說明：在2個氘原子核聚合成1個氦4原子核時，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個氘核質(zhì)量之和。然而，用質(zhì)能關(guān)系公式計算，氦4原子核失去的質(zhì)量，恰巧等于因反應(yīng)時釋放出原子能而減少的質(zhì)量！后來，愛因斯坦在考慮將已經(jīng)建立的相對論推廣，對于他來說，有兩個問題使他不安。第一個是引力問題，狹義相對論對于力學(xué)、熱力學(xué)和電動力學(xué)的物理規(guī)律是正確的，但是它不能解釋引力問題。牛頓的引力理論是超距的，兩個物體之間的引力作用在瞬間傳遞，即以無窮大的速度傳遞，這與相對論依據(jù)的場的觀點和極限的光速沖突。第二個是非慣性系問題，狹義相對論與以前的物理學(xué)規(guī)律一樣，都只適用于慣性系。但事實上卻很難找到真正的慣性系。狹義相對論很難解釋所謂的雙生子佯謬，該佯謬說的是，有一對孿生兄弟，哥在宇宙飛船上以接近光速的速度做宇宙航行，根據(jù)相對論效應(yīng)，高速運動的時鐘變慢，等哥哥回來，弟弟已經(jīng)變得很老了，因為地球上已經(jīng)經(jīng)歷了三十年。而按照相對性原理，飛船相對于地球高速運動，地球相對于飛船也高速運動，弟弟看哥哥變年輕了，哥哥看弟弟也應(yīng)該年輕了。這個問題簡直沒法回答。實際上，狹義相對論只處理勻速直線運動，而哥哥要回來必須經(jīng)過一個變速運動過程，這是相對論無法處理的。哥哥乘飛船回來后假設(shè)是15歲，弟弟已經(jīng)是45歲了，說明時間是相對的，但哥哥的確是活了15年，弟弟也的確認為自己活了45年，這是與參考系無關(guān)的，時間又是“絕對的”。這說明，不論物體運動狀態(tài)如何，它本身所經(jīng)歷的時間是一個客觀量，是絕對的，這稱為固有時。也就是說，無論你以什么形式運動，你都認為你喝咖啡的速度很正常，你的生活規(guī)律都沒有被打亂，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。愛因斯坦的廣義相對論還認為，由于有物質(zhì)的存在，空間和時間會發(fā)生彎曲，而引力場實際上是一個彎曲的時空。為此就提出了三個實驗，并很快就得到了驗證：(1)引力紅移即在強引力場中光譜向紅端移動(2) 引力場使光線偏轉(zhuǎn) (3) 水星近日點進動，解釋了水星近日點進動中一直無法解釋的43秒。后來又增加了第四個驗證：(4)雷