爱因斯坦:二十世纪最重要的物理学家之一

  • 日期:2014-05-14        来源:四川大学学术诚信与科学探索网         点击数:


  • 阿尔伯特·爱因斯坦(AlbertEinstein),德国物理学家,相对论的奠基者,二十世纪两大最重要的物理学家之一(另一个是量子论的奠基者马克斯·普朗克)。他1879年出生于德国乌尔姆市的一个犹太人家庭,1900年毕业于苏黎世联邦理工学院,入瑞士国籍。1905年获苏黎世大学哲学博士学位,曾在伯尔尼专利局任职,在苏黎世联理工学院担任大学教授。1913年返回德国,任柏林威廉皇帝物理研究所所长和柏林洪堡大学教授,并当选为普鲁士皇家科学院院士。1933年在英国期间获格拉斯哥大学荣誉法学博士学位。因为受到纳粹政权的迫害脱离德国到美国,担任普林斯顿高等研究所教授,从事理论物理研究工作,1955年4月18日,病逝于普林斯顿。

    一、扎根物理学研究 硕果累累

    (一)相对论

    早在16岁时,爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波,与此相联系,他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论,特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学,坚信电磁理论是完全正确的,但是有一个问题使他不安,这就是绝对参照系以太的存在。爱因斯坦喜欢阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明,却在电动力学中却无法成立,对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致,爱因斯坦提出了怀疑。

    1905年6月30日,德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》,在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章,它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。狭义相对论所根据的是两条原理:相对性原理和光速不变原理。相对论认为,光速在所有惯性参考系中不变,它是物体运动的最大速度。由于相对论效应,运动物体的长度会变短,运动物体的时间膨胀。1915年11月,爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文,在这四篇论文中,他提出了新的看法,证明了水星近日点的进动,并给出了正确的引力场方程。至此,广义相对论的基本问题都解决了,广义相对论诞生了。1916年,爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》,在这篇文章中,爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论,将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理,并进一步表述了广义相对性原理:物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。

    相对论从逻辑思想上统一了经典物理学,从根本上解决了以前物理学只限于惯性系的问题,从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念,给出了科学而系统的时空观和物质观,从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。

    (二)光电效应

    赫兹于1887年发现光电效应,光照射到金属上,引起物质的电性质发生变化,这类光变致电的现象被人们统称为光电效应(Photoelectriceffect)。1905年,爱因斯坦提出光子假设,第一个成功地解释了光电效应(金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子),因此获得1921年诺贝尔物理奖。

    (三)能量守恒

    物质不灭定律,说的是物质的质量不灭;能量守恒定律,说的是物质的能量守恒。虽然这两条伟大的定律相继被人们发现了,但是人们以为这是两个风马牛不相关的定律,各自说明了不同的自然规律。甚至有人以为,物质不灭定律是一条化学定律,能量守恒定律是一条物理定律,它们分属于不同的科学范畴。在狭义相对论中,爱因斯坦提出了著名的质能公式:E=mc2(这里的E代表能量,m代表多少质量,c代表光的速度,近似值为3×108m/s,这说明能量可以用减少质量的方法创造)。爱因斯坦从更新的高度,阐明了物质不灭定律和能量守恒定律的实质,指出了两条定律之间的密切关系,使人类对大自然的认识又深了一步。

    二、热爱和平 反对战争

    1914年4月爱因斯坦接受德国科学界的邀请迁居到柏林。8月即爆发了第一次世界大战。他虽身居战争的发源地,生活在战争鼓吹者的包围之中,却坚决地表明了自己的反战态度。9月,爱因斯坦参与发起反战团体“新祖国同盟”,10月,德国的科学界和文化界在军国主义分子的操纵和煽动下,发表了“文明世界的宣言”,为德国发动的侵略战争辩护,鼓吹德国高于一切,全世界都应该接受“真正德国精神”。当征求爱因斯坦签名时,他断然拒绝了,而同时他却毅然在反战的《告欧洲人书》上签上自己的名字。

    1917年,列宁领导的苏联社会主义革命胜利后,爱因斯坦非常支持这个伟大的革命,赞扬这是一次对全世界将有决定性意义的、伟大的社会实践,并表示:“我尊敬列宁,因为他是一位有完全自我牺牲精神,全心全意为实现社会正义而献身的人。我并不认为他的方法是切合实际的,但有一点可以肯定:像他这种类型的人,是人类良心的维护者和再造者。”

    三、丰功伟绩 功成不居

    爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家和当代最伟大的科学家霍金这样说道:“在过去的100年中,世界经历了前所未有的变化。其原因并不在于政治,也不在于经济,而在于科学技术——直接源于先进的基础科学研究的科学技术。没有别的科学家能比爱因斯坦更代表这种科学的先进性。”

    爱因斯坦的生前不要虚荣,死后更不要哀荣。他留下遗嘱,要求不发讣告,不举行葬礼。他把自己的脑供给医学研究,身体火葬焚化,骨灰秘密的撒在不让人知道的河里,不要有坟墓也不想立碑。在把他的遗体送到火葬场火化的时候,随行的只有他最亲近的12个人,而其他人对于火化的时间和地点都不知道。

    爱因斯坦常对人说:学习时间是个常数,它的效率却是个变数,单独追求学习时间是不明智的,最重要的是提高学习效率。他认为必须通过文体活动,才能获得充沛的精力,保持清醒的头脑,爱因斯坦还根据自己的亲身体会,总结出一个公式,即A=X+Y+Z。A代表成功,X代表正确的方法,Y代表努力工作,Z代表少说废话。他把这个公式的内容,概括成两句话:工作和休息是走向成功之路的阶梯,珍惜时间是有所建树的重要条件。