爱因斯坦在物理学方面有什么突出贡献?

   更新日期:2024.05.13

阿尔伯特?爱因斯坦,1879年3月14日出生在德国西南的乌尔姆城,一年后随全家迁居慕尼黑。他父母都是犹太人。爱因斯坦小时候并不活泼,3岁多还不会讲话,9岁时讲话还不很通畅,所讲的每一句话都必须经过吃力但认真的思考,这使得他的父母甚至担心他可能是智力迟钝的儿童。据说在1894年爱因斯坦还被慕尼黑中学斥退,学校认为他“调皮捣蛋”。他对德国事物的仇恨加深,不愿再作一位德国公民。他说服他的父亲,为他申请放弃公民资格,这个要求1896年得到当局批准。他事实上没有国籍,直到1901年他才获得瑞士公民资格。

爱因斯坦在瑞士阿劳受完中学教育后,于1896年在第二次尝试中通过了入学考试,进入苏黎世瑞士联邦理工学院。毕业后爱因斯坦因没有得到一个学术职位,只好以做家庭教师为业,直到1902年他才在伯尔尼瑞士专利局得到一个第三等技术员的职务。他在这里继续思考和研究物理学上的问题。1905年,他在《物理学年鉴》杂志上发表了4篇论文,都是指导20世纪物理学前进的著作。

1905年,爱因斯坦在狭义相对论、光电效应和布朗运动三个不同领域里取得了重大成果,表现出惊人的才智。但是,当时科学界对此作出响应的人寥寥无几,法国著名科学家朗之万曾对爱因斯坦说,全世界只有几个人知道什么是相对论。大多数人是怀疑的,有的甚至坚决反对。这是因为伽利略和牛顿创立的古典力学理论体系,经历了200年的发展后取得了辉煌成就。尽管旧的理论体系和新的事实之间出现了尖锐的矛盾,但许多物理学家仍不能摆脱它的束缚。他们力图把新的实验事实和物理现象容纳在旧的理论框架中,但爱因斯坦却不迷信前人,他探索着把相对论推广到更为广泛的运动情况中去。为此他又研究了整整10年。1916年,爱因斯坦发表了总结性论著《广义相对论原理》。

19世纪末,麦克斯韦电磁场理论和牛顿力学趋于完善,一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”,但当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时,发现一系列尖锐矛盾,对经典时空观产生了疑问。爱因斯坦针对这些问题,提出物理学中新的时空观,建立了可与光速相比拟的高速运动物体的规律,创立了狭义相对论。

狭义相对论的基本原理是:(1)在一切惯性系中,基本物理定律都是相同的,称为狭义相对性原理。(2)在任何惯性系中,真空中的光速都相同,恒定地等于c,且与光源的运动无关,称为光速不变原理。由此得出时间和空间各量从一个惯性系变换到另一惯性系时,应满足洛仑兹变换,而不是伽利略变换,并导出许多重要结论,主要有:量度物体长度时,运动物体沿运动方向的长度比静止时缩短,即尺缩效应;量度物体的时间历程时,运动物体的时间进程比静止时长,运动的钟比静止的钟走得慢,即钟慢效应;物体的质量随运动速度的增大而变大;质量为m的物体具有的总能量为E=mc2(质能关系式);任何物体的速度不可能超过光速c等,这些结论与大量的高速(接近光速)运动的粒子的经验事实相符合,特别是在原子核能释放中,质能关系式被具体化,使人类进入原子能时代,为电磁场、核力场和弱力场理论的进一步发展奠定了基础。上述理论从相对性原理出发,而且只对惯性系有效,称为狭义相对论。

相对论使人类的时空观发生革命性变化,摒弃了牛顿提出的时间、空间与物质运动无关的所谓绝对时间和绝对空间观念,发现时间、空间、物质及其运动的紧密联系,为辩证唯物主义提供了典型事实。

在狭义相对论基础上,爱因斯坦根据同一物体的惯性质量(由牛顿第二定律决定的质量)和引力质量(由万有引力定律决定的质量)总相等的实验事实,运用“思想实验”得出重要结论:在局部空间里,加速系统中的观察者看到的所有物理现象等同于在引力场中静止观察者看到的现象。如一个升降机在没有引力的空间上升,加速度与地球重力加速度相同,机内观察者观察到自由释放的物体下落的规律与站在地面上的人观察自由落体运动所得的规律完全一样。这时机内的人可以认为物体下落是受一个力(惯性力)作用的结果。爱因斯坦引入等效原理,即在一个小体积范围内万有引力和某一加速系中的惯性力互相等效,同时把狭义相对论原理推广为广义相对性原理,即物理学的基本规律乃至对于任何参考系都相同的自然规律,具有相同的数学形式。以这两个原理为基础建立的理论,适用于一切参考系,称为广义相对论。

广义相对论得出一系列重要结论,认为时间空间将因物质的存在和分布变得不均匀,即发生“时空弯曲”,揭示物质与其存在形式的紧密联系,空间并不是欧几里德的“平直空间”或牛顿的“绝对空间”;并认为这种“时空弯曲”是产生万有引力的原因,据此建立了引力场论;认为狭义相对论是广义相对论在没有万有引力场时的特殊情况。广义相对论对现代物理学和现代哲学产生了巨大影响,奠定了现代理论天体物理学基础。广义相对论作出三个重要实验预言:光线在引力场中将弯曲,水星近日点的移动和光在引力场中光谱线会发生红移。

爱因斯坦建立广义相对论时认为:宇宙中不仅充满运动着的物质——电磁场,同时存在另一种运动着的物质——引力场。运动的带电粒子产生在空间传播的变化的电磁场,形成电磁波;运动的物体产生在空间传播的变化的引力场,形成引力波。一切具有质量的物质都应相互吸引,而不管该质量的起源如何。光既然具有质量,也应和其他物质通过引力场的传递相互吸引,得出引力场和电磁场的存在导致“时空弯曲”结论,物质集中的地方是引力场“浓密”的地方,也是时空弯曲最大的地方,这种时空弯曲产生质量的吸引效应——万有引力。

爱因斯坦在建立电磁场和引力场统一理论——统一场论(爱因斯坦认为,电力、磁力与重力是一个东西的三种表现,如同水、冰和水蒸气都是由H2O组成一样。统一场就是要把电力、磁力与重力联系在一起,而成为宇宙中的一个基本的宇宙力场,也就是统一场。反过来说,统一场是由电力、磁力和重力这三个基本力互相演变与斥合来决定宇宙的性质。宇宙中充满许多重力波和磁力线,只要你知道怎样去利用,它就可以为你服务。)中进一步认为,场和实物没有本质区别,实物所在地就是场聚集的地方,“抛出去的石子就是变化着的场(引力波),在变化着的场中场强最大的态以石子的速度穿过空间。”连续的“场是惟一的实在”。

爱因斯坦相对论的计算方法,实在令人不可思议:如果以每秒26万公里的速度移动,其相对位置的钟表就会以二倍的速度运转。在移动的速度上,不仅时间,就是物体的大小和质量也会发生变化。假如在这种超高速下,把头部向前倾并继续前进,身长可能会比平常缩短一半(有个人为证明这点,尝试用尺测量了一下,结果无法测量出来,因为尺子也受到同样作用的影响)。

总之,没有绝对的时间、空间,也没有绝对的运动;一切可观察的原理都是相对的。

可是,除了说明水星轨道的特殊性以外,几乎无法推测这个理论的正确性。而要抓住以光速运动的物理动态来印证这个理论的机会,几乎等于零。所以,爱因斯坦起初也不敢相信,后来经过长期的观察,发现了光线接近太阳时所产生的折射状态,才敢确定自己的想法是正确的。然而,大多数科学家对此推论不置可否。

1919年出现的日蚀现象,提供了证实的良机。通常日蚀时,赤道地带都是日全蚀。英国皇家学会派了两支观测队到赤道地区,一队到巴西,另一队到几内亚湾。最终验证了爱因斯坦理论的正确。

量子物理与相对论同为近代物理两大支柱,不过前者为集体创作,后者却几乎是爱因斯坦一人的心血。单凭这一点,若要挑选本世纪最具代表性的物理大师,爱因斯坦就当之无愧。

爱因斯坦在科学思想上的贡献,在历史上也许只有牛顿和达尔文可以媲荚。相对论原理的建立是人类对自然界认识过程中的一次飞跃。相对论圆满地把传统物理学包括在自身的理论体系之中。广义相对论开阔了人类的视野,使科学研究的范围从无限小的微观世界直至无限大的宏观世界。今天,相对论已成为原子能科学、宇宙航行和天文学的理论基础,被广泛运用于理论科学和应用科学之中。爱因斯坦的伟大成就——相对论,是自然科学发展史上的一个划时代的里程碑。



伟大的物理学家:爱因斯坦开创了现代科学新纪元,你对他了解多少



  • 18825925588 :爱因斯坦一生的成就
    艾健沾5196 :答:爱因斯坦是人类历史上最具创造性才智的人物之一。他一生中开创了物理学的四个领域:狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论。他是量子理论的主要创建者之一,在分子运动论和量子统计理论等方面也做出了重大贡献。1.爱因斯坦于1905年发表了《论动体的电动力学》的论文,提出了狭义相对性原理和光速不变...
  • 18825925588 :爱因斯坦是赫赫有名的物理学家他对世界科学有哪些贡献
    艾健沾5196 :答:1、相对论:爱因斯坦提出了狭义相对论和广义相对论。狭义相对论改变了人们对时间、空间和质量的观念,引入了著名的“相对论效应”,揭示了光速不变的原则。广义相对论描述了引力的本质,并提出了引力场与时空弯曲之间的关系。2、光量子假设:爱因斯坦在解释光电效应时提出了光量子假设,认为光既可以被看作...
  • 18825925588 :爱因斯坦在物理学方面的突出贡献是什么?有何意义
    艾健沾5196 :答:之所以说他是二十一世纪最伟大的科学家就是因为他在相对论和量子力学两方面的突出贡献。他于1905年 提出光量子假设,并于1916年由密立根的光电效应实验证实,因此获得了1921年诺贝尔物理学奖,在光量子理论基础上导出了光化学定律,提出了自激辐射 和受激辐射理论,为激光的出现奠定了理论基础,导出了波色...
  • 18825925588 :爱因斯坦在物理学上有什么成就?
    艾健沾5196 :答:爱因斯坦是20世纪最伟大的物理学家之一,他的物理学成就非常多。他在相对论、光电效应、热力学、量子力学等领域都有重要的贡献。其中,他最著名的成就是提出了狭义相对论和广义相对论,这两个理论改变了人们对时间和空间的认识。此外,他还发现了光电效应,这个发现为量子力学的发展奠定了基础。
  • 18825925588 :爱因斯坦在现代物理学上取得了怎样的成就
    艾健沾5196 :答:爱因斯坦完成了近代物理学划时代性的论文《论动体的电动力学》,独立而完整地提出了狭义相对性原理,建立起狭义相对论,开创物理学的新纪元;6月,爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》(以及1906年3月的《论光的产生与吸收》)中提出了光量子假设,创立了光子说,重新强调了光的粒子性;...
  • 18825925588 :爱因斯坦有哪些成就?
    艾健沾5196 :答:⑤论证了光具有粒子性又具有波动性,并解释了当固体受光照射而发射电子这种先前令人困惑不解的光电效应,深刻地揭示了麦克斯韦场的连续性与粒子分立性之间的矛盾,成为量子论发展进程中的重要里程碑。1921年诺贝尔奖评选委员会将当年的物理学奖授予爱因斯坦时宣称,他“因在数学物理方面的成就,特别是发现了...
  • 18825925588 :爱因斯坦对科学发展有什么重大贡献
    艾健沾5196 :答:爱因斯坦在物理学方面贡献很大,提出了狭义相对论和广义相对论,提出了质能公式E=mc^2,正确解释了各种原子核反应,为了原子能的利用做出了理论上的解释。成功解释了光电效应。提出宇宙常数。
  • 18825925588 :爱因斯坦成就简单一点
    艾健沾5196 :答:1.爱因斯坦一生的重要成就主要表现在物理学方面。1905年,爱因斯坦发表了题为《论动体的电动力学》的论文,建立了狭义相对论的概念,并在此基础上得到了一个重要公式:爱因斯坦质能公式。2.在狭义相对论被提出10年后,1915年,爱因斯坦又创建了广义相对论学说,并据此推出光在引力场中是沿曲线传播的,...
  • 18825925588 :评选最伟大的五位物理学家,谁可以上榜?
    艾健沾5196 :答:爱因斯坦:爱因斯坦改写了自然法则,他彻底改变了我们对光、重力、空间和时间等基本事物行为的理解方式。他发现了标志性方程 E = mc 2,这表明能量和物质可以相互转换。他改写了自 1687 年以来从未受到挑战的牛顿万有引力定律。爱因斯坦在他的广义相对论中表明,物质会导致时空弯曲,从而产生我们称之为万有...
  • 18825925588 :爱因斯坦有哪些杰出的成就呢?
    艾健沾5196 :答:爱因斯坦可以说是20世纪最伟大的科学家,没有之一。他那充满神奇的一生推动了整个社会的发展,推动了第三次工业革命进程。而爱因斯坦一生最重要的成就主要是体现在物理学方面,他发表了《论动体的电动力学》的论文,并建立了狭义相对论这个概念,在以此为基础的前提下得到了一个非常重要的公式:爱因斯坦质...
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