牛頓與愛因斯坦

牛頓與愛因斯坦第一頁，共二十八頁，2022年，8月28日

同樣的眼神，不同的世界牛頓PK愛因斯坦第二頁，共二十八頁，2022年，8月28日艾薩克·牛頓國籍：英格蘭出生地：英格蘭林肯郡出生日期：1964年1月4逝世日期：1727年3月31日職業(yè)：科學家，物理學家，數學家，哲學家榮譽：英國皇家學會會長、法國科學院會員個人簡歷：牛頓1661年進入劍橋大學三一學院，1665年因鼠疫回到家鄉(xiāng)，1669年任盧卡斯講座教授，1672年，29歲的牛頓當選為皇家學會會員，1689年當學國會中的大學代表。作為國會議員，牛頓逐漸開始疏遠給他帶來巨大成就的科學。1703年擔任皇家學會會長，1705年牛頓被封為貴族。

阿爾伯特·愛因斯坦國籍：美國、瑞士雙重國籍出生地：德國烏爾姆市出生日期：1879年3月14日逝世日期：1955年4月18日職業(yè)：物理學家，思想家，哲學家榮譽：諾貝爾物理學獎個人簡歷：愛因斯坦1900年畢業(yè)于蘇黎世聯邦理工學院，入瑞士國籍。1905年獲蘇黎世大學哲學博士學位。曾在伯爾尼專利局任職，在蘇黎世工業(yè)大學、布拉格德意志擔任大學教授。1913年返德國，任柏林威廉皇帝物理研究所所長和柏林洪堡大學教授，并當選為普魯士科學院院士。1933年因受納粹政權迫害，遷居美國，任普林斯頓高級研究所教授，從事理論物理研究，1940年入美國國籍。第三頁，共二十八頁，2022年，8月28日

牛頓的成就

力學方面的貢獻

牛頓在伽利略等人工作的基礎上進行深入研究，總結出了物體運動的三個基本定律（牛頓三大定律）：第一定律（慣性定律）任何一個物體在不受任何外力或受到的力平衡時，總保持勻速直線運動或靜止狀態(tài)，直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。第二定律物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。第三定律兩個物體之間的作用力和反作用力，總數同時在同一條直線上，大小相等方向相反

第四頁，共二十八頁，2022年，8月28日這三個非常簡單的物體運動定律，為力學奠定了堅實的基礎，并對其他學科的發(fā)展產生了巨大影響。第一定律的內容伽利略曾提出過，后來R.笛卡兒作過形式上的改進，伽利略也曾非正式地提到第二定律的內容。第三定律的內容則是牛頓在總結C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的結果之后得出的。牛頓是萬有引力定律的發(fā)現者。在開普勒行星運動定律以及其他人的研究成果上，他用數學方法導出了萬有引力定律。牛頓把地球上物體的力學和天體力學統一到一個基本的力學體系中，創(chuàng)立了經典力學理論體系。正確地反映了宏觀物體低速運動的宏觀運動規(guī)律，實現了自然科學的第一次大統一。第五頁，共二十八頁，2022年，8月28日

數學

牛頓為解決運動問題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯系的數學理論的————微積分。微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數學成就。與此同時，他還在1676年首次公布了他發(fā)明的二項式展開定理。牛頓利用它還發(fā)現了其他無窮級數，并用來計算面積、積分、解方程等等。1707年，牛頓的代數講義經整理后出版，定名為《普遍算術》。他主要討論了代數基礎及其(通過解方程)在解決各類問題中的應用。第六頁，共二十八頁，2022年，8月28日光學他用三棱鏡研究日光，得出結論：白光是由不同顏色(即不同波長)的光混合而成的，不同波長的光有不同的折射率。牛頓的這一重要發(fā)現成為光譜分析的基礎，揭示了光色的秘密。他創(chuàng)立了光的“微粒說”，從一個側面反映了光的運動性質

熱學牛頓確定了冷卻定律，即當物體表面與周圍有溫差時，單位時間內從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。

天文學牛頓1672年創(chuàng)制了反射望遠鏡。

哲學牛頓的哲學思想基本屬于自發(fā)的唯物主義，他承認時間、空間的客觀存在《自然哲學的數學原理》牛頓最重要的著作，1687年出版。該書總結了他一生中許多重要發(fā)現和研究成果，其中包括上述關于物體運動的定律。他說，該書“所研究的主要是關于重、輕流體抵抗力及其他吸引運動的力的狀況，所以我們研究的是自然哲學的數學原理?！钡谄唔?，共二十八頁，2022年，8月28日

愛因斯坦的成就

相對論

相對論的提出是物理學領域的一次重大革命。它否定了經典力學的絕對時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質屬性。它也發(fā)展了牛頓力學，將其概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。

狹義相對論：狹義相對論所根據的是兩條原理：相對性原理和光速不變原理。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，嚴格地說是狹義的相對性原理。相對論認為，光速在所有慣性參考系中不變，它是物體運動的最大速度。由于相對論效應，運動物體的長度會變短，運動物體的時間膨脹。但由于日常生活中所遇到的問題，運動速度都是很低的（與光速相比），看不出相對論效應。愛因斯坦在時空觀的徹底變革的基礎上建立了相對論力學，指出質量隨著速度的增加而增加，當速度接近光速時，質量趨于無窮大。他并且給出了著名的質能關系式：E=mc^2，質能關系式對后來發(fā)展的原子能事業(yè)起到了指導作用。第八頁，共二十八頁，2022年，8月28日廣義相對論1916年，愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎》，在這篇文章中，愛因斯坦首先將以前適用于慣性系的相對論稱為狹義相對論，將只對于慣性系物理規(guī)律同樣成立的原理稱為狹義相對性原理，并進一步表述了廣義相對性原理：物理學的定律必須對于無論哪種方式運動著的參照系都成立。愛因斯坦的廣義相對論認為，由于有物質的存在，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。廣義相對論的第二大預言是引力紅移，即在強引力場中光譜向紅端移動，廣義相對論的第三大預言是引力場使光線偏轉。第九頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十頁，共二十八頁，2022年，8月28日

光電效應1905年，愛因斯坦提出光子假設，成功解釋了光電效應，因此獲得1921年諾貝爾物理獎。光照射到金屬上，引起物質的電性質發(fā)生變化。這類光變致電的現象被人們統稱為光電效應（Photoelectriceffect）。宇宙常數愛因斯坦在提出相對論的時候，曾將宇宙常數（為了解釋物質密度不為零的靜態(tài)宇宙的存在﹐他在引力場方程中引進一個與度規(guī)張量成比例的項﹐用符號Λ表示。該比例常數很小﹐在銀河系尺度范圍可忽略不計。只在宇宙尺度下﹐Λ才可能有意義﹐所以叫作宇宙常數。即所謂的反引力的固定數值）代入他的方程。第十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日經典力學總結了低速物體的運動規(guī)律，它反映了牛頓的絕對時空觀。絕對時空觀認為時間和空間是兩個獨立的觀念，彼此之間沒有聯系，分別具有絕對性。絕對時空觀認為時間與空間的度量與慣性參照系的運動狀態(tài)無關。牛頓認為“絕對的、真正的和數學的時間自身在流逝著，而a且由于其本性而均勻地、與任何其他外界事物無關地流逝著”；“絕對的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關而永遠是相同的和不動的”。這就是牛頓力學的“絕對時間”和“絕對空間”。牛頓關于“絕對空間”和“絕對時間”的概念，為他的運動理論提供了一個有效的時空框架．這種絕對時空觀，在承認空間和時間的客觀性質上是正確的，但由于把空間和時間看做是與物質運動無關的，因而具有很大的局限性。絕對時空觀第十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日在愛因斯坦的相對論中，否定了牛頓的絕對時空觀，提出相對時空觀。在相對時空觀中，時間和空間被聯系在一起，它們互相聯系又互相制約，物質的運動對時間和空間有一定的影響。愛因斯坦還把時間看作第四維，與三維的空間一起組成了四維空間。相對時空觀的總結：1.時間，空間有著密切的聯系，時間、空間和物質的運動時不可分割的；2不同慣性系各有自己的時間坐標，并互相發(fā)現對方的鐘走慢了；3、不同慣性系各有自己的空間坐標，并相互發(fā)現對方的尺縮短了；4作相對運動的兩個慣性坐標系中測得的物體運動的速度，不僅在相對運動的方向上的分量不同，而且在垂直于相對運動方向上的分量也不同；5、光在任何慣性坐標系中傳播的速度都等于c，并且是任何物體運動速度的最高極限；6、在一個慣性系中的同時發(fā)生的兩件事情，在另一慣性系中可能是不同時的。相對時空觀第十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十六頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十七頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十八頁，共二十八頁，2022年，8月28日第十九頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十一頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十二頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十三頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十四頁，共二十八頁，2022年，8月28日第二十五頁，共二十八頁，2022年，8月28日現在了物理