① 愛因斯坦有什麼偉大的貢獻
愛因斯坦的貢獻
物質不滅定律,說的是物質的質量不滅;能量守恆定律,說的是物質的能量守恆。
雖然這兩條偉大的定律相繼被人們發現了,但是人們以為這是兩個風馬牛不相關的定律,各自說明了不同的自然規律。甚至有人以為,物質不滅定律是一條化學定律,能量守恆定律是一條物理定律,它們分屬於不同的科學范疇。
然而,在1905年,一個年僅26歲的德國物理學家接連在德國《物理學》雜志上發表了5篇論文,從一個嶄新的高度,揭示了物質不滅定律和能量守恆定律的本質及其相互關系。
這個年輕的科學家,就是阿爾伯特·愛因斯坦。
愛因斯坦是猶太人。他小時候,並沒有顯示什麼天才的象徵,他甚至一直到3歲才開始學會說話。
在上學的時候,愛因斯坦很喜歡讀聖經,真心誠意地相信聖經上所講述故事都是真實的。然而,他後來讀了許多科學著作之後,就轉為相信科學,認為聖經上所講的故事是荒誕的。在大學里,愛因斯坦深深地愛上了物理學。他非常勤奮,常常沉醉於物理實驗而忘了吃飯。愛因斯坦的數學造詣也很深,他認為現代物理學不用數學武裝自己的頭腦,是無法攻克物理學上的難題的。
愛因斯坦喜歡獨立思考。對於任何一種理論,他總是經過一番思索之後,覺得它確有道理,這才接受下來。
愛因斯坦大學畢業後,很想在大學里擔任教師,從事科學研究,可是由於他是猶太人,受到歧視,不能留校工作。他經過別人介紹,才好不容易在一個專利局裡找到工作,當個職員。在那裡,既沒有圖書館,也沒有實驗室。然而,艱苦的環境更能磨練一個人的意志。就在那小小的專利局宿舍里,愛因斯坦經常工作到深夜。
在1905年,愛因斯坦創立了著名的「狹義相對論」[56]。愛因斯坦認為,物質的質量是慣性的量度,能量是運動的量度;能量與質量並不是彼此孤立的,而是互相聯系的,不可分割的。物體質量的改變,會使能量發生相應的改變;而物體能量的改變,也會使質量發生相應的改變。
在狹義相對論中,愛因斯坦提出了著名的質能關系公式:
E=mc2
這里的E代表物體的能量,m代表物體的質量,c代表光的速度,即每秒30萬公里。
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,這時水的質量也相應增加了。按照質能關系公式計算,1克水的質量增加了0.00000000000465克。
愛因斯坦的理論,最初受到許多人的反對,就連當時一些著名物理學家也對這位年青人的論文表示懷疑。然而,隨著科學的發展,大量的科學實驗證明愛因斯坦的理論是正確的,愛因斯坦才一躍而成為世界著名的科學家,成為20世紀世界最偉大的科學家之一。
愛因斯坦的質能關系公式,正確地解釋了各種原子核反應:就拿氦4來說,它的原子核是由2個質子和2個中子組成的。照理,氦4原子核的質量就等於2個質子和2個中子質量之和。實際上,這樣的算術並不成立,氦核的質量比2個質子、2個中子質量之和少了0.0302原子質量單位[57]!這是為什麼呢?因為當2個氘[]核(每個氘核都含有1個質子、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,似乎質量並不守恆,也就是氦4原子核的質量並不等於2個氘核質量之和。然而,用質能關系公式計算,氦4原子核失去的質量,恰巧等於因反應時釋放出原子能而減少的質量!
這樣一來,愛因斯坦就從更新的高度,闡明了物質不滅定律和能量守恆定律的實質,指出了這兩條定律之間的密切關系,使人類對大自然的認識又深化了一步。
沒有什麼大自然的奧秘,是人類所不能認識的;但是,大自然的奧秘又是無窮無盡的。人類永遠沒有一天完全認識得了大自然,沒有一天可以完全知道它的奧秘。只有永不知足,才能不斷前進。
物質不滅定律和能量守恆定律,是自然界的偉大定律。它來自客觀實際,又在客觀實際中久經考驗。多少年來,這兩條定律經受了千萬次考驗,象經得起風吹雨打的寶石一樣,閃耀著奪目的光芒。
物質不滅定律和能量守恆定律,已經成為現代自然科學的基石,同時,它也從根本上給宗教的唯心主義觀點以致命的打擊,因為物質是不能憑空創造的,也不能憑空消滅,所以誰也不再相信什麼上帝創造萬物,上帝創造世界的反科學的謬論了。另外,它還雄辯地說明,世界上永遠不會有「永動機」。想不花費勞動就從大自然中獲取能源,是不可能的。
定律是客觀存在著的。人,雖然不能去「創造」定律,「改造」定律,但是,人可以去發現定律,掌握定律,利用定律。現在,物質不滅宣告和能量守恆守律已經被千百萬人所掌握。人們正在利用物質不滅定律和能量守恆定律,去征服自然,改造自然,揭開大自然的秘密!
參考資料:http://..com/question/3655883.html
② 愛因斯坦的生平和貢獻
愛因斯坦
少年時代
20世紀最偉大的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦(Albert.Einstein)1879年3月14日出生在德國西南的烏耳姆城,一年後隨全家遷居慕尼黑。愛因斯坦的父母都是猶太人,父親赫爾曼·愛因斯坦和叔叔雅各布·愛因斯坦合開了一個為電站和照明系統生產電機、弧光燈和電工儀表的電器工廠。母親玻琳是受過中等教育的家庭婦女,非常喜歡音樂,在愛因斯坦六歲時就教他拉小提琴。
愛因斯坦生前不要虛榮,死後更不要哀榮。他留下遺囑,要求不發訃告,不舉行葬禮。他把自己的腦供給醫學研究,身體火葬焚化,骨灰秘密的撒在不讓人知道的河裡,不要有墳墓也不想立碑。在把他的遺體送到火葬場火化的時候,隨行的只有他最親近的12個人,而其他人對於火化的時間和地點都不知道。
愛因斯坦在去世之前, 把他在普林斯頓默謝雨街112號的房子留給跟他工作了幾十年的秘書杜卡斯小姐,並且強調:「不許把這房子變成博物館。」他不希望把默謝雨街變成一個朝聖地。他一生不崇拜偶像,也不希望以後的人把他當作偶像來崇拜。
愛因斯坦曾經說過:「我自己不過是自然的一個極微小的部分」,他把一切獻給了人類從自然界獲得自由的征程,最後連自己的骨灰也回到了大自然的懷抱。但是正如英費爾德第一次與他接觸時所感受到的那樣:「真正的偉大和真正的高尚總是並肩而行的」,愛因斯坦的偉大業績和精神永遠留給了人類。
逸事
愛因斯坦逃學記
1895年春天,愛因斯坦已16歲了。根據德國當時的法律,男孩只有在17歲以前離開德國才可以不必回來服兵役。由於對軍國主義深惡痛絕,加之獨自一人呆在軍營般的路易波爾德中學已忍無可忍,愛因斯坦沒有同父母商量就私自決定離開德國,去義大利與父母團聚。
但是,半途退學,將來拿不到文憑怎麼辦呢?一向忠厚、單純的愛因斯坦,情急之中竟想出一個自以為不錯的點子。他請數學老師給他開了張證明,說他數學成績優異,早達到大學水平。又從一個熟悉的醫生那裡弄來一張病假證明,說他神經衰弱,需要回家靜養。愛因斯坦以為有這兩個證明,就可逃出這厭惡的地方。
誰知,他還沒提出申請,訓導主任卻把他叫了去,以他敗壞班風,不守校紀的理由勒令退學。
愛因斯坦臉紅了,不管什麼原因,只要能離開這所中學,他都心甘情願,也顧不得什麼了。他只是為自己想出一個並未實施的狡猾的點子突然感到內疚,後來每提及此事,愛因斯坦都內疚不已。大概這種事情與他坦率、真誠的個性相去太遠。
韋伯先生的慧眼
愛因斯坦十六歲時報考瑞士蘇黎世的聯邦工業大學工程系,可是入學考試卻告以失敗。看過他的數學和物理考卷的該校物理學家韋伯先生卻慧眼識英才,稱贊他:「你是個很聰明的孩子,愛因斯坦,一個非常聰明的孩子,但是你有一個很大的缺點:就是你不想表現自己。」
韋伯先生是講對了,愛因斯坦在數學方面可以說是有「天才」,他在12歲到16歲時就已經自學學會了解析幾何和微積分。而對於不想表現自己這個「缺點」,他也是「死不悔改」。他晚年寫給朋友的信中說:「我年青時對生活的需要和期望是能在一個角落安靜地做我的研究,公眾人士不會對我完全注意,可是現在卻不能了。」
著名的電影演員查理.卓別林在他的影片《城市之光》於好萊塢首映之日,邀請愛因斯坦夫婦去看。愛因斯坦和卓別林走出汽車時,許多人發現愛因斯坦來看戲,大家圍攏歡呼,注意力都集中在他身上而不是卓別林。愛因斯坦不喜歡這樣的場面,問卓別林:「這是什麼意思?」卓別林馬上安慰他:「這沒有什麼。」
「相對論」就是這樣被發現的
愛因斯坦太太曾對查理·卓別林講述愛因斯坦發現相對論時工作的情形。後來卓別林把這事記在他的自傳里。這故事倒是可以看出愛因斯坦在這歷史性發現的時刻是怎麼樣子工作的:
「博士像往常那樣穿著睡袍下樓吃早餐,可是那一天卻什麼也沒動。我想一定有什麼問題發生,我問他什麼事使他魂不守舍?
他回答:「親愛的!我得到一個巧妙的想法。」
喝完咖啡後,他就走到鋼琴前開始彈奏起來。幾次停下來在紙上記錄一些東西,然後重復地說:「我得到一個巧妙的想法,非常美妙的想法。」
他說:「這是很困難的,我仍需要進行工作。」
他繼續玩鋼琴,並且寫下一些東西,這樣半小時之久,然後走上樓去他的研究室,並且告訴我不要打擾他,他就一直留在房子里兩星期。每天我上樓把食物送給他,傍晚時他就散一會兒步當作運動,然後回來繼續他的工作。
最後他走下樓來,臉色顯得蒼白。「這里就是我的發現!」他把兩張紙放在桌上,這就是他的「相對論」。」
成功的秘訣
神學的研究
愛因斯坦生命中的最後30年專心於神學的研究。文字
1879年,阿伯特·愛因斯坦 (Albert Einstein) 出生在德國西南部古城烏耳姆的一個猶太人家庭。父親是個電工設備店店主。母親是個有成就的鋼琴家。
1880年,他隨全家搬到慕尼黑,就在那裡渡過了他的童年生活。他好像發育比較慢,三歲才開始講話,被人認為是反應遲鈍的孩子。直到中學時,有些教師還認為他長大了不會有出息。當他六歲時,母親就教他學習小提琴,十四歲時就已經能登台演奏了。在他的一生中,小提琴一直伴隨著他。
十歲時,愛因斯坦進入慕尼黑教會中學讀書。不過他的基礎知識卻是源於家庭和自學上。在中學的成績除數學優秀之外,其它學科均屬低下,因而在1894年遭到了退學處分。同年,他離開德國,於1895年去蘇黎世投考瑞士聯邦工業大學,但未被取錄,只得轉學到一間中學。 第二年,他考進聯邦工業大學師范系學習物理學。大學四年, 他的主要精力不是用於正規課程,而是自學一些名家的著作。縱使他很少上課, 但是他靠著同學所摘下的課堂筆記,仍能取得及格的成績。
愛因斯坦於1900年畢業,由於學業成績並不突出,他找不到一個教職。
1902年, 愛因斯坦終於在伯爾尼找到了聯邦專利局審查員的職務。此時他利用工余時間繼續自修理論物理。
在一年內,1905年,二十六歲的愛因斯坦共發表了四篇在物理學各領域中最富有創造性的偉大論文。《分子體積的新測定方法》(有關布朗運動)一文使他獲得蘇黎世大學的哲學博士學位,而《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》(有關光電效應)一文更使他於1921年獲得諾貝爾物理學獎。其餘的兩篇創立了狹義相對論,後人認為這是他對物理學最重要的貢獻。
1913年,普朗克和能斯特代表普魯士科學院邀請愛因斯坦回德國工作。
1914年,他擔任威廉大帝物理研究所所長兼柏林大學教授。這個教職給予了愛因斯坦經濟上的支持,使他能夠全時間從事研究工作。
1916年,愛因斯坦發表了《廣義相對論基礎》,這是關於廣義相對論的第一篇完整的論文,也是對這項工作的總結。
1933年因受納粹德國的迫害,愛因斯坦遷居美國,任普林斯頓高等學術研究院教授。
1940年取得美國國籍。
1955年病逝普林斯頓
③ 愛因斯坦對數學做出的貢獻有哪些
愛因斯坦求和約定,為張量運算帶來了很大方便。廣義相對論促使數學家開始關注非正定度規的偽黎曼幾何。
④ 愛因斯坦的主要貢獻有哪些
愛因斯坦的主要貢獻有留聲機、電影攝影機、電燈對世界有極大影響。他一生的發明共有兩千多項,擁有專利一千多項。還提出了很多理論。比如狹義相對論、廣義相對論、光量子假說、能量守恆、宇宙常數,等等。
愛因斯坦於1879年出生於德國烏爾姆市的一個猶太人家庭(父母均為猶太人),1900年畢業於蘇黎世聯邦理工學院,入瑞士國籍。
(4)愛因斯坦對數學有什麼貢獻擴展閱讀:
一、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生變化。這類光變致電的現象被人們統稱為光電效應(Photoelectric effect)。
光電效應分為光電子發射、光電導效應和光生伏特效應。前一種現象發生在物體表面,又稱外光電效應。後兩種現象發生在物體內部,稱為內光電效應。
二、能量守恆
E=mc²,物質不滅定律,說的是物質的質量不滅;能量守恆定律,說的是物質的能量守恆。
雖然這兩條偉大的定律相繼被人們發現了,但是人們以為這是兩個風馬牛不相關的定律,各自說明了不同的自然規律。甚至有人以為,物質不滅定律是一條化學定律,能量守恆定律是一條物理定律,它們分屬於不同的科學范疇。
愛因斯坦認為,物質的質量是慣性的量度,能量是運動的量度;能量與質量並不是彼此孤立的,而是互相聯系的,不可分割的。物體質量的改變,會使能量發生相應的改變;而物體能量的改變,也會使質量發生相應的改變。
三、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宇宙的存在,他在引力場方程中引進一個與度規張量成比例的項,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。
他認為,有一種反引力,能與引力平衡,促使宇宙有限而靜態。當哈勃將膨脹宇宙的天文觀測結果展示給愛因斯坦看時,愛因斯坦說:「這是我一生所犯下的最大錯誤。」
四、相對論
相對論(英語:Theory of relativity)是關於時空和引力的理論,主要由愛因斯坦創立,依其研究對象的不同可分為狹義相對論和廣義相對論。相對論和量子力學的提出給物理學帶來了革命性的變化,它們共同奠定了現代物理學的基礎。
相對論極大地改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念,提出了「同時的相對性」、「四維時空」、「彎曲時空」等全新的概念。
不過近年來,人們對於物理理論的分類有了一種新的認識——以其理論是否是決定論的來劃分經典與非經典的物理學,即「非經典的=量子的」。在這個意義下,相對論仍然是一種經典的理論。
⑤ 愛因斯坦有哪些貢獻
20世紀最偉大的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦(Albert.Einstein)1879年3月14日出生在德國西南的烏耳姆城,一年後隨全家遷居慕尼黑。愛因斯坦的父母都是猶太人,父親赫爾曼·愛因斯坦和叔叔雅各布·愛因斯坦合開了一個為電站和照明系統生產電機、弧光燈和電工儀表的電器工廠。母親玻琳是受過中等教育的家庭婦女,非常喜歡音樂,在愛因斯坦六歲時就教他拉小提琴。
愛因斯坦小時候並不活潑,三歲多還不會講話,父母很擔心他是啞巴,曾帶他去給醫生檢查。還好小愛因斯坦不是啞巴,可是直到九歲時講話還不很通暢,所講的每一句話都必須經過吃力但認真的思考。
在四、五歲時,愛因斯坦有一次卧病在床,父親送給他一個羅盤。當他發現指南針總是指著固定的方向時,感到非常驚奇,覺得一定有什麼東西深深地隱藏在這現象後面。他一連幾天很高興的玩這羅盤,還糾纏著父親和雅各布叔叔問了一連串問題。盡管他連「磁」這個詞都說不好,但他卻頑固地想要知道指南針為什麼能指南。這種深刻和持久的印象,愛因斯坦直到六十七歲時還能鮮明的回憶出來。
愛因斯坦在念小學和中學時,功課屬平常。由於他舉止緩慢,不愛同人交往,老師和同學都不喜歡他。教他希臘文和拉丁文的老師對他更是厭惡,曾經公開罵他:「愛因斯坦,你長大後肯定不會成器。」而且因為怕他在課堂上會影響其他學生,竟想把他趕出校門。
愛因斯坦的叔叔雅各布在電器工廠里專門負責技術方面的事務,愛因斯坦的父親則負責商業的往來。雅各布是一個工程師,自己就非常喜愛數學,當小愛因斯坦來找他問問題時,他總是用很淺顯通俗的語言把數學知識介紹給他。在叔父的影響下,愛因斯坦較早的受到了科學和哲學的啟蒙。
父親的生意做得並不好,但卻是一個樂觀和心地善良的人,家裡每星期都有一個晚上要邀請來慕尼黑念書的窮學生吃飯,這樣等於是救濟他們。其中有一對來自立陶宛的猶太兄弟麥克斯和伯納德,他們都是學醫科的,喜歡閱讀書籍、興趣廣泛。他們被邀請來愛因斯坦家裡吃飯,並和羞答答、長著黑頭發和棕色眼睛的小愛因斯坦交成了好朋友。
麥克斯可以說是愛因斯坦的「啟蒙老師」,他借了一些通俗的自然科學普及讀物給他看。麥克斯在愛因斯坦十二歲時,給了他一本施皮爾克的平面幾何教科書。愛因斯坦晚年回憶這本神聖的小書時說:「這本書里有許多斷言,比如,三角形的三個高交於一點,它們本身雖然並不是顯而易見的,但是可以很可靠地加以證明,以致任何懷疑似乎都不可能。這種明晰性和可靠性給我留下了一種難以形容的印象。」
愛因斯坦還幸運地從一部卓越的通俗讀物中知道了自然科學領域里的主要成果和方法,科普讀物不但增進了愛因斯坦的知識,而且撥動了年輕人好奇的心弦,引起他對問題的深思。
愛因斯坦十六歲時報考瑞士蘇黎世的聯邦工業大學工程系,可是入學考試卻告失敗。他接受了聯邦工業大學校長以及該校著名的物理學家韋伯教授的建議,在瑞士阿勞市的州立中學念完中學課程,以取得中學學歷。
1896年10月,愛因斯坦跨進了蘇黎世工業大學的校門,在師范系學習數學和物理學。他對學校的注入式教育十分反感,認為它使人沒有時間、也沒有興趣去思考其他問題。幸運的是,窒息真正科學動力的強制教育,在蘇黎世的聯邦工業大學要比其他大學少得多。愛因斯坦充分的利用學校中的自由空氣,把精力集中在自己所熱愛的學科上。在學校中,他廣泛的閱讀了赫爾姆霍茲、赫茲等物理學大師的著作,他最著迷的是麥克斯韋的電磁理論。他有自學本領、分析問題的習慣和獨立思考的能力。
早期工作
1900年,愛因斯坦從蘇黎世工業大學畢業。由於他對某些功課不熱心,以及對老師態度冷漠,被拒絕留校。他找不到工作,靠做家庭教師和代課教師過活。在失業一年半以後,關心並了解他才能的同學馬塞爾·格羅斯曼向他伸出了援助的手。格羅斯曼設法說服自己的父親把愛因斯坦介紹到瑞士專利局去作一個技術員。
愛因斯坦終身感謝格羅斯曼對他的幫助。在悼念格羅斯曼的信中,他談到這件事時說,當他大學畢業時,「突然被一切人拋棄,一籌莫展的面對人生。他幫助了我,通過他和他的父親,我後來才到了哈勒(時任瑞士專利局局長)那裡,進了專利局。這有點象救命之恩,沒有他我大概不致於餓死,但精神會頹唐起來。」
1902年2月21日,愛因斯坦取得了瑞士國籍,並遷居伯爾尼,等待專利局的招聘。1902年6月23日,愛因斯坦正式受聘於專利局,任三級技術員,工作職責是審核申請專利權的各種技術發明創造。1903年,他與大學同學米列娃.瑪麗克結婚。
1900~1904年,愛因斯坦每年都寫出一篇論文,發表於德國《物理學雜志》。頭兩篇是關於液體表面和電解的熱力學,企圖給化學以力學的基礎,以後發現此路不通,轉而研究熱力學的力學基礎。1901年提出統計力學的一些基本理論,1902~1904年間的三篇論文都屬於這一領域。
1904年的論文認真探討了統計力學所預測的漲落現象,發現能量漲落取決於玻爾茲曼常數。它不僅把這一結果用於力學體系和熱現象,而且大膽地用於輻射現象,得出輻射能漲落的公式,從而導出維恩位移定律。漲落現象的研究,使他於1905年在輻射理論和分子運動論兩方面同時做出重大突破。
1905年的奇跡
1905年,愛因斯坦在科學史上創造了一個史無前例奇跡。這一年他寫了六篇論文,在三月到九月這半年中,利用在專利局每天八小時工作以外的業余時間,在三個領域做出了四個有劃時代意義的貢獻,他發表了關於光量子說、分子大小測定法、布朗運動理論和狹義相對論這四篇重要論文。
1905年3月,愛因斯坦將自己認為正確無誤的論文送給了德國《物理年報》編輯部。他靦腆的對編輯說:「如果您能在你們的年報中找到篇幅為我刊出這篇論文,我將感到很愉快。」這篇「被不好意思」送出的論文名叫《關於光的產生和轉化的一個推測性觀點》。
這篇論文把普朗克1900年提出的量子概念推廣到光在空間中的傳播情況,提出光量子假說。認為:對於時間平均值,光表現為波動;而對於瞬時值,光則表現為粒子性。這是歷史上第一次揭示了微觀客體的波動性和粒子性的統一,即波粒二象性。
在這文章的結尾,他用光量子概念輕而易舉的解釋了經典物理學無法解釋的光電效應,推導出光電子的最大能量同入射光的頻率之間的關系。這一關系10年後才由密立根給予實驗證實。1921年,愛因斯坦因為「光電效應定律的發現」這一成就而獲得了諾貝爾物理學獎。
這才僅僅是開始,阿爾伯特·愛因斯坦在光、熱、電物理學的三個領域中齊頭並進,一發不可收拾。1905年4月,愛因斯坦完成了《分子大小的新測定法》,5月完成了《熱的分子運動論所要求的靜液體中懸浮粒子的運動》。這是兩篇關於布朗運動的研究的論文。愛因斯坦當時的目的是要通過觀測由分子運動的漲落現象所產生的懸浮粒子的無規則運動,來測定分子的實際大小,以解決半個多世紀來科學界和哲學界爭論不休的原子是否存在的問題。
三年後,法國物理學家佩蘭以精密的實驗證實了愛因斯坦的理論預測。從而無可非議的證明了原子和分子的客觀存在,這使最堅決反對原子論的德國化學家、唯能論的創始人奧斯特瓦爾德於1908年主動宣布:「原子假說已經成為一種基礎鞏固的科學理論」。
1905年6月,愛因斯坦完成了開創物理學新紀元的長論文《論運體的電動力學》,完整的提出了狹義相對論。這是愛因斯坦10年醞釀和探索的結果,它在很大程度上解決了19世紀末出現的古典物理學的危機,改變了牛頓力學的時空觀念,揭露了物質和能量的相當性,創立了一個全新的物理學世界,是近代物理學領域最偉大的革命。
狹義相對論不但可以解釋經典物理學所能解釋的全部現象,還可以解釋一些經典物理學所不能解釋的物理現象,並且預言了不少新的效應。狹義相對論最重要的結論是質量守恆原理失去了獨立性,他和能量守恆定律融合在一起,質量和能量是可以相互轉化的。其他還有比較常講到的鍾慢尺縮、光速不變、光子的靜止質量是零等等。而古典力學就成為了相對論力學在低速運動時的一種極限情況。這樣,力學和電磁學也就在運動學的基礎上統一起來。
1905年9月,愛因斯坦寫了一篇短文《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》,作為相對論的一個推論。質能相當性是原子核物理學和粒子物理學的理論基礎,也為20世紀40年代實現的核能的釋放和利用開辟了道路。
在這短短的半年時間,愛因斯坦在科學上的突破性成就,可以說是「石破天驚,前無古人」。即使他就此放棄物理學研究,即使他只完成了上述三方面成就的任何一方面,愛因斯坦都會在物理學發展史上留下極其重要的一筆。愛因斯坦撥散了籠罩在「物理學晴空上的烏雲」,迎來了物理學更加光輝燦爛的新紀元。
廣義相對論的探索
狹義相對論建立後,愛因斯坦並不感到滿足,力圖把相對性原理的適用范圍推廣到非慣性系。他從伽利略發現的引力場中一切物體都具有同一加速度這一古老實驗事實找到了突破口,於1907年提出了等效原理。在這一年,他的大學老師、著名幾何學家閔可夫斯基提出了狹義相對論的四維空間表示形式,為相對論進一步發展提供了有用的數學工具,可惜愛因斯坦當時並沒有認識到它的價值。
等效原理的發現,愛因斯坦認為是他一生最愉快的思索,但以後的工作卻十分艱苦,並且走了很大的彎路。1911年,他分析了剛性轉動圓盤,意識到引力場中歐氏幾何並不嚴格有效。同時還發現洛倫茨變化不是普適的,等效原理只對無限小區域有效……。這時的愛因斯坦已經有了廣義相對論的思想,但他還缺乏建立它所必需的數學基礎。
1912年,愛因斯坦回到蘇黎世母校工作。在他的同班同學、母校任數學教授的格羅斯曼幫助下,他在黎曼幾何和張量分析中找到了建立廣義相對論的數學工具。經過一年的奮力合作,他們於1913年發表了重要論文《廣義相對論綱要和引力理論》,提出了引力的度規場理論。這是首次把引力和度規結合起來,使黎曼幾何獲得實在的物理意義。
不過他們當時得到的引力場方程只對線性變換是協變的,還不具有廣義相對論原理所要求的任意坐標變換下的協變性。這是由於愛因斯坦當時不熟悉張量運算,錯誤的認為,只要堅持守恆定律,就必須限制坐標系的選擇,為了維護因果性,不得不放棄普遍協變的要求。
科學成就的第二個高峰
在1915年到1917年的3年中,是愛因斯坦科學成就的第二個高峰,類似於1905年,他也在三個不同領域中分別取得了歷史性的成就。除了1915年最後建成了被公認為人類思想史中最偉大的成就之一的廣義相對論以外,1916年在輻射量子方面提出引力波理論,1917年又開創了現代宇宙學。
1915年7月以後,愛因斯坦在走了兩年多彎路後,又回到普遍協變的要求。1915年10月到11月,他集中精力探索新的引力場方程,於11月4日、11日、18日和25日一連向普魯士科學院提交了四篇論文。
在第一篇論文中他得到了滿足守恆定律的普遍協變的引力場方程,但加了一個不必要的限制。第三篇論文中,根據新的引力場方程,推算出光線經過太陽表面所發生的偏轉是1.7弧秒,同時還推算出水星近日點每100年的進動是43秒,完滿解決了60多年來天文學的一大難題。
1915年11月25日的論文《引力的場方程》中,他放棄了對變換群的不必要限制,建立了真正普遍協變的引力場方程,宣告廣義相對論作為一種邏輯結構終於完成了。1916春天,愛因斯坦寫了一篇總結性的論文《廣義相對論的基礎》;同年底,又寫了一本普及性的小冊子《狹義與廣義相對論淺說》。
1916年6月,愛因斯坦在研究引力場方程的近似積分時,發現一個力學體系變化時必然發射出以光速傳播的引力波,從而提出引力波理論。1979年,在愛因斯坦逝世24年後,間接證明了引力波存在。
1917年,愛因斯坦用廣義相對論的結果來研究宇宙的時空結構,發表了開創性的論文《根據廣義相對論對宇宙所做的考察》。論文分析了「宇宙在空間上是無限的」這一傳統觀念,指出它同牛頓引力理論和廣義相對論都是不協調的。他認為,可能的出路是把宇宙看作是一個具有有限空間體積的自身閉合的連續區,以科學論據推論宇宙在空間上是有限無邊的,這在人類歷史上是一個大膽的創舉,使宇宙學擺脫了純粹猜想的思辨,進入現代科學領域。
漫長艱難的探索
廣義相對論建成後,愛因斯坦依然感到不滿足,要把廣義相對論再加以推廣,使它不僅包括引力場,也包括電磁場。他認為這是相對論發展的第三個階段,即統一場論。
1925年以後,愛因斯坦全力以赴去探索統一場論。開頭幾年他非常樂觀,以為勝利在望;後來發現困難重重,他認為現有的數學工具不夠用;1928年以後轉入純數學的探索。他嘗試著用各種方法,但都沒有取得具有真正物理意義的結果。
1925年~1955年這30年中,除了關於量子力學的完備性問題、引力波以及廣義相對論的運動問題以外,愛因斯坦幾乎把他全部的科學創造精力都用於統一場論的探索。
1937年,在兩個助手合作下,他從廣義相對論的引力場方程推導出運動方程,進一步揭示了空間——時間、物質、運動之間的統一性,這是廣義相對論的重大發展,也是愛因斯坦在科學創造活動中所取得的最後一個重大成果。
在同一場理論方面,他始終沒有成功,他從不氣餒,每次都滿懷信心底從頭開始。由於他遠離了當時物理學研究的主流,獨自去進攻當時沒有條件解決的難題,因此,同20年代的處境相反,他晚年在物理學界非常孤立。可是他依然無所畏懼,毫不動搖地走他自己所認定的道路,直到臨終前一天,他還在病床上准備繼續他的統一場理論的數學計算。
最偉大的科學家的風格
愛因斯坦因為在科學上的成就,獲得了許多獎狀以及名譽博士的授予證書。如果一般人就會把這些東西高高掛起。可是愛因斯坦把以上的東西,包括諾貝爾獎獎狀一起亂七八糟地放在一個箱子里,看也不看一眼。英費爾德說他有時覺得愛因斯坦可能連諾貝爾獎是什麼意義都不知道。據說他在得獎的那一天,臉上和平日一樣平靜,沒有顯出特別高興或興奮。
少年時代的愛因斯坦在瑞士生活時,過的是窮學生的生活,他對物質生活要求不高,有一碟義大利面條加上一點醬他就感到很滿意。成名後,成為教授以及後來為了躲避納粹的迫害移民美國,他是有條件過很好的物質享受的,但是他仍保留像窮學生那樣簡朴無華的生活。
當愛因斯坦來到普林斯頓的高等科學研究所工作時,當局給了他相當的高薪——年薪一萬六千美元,他卻說:「這么多錢,是否可以給我少一點?給我三千美元就夠了。」
愛因斯坦對自己的衣著也是不注意的,長年披著一件黑色皮上衣,不穿襪子,不結領帶,褲子有時既沒有綁皮帶也沒有吊帶,他和人在黑板前討論問題時,一面寫黑板,一面要把那像要滑下的褲子用手拉住,這種情形是有些滑稽,而他的頭發卻留得長長的,不加修飾。這對當年「貴族學府」普林斯頓大學的學生來說是驚異的事,難怪他們要希望上帝叫他把頭發剪掉。
愛因斯坦是很節儉的人,他在計算的紙上是兩面都寫,而且他把許多寄給他的信的信封裁開,當作計算的草稿紙,不讓它們在進了紙簍之前失掉可以再利用的價值。愛因斯坦在外出時經常坐二、三等車,平時只吃一些簡單的食物。
1909年7月,愛因斯坦應邀到日內瓦,參加隆重的日內瓦大學三百五十周年校慶和紀念建校人加爾文的慶祝活動,並接受日內瓦大學頒發給他的榮譽博士學位。在慶祝活動的遊行中,學校里的顯要人物和政府中的大人物,都身穿燕尾服、頭戴高禮帽,或者身穿中世紀式的銹金長袍,頭戴平頂絲帽,而愛因斯坦卻穿著一套平時上街穿的衣服,戴著一頂草帽。對這次慶祝活動所舉辦的盛大宴會,愛因斯坦很不以為然,他對坐在旁邊的人說,「如果加爾文還活著,他會堆起一大堆柴禾,因為搞這樣的鋪張浪費的盛宴而把我們全都燒死。」
愛因斯坦自己曾說過:「安逸和幸福,對我來說從來不是目的。我稱這些倫理基礎為豬倌的理想……」。他甚至拒絕自己被安排在上流社會中,而居於與眾不同的地位,對社會上對他的特殊照顧感到憤怒。
愛因斯坦是很珍惜時間的人,他不喜歡參加社交活動與宴會,他曾諷刺地說:「這是把時間喂給動物園。」他集中精神專心的鑽研,他不希望寶貴的時間消耗在無意義的社交談話上。他也不想聽那些奉承和贊揚的話。他認為:「一個以偉大的創造性觀念造福於全世界的人,不需要後人來贊揚。他的成就本身就已經給了他一個更高的報答。」1929年3月,為了躲避五十壽辰的慶祝活動,他在生日前幾天,就秘密跑到柏林近郊的一個花匠的農舍里隱居起來。
作為物理學革命中的偉大科學巨匠,愛因斯坦從來沒有自認為是一個超人。他認識到,自己所走的道路是前人走過的道路的延伸,科學的新時代是在前人工作基礎上的合理發展,因此他總是抱著感激和敬仰的心情贊賞前人的貢獻。
在談到相對論的創立時,他說:「相對論實在可以說是對麥克思韋和洛倫茲的偉大構思畫了最後一筆,因為它力圖把場物理學擴充到包括引力在內的一切現象。」愛因斯坦曾幾次在信中對贊揚他的成就的朋友寫道:「我完全知道我沒有什麼特殊的才能:興趣、專一、頑強工作,以及自我批評使我達到我想要達到的理想境界。」
全人類命運的關注者
愛因斯坦熱愛科學,也熱愛人類。他沒有因為埋頭於科學研究而把自己置於社會之外,一直關心著人類的文明和進步,並為之頑強、勇敢地戰斗。他說過:「人只有獻身於社會,才能找出那實際上是短暫而又有風險的生命的意義」,他自己正是這樣去做的。
1914年4月,愛因斯坦接受德國科學界的邀請,遷居到柏林,8月即爆發了第一次世界大戰。他雖身居戰爭的發源地,生活在戰爭鼓吹者的包圍之中,卻堅決地表明了自己的反戰態度。9月,愛因斯坦參與發起反戰團體「新祖國同盟」,在這個組織被宣布為非法、成員大批遭受逮捕和迫害而轉入地下的情況下,愛因斯坦仍堅決參加這個組織的秘密活動。
10月,德國的科學界和文化界在軍國主義分子的操縱和煽動下,發表了所謂「文明世界的宣言」,為德國發動的侵略戰爭辯護,鼓吹德國高於一切,全世界都應該接受「真正德國精神」。在「宣言」上簽名的有九十三人,都是當時德國有聲望的科學家、藝術家和牧師等。就連能斯脫、倫琴、奧斯特瓦爾德、普朗克等都在上面簽了字。當徵求愛因斯坦簽名時,他斷然拒絕了,而同時他卻毅然在反戰的《告歐洲人書》上簽上自己的名字。這一舉動震驚了全世界。
1917年,列寧領導的蘇聯社會主義革命勝利後,愛因斯坦熱情地支持這個偉大的革命,贊揚這是一次對全世界將有決定性意義的、偉大的社會實驗,表示:「我尊敬列寧,因為他是一位有完全自我犧牲精神、全心全意為實現社會正義而獻身的人。我並不認為他的方法是切合實際的,但有一點可以肯定:象他這種類型的人,是人類良心的維護者和再造者。」
1918年11月,德國工人和士兵在俄國十月革命勝利的影響和鼓舞下,發動起義,推翻了德皇威廉二世下台第三天,愛因斯坦即給他的母親連續寫了兩張明信片,歡呼「偉大的事變發生了……親身經歷了這個事變是多麼榮幸!」
在二十年代到三十年代初期,愛因斯坦基本上是一個絕對的和平主義者。但是,侵略和掠奪戰爭不斷發生的現實,打破了他那美好的夢想。特別是1933年希特勒上台後,德國日益法西斯化,使愛因斯坦意識到新的野蠻戰爭不可避免,促使他改變了自己的觀點。他明確表示:「當法律和人類尊嚴必需保衛時,我們一定要戰斗。自從法西斯的危險到來後,現在我不再相信絕對的被動的和平主義是有效的了。只要法西斯主義統治歐洲,那就不會有和平。」
由於愛因斯坦的進步活動,又因為他是猶太人,因而被德國納粹分子列為重要的迫害對象,幸而他1932年底離開德國到美國講學,才未遭毒手。他在柏林的住屋被查抄和搗毀,他的財產被沒收,他的著作被焚毀,納粹還懸賞二萬馬克要殺害他。面對納粹分子暗殺的危險,愛因斯坦沒有絲毫的畏懼,而是更堅定地戰斗。當他的摯友勞厄寫信勸他對政治問題採取明哲保身的態度時,他不顧個人安危,大聲疾呼,指出法西斯就意味著戰爭,和平必須用武裝來保衛,呼籲美國人民起來同法西斯作斗爭。
在為人類的進步事業而戰斗的歷程中,愛因斯坦一直關心著被壓迫、被奴役的國家和民族。他反對法西斯滅絕猶太人的暴行,為爭取猶太人的生存權利而大聲疾呼。但他也反對狹隘的猶太民族主義,希望看到猶太人「同阿拉伯人在和平共處的基礎上達成公平合理的協議,而不希望創立一個猶太國」。他反對美國的種族歧視政策,支持黑人的解放運動,並呼籲「美國黑人在這個方向上所作的堅定的努力,應當得到大家的贊揚和支援」。
在五十年代美國麥卡錫份子興風作浪的時期,麥卡錫參議員說他是「美國的第一敵人」,而一些狂熱人士還造謠說他是共產份子,並且說他的前助手英費爾德從他那裡知道原子彈的材料,准備供給蘇聯這些情報。事實上他除了擔心納粹能製造新式武器,在1939年8月2日向羅斯福總統建議這方面該進行研究寫的一封信外,他以後完全不知道美國政府秘密從事原子彈的製造,一些從事這一工作的愛因斯坦的朋友也對他保密,不讓他知道有這回事。但當他知道德國沒有製成原子彈,而美國已造出原子彈後,他的心情感到沉重和不安。他說,如果他知道德國不會製造原子彈,他就不會為「打開這個潘多拉魔匣做任何事情。」
當愛因斯坦後來從無線電廣播知道美國對廣島、長崎投下原子彈,殺傷許多平民時他感到非常痛心。他後來寫了一封告美國公民書,說:「我們將此種巨大力量解放的科學家們,對於一切事物都要優先負起責任,必須限制原子能絕對不能使用來殺害全人類,而是用來增進人類的幸福方面。」1955年,愛因斯坦與羅素聯名發表了反對核戰爭和呼籲世界和平的《羅素—愛因斯坦宣言》。
在1949年愛因斯坦寫了一篇《為什麼要社會主義?》的論文。在這里,他提出了現在看來還是正確的看法!「計劃經濟還不就是社會主義。計劃經濟本身可能伴隨著對個人的完全奴役。社會主義的建成,需要解決這樣一些極端困難的社會——政治問題,鑒於政治權力和經濟權力的高度集中,怎樣才有可能防止行政人員變成權力無限和傲慢自負呢?怎樣能夠使個人的權利得到保障,同時對於行政權力能夠確保有一種民主的平衡力量呢?」
巨星隕落
1955年4月18日,人類歷史上最偉大的科學家,阿爾伯特.愛因斯坦因主動脈瘤破裂逝世於美國普林斯頓。巨星隕落,舉世同悲。
在愛因斯坦去世的前幾天還錄音對以色列廣播,他說:「我們這時代最大的問題是人類分成兩個互相對敵的陣營:共產世界和所謂的自由世界。由於「自由」及「共產」這兩個詞的意義對我很難理解,我寧願用「東方」和「西方」的權力沖突來說,然而,這地球是圓的,這樣「東方」和「西方」的真正精確意義也不能清楚。」
愛因斯坦生前不要虛榮,死後更不要哀榮。他留下遺囑,要求不發訃告,不舉行葬禮。他把自己的腦供給醫學研究,身體火葬焚化,骨灰秘密的撒在不讓人知道的河裡,不要有墳墓也不想立碑。在把他的遺體送到火葬場火化的時候,隨行的只有他最親近的12個人,而其他人對於火化的時間和地點都不知道。
愛因斯坦在去世之前, 把他在普林斯頓默謝雨街112號的房子留給跟他工作了幾十年的秘書杜卡斯小姐,並且強調:「不許把這房子變成博物館。」他不希望把默謝雨街變成一個朝聖地。他一生不崇拜偶像,也不希望以後的人把他當作偶像來崇拜。
愛因斯坦曾經說過:「我自己不過是自然的一個極微小的部分」,他把一切獻給了人類從自然界獲得自由的征程,最後連自己的骨灰也回到了大自然的懷抱。但是正如英費爾德第一次與他接觸時所感受到的那樣:「真正的偉大和真正的高尚總是並肩而行的」,愛因斯坦的偉大業績和精神永遠留給了人類。
逸事
愛因斯坦逃學記
1895年春天,愛因斯坦已16歲了。根據德國當時的法律,男孩只有在17歲以前離開德國才可以不必回來服兵役。由於對軍國主義深惡痛絕,加之獨自一人呆在軍營般的路易波爾德中學已忍無可忍,愛因斯坦沒有同父母商量就私自決定離開德國,去義大利與父母團聚。
但是,半途退學,將來拿不到文憑怎麼辦呢?一向忠厚、單純的愛因斯坦,情急之中竟想出一個自以為不錯的點子。他請數學老師給他開了張證明,說他數學成績優異,早達到大學水平。又從一個熟悉的醫生那裡弄來一張病假證明,說他神經衰弱,需要回家靜養。愛因斯坦以為有這兩個證明,就可逃出這厭惡的地方。
誰知,他還沒提出申請,訓導主任卻把他叫了去,以他敗壞班風,不守校紀的理由勒令退學。
愛因斯坦臉紅了,不管什麼原因,只要能離開這所中學,他都心甘情願,也顧不得什麼了。他只是為自己想出一個並未實施的狡猾的點子突然感到內疚,後來每提及此事,愛因斯坦都內疚不已。大概這種事情與他坦率、真誠的個性相去太遠。
韋伯先生的慧眼
愛因斯坦十六歲時報考瑞士蘇黎世的聯邦工業大學工程系,可是入學考試卻告以失敗。看過他的數學和物理考卷的該校物理學家韋伯先生卻慧眼識英才,稱贊他:「你是個很聰明的孩子,愛因斯坦!」
⑥ 愛因斯坦做出的貢獻
1、相對論
相對論(英語:Theory of relativity)是關於時空和引力的理論,主要由愛因斯坦創立,依其研究對象的不同可分為狹義相對論和廣義相對論。
相對論和量子力學的提出給物理學帶來了革命性的變化,它們共同奠定了現代物理學的基礎。相對論極大地改變了人類對宇宙和自然的「常識性」觀念,提出了「同時的相對性」、「四維時空」、「彎曲時空」等全新的概念。
不過近年來,人們對於物理理論的分類有了一種新的認識——以其理論是否是決定論的來劃分經典與非經典的物理學,即「非經典的=量子的」。在這個意義下,相對論仍然是一種經典的理論。
2、光電效應
光電效應是物理學中一個重要而神奇的現象。在高於某特定頻率的電磁波照射下,某些物質內部的電子會被光子激發出來而形成電流,即光生電。光電現象由德國物理學家赫茲於1887年發現,而正確的解釋為愛因斯坦所提出。科學家們在研究光電效應的過程中,物理學者對光子的量子性質有了更加深入的了解,這對波粒二象性概念的提出有重大影響。
3、能量守恆
能量守恆,是物理學名詞。能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,只能從一個物體傳遞給另一個物體,而且能量的形式也可以互相轉換。
這就是人們對能量的總結,稱為能量守恆定律。它是在5個國家、由各種不同職業的10餘位科學家從不同側面各自獨立發現的。其中邁爾、焦耳、亥姆霍茲是主要貢獻者。是自然科學中最基本的定律之一,它科學地闡明了運動不滅的觀點。
4、宇宙常數
1917年﹐愛因斯坦利用他的引力場方程﹐ 對宇宙整體進行了考察。為了解釋物質密度不為零的靜態宇宙的存在﹐他在場方程中引進一個與度規張量成比例的項﹐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。
(6)愛因斯坦對數學有什麼貢獻擴展閱讀
愛因斯坦常常被稱為一個孤獨的人。數學想像的領域有助於把精神從紛繁的俗物中解脫出來,就這個意義而言,是一個孤獨的人。愛因斯坦的哲學可以叫做一種超驗的唯物論,這種哲學達到了形而上學的前沿,科學和藝術都是我們天性的表現,它們高出我們的生物學需要之上而具有終極價值。(泰戈爾評價)
愛因斯坦的理論,最初受到許多人的反對,就連當時一些著名物理學家也對這位年青人的論文表示懷疑。
然而,隨著科學的發展,大量的科學實驗證明愛因斯坦的理論是正確的,愛因斯坦才一躍而成為世界著名的科學家,成為20世紀世界最偉大的科學家。(新華網評價)
愛因斯坦的生前不要虛榮,死後更不要哀榮。愛因斯坦留下遺囑,要求不發訃告,不舉行葬禮。愛因斯坦把自己的腦供給醫學研究,身體火葬焚化,骨灰秘密的撒在不讓人知道的河裡,不要有墳墓也不想立碑。在把愛因斯坦的遺體送到火葬場火化的時候,隨行的只有他最親近的12個人,而其愛因斯坦人對於火化的時間和地點都不知道。(新華網評價)
⑦ 愛因斯坦對數學做出的貢獻有哪些 出生地、生卒年、作出了什麼貢獻,對人類有什麼影響
愛因斯坦創立廣義相對論的時候,遇到數學瓶頸,遲遲不能找到引力場方程.他的數學水平和當時的希爾伯特並不在一個層次上.愛因斯坦並不像牛頓那樣是一個數學天才,相比麥克斯韋對數學的駕馭能力也應該差一點.