爱因斯坦的一生及其贡献120601110 刘玉娇摘要：对于爱因斯坦，他的一身充满了传奇色彩，他对物理学作出了巨大的贡献：相对论与量子论的创立，阐述了爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家和思想家，他以相对论和量子论这两大划时代的科学贡献奠定了现代物理学的理论基础，全面跟信了人们对时间、空间、物质和能量的看法；其哲学思想和科学思想丰富了人类的思想宝库，他的正义与人道、批判和怀疑进取精神以及高尚的人格，为学术界树立了良好得到的风范。

关键词：爱因斯坦光量子狭义相对论广义相对论诺贝尔奖引言爱因斯坦是继牛顿之后最伟大的科学及之一，他同时又是一位具有深邃洞察力和独立批判精神的思想家，一个关心人类命运和具有强烈社会责任感的高尚人士。

他的一生做出的贡献对人那类来说是巨大的，尤其在物理学方面更是做出了卓越的贡献，下面将简述他对物理学的主要贡献。

1.爱因斯坦的生平爱因斯坦于1879年3月14日出生在德国的一个犹太工厂主的家庭。

他很晚才学会说话，他自小沉默寡言，总是喜欢一个人独自看书。

上学后爱因斯坦的成绩一般，由于他的犹太血统，孤独的性格和无神论信仰，使得他不受老师和同学的喜欢。

德国当时有一种风，中产阶级的家庭往往邀请一个大学生到家里度周末。

因此爱因斯坦家里也来了一个大学生。

这个大学生发现爱因斯坦很爱看书，于是就每次来度周末都给他带来各种书籍，包括物理、化学、科普读物等书籍，爱因斯坦表现出极大的兴趣。

这个大学生的的来访，对爱因斯坦对科学的热爱起了很大的作用，爱因斯坦还有一个常人缺少的优点：它能够长时间集中注意力，这一优点贯穿了他的一生。

爱因斯坦的父母并不是成功的是生意人，在慕尼黑的工厂破产后，全家前往意大利投靠亲友，把爱因斯坦留在慕尼黑的一所重点中学学习。

爱因斯坦不喜欢这所学校的军国主义管理方式和呆板的教学方式，学校也对爱因斯坦的犹太血统、怀疑精神和自由思想感到厌恶。

他也对学校感到厌恶，最后他欣然接受了校方的退学的建议爱因斯坦带着对物理学的热爱去瑞士求学，后来如愿进了苏黎世工业大学得到了极大的锻炼，后来幸运之神逐渐向爱因斯坦打开了大门，一篇篇重要论文的发表，他的生命开始走向了辉煌。

爱因斯坦及物理学家、思想家、哲学家于一身，1999年12月26日爱因斯坦被美国《时代周刊》评为“世纪伟人”。

2、光量子1900年底，德国物理学家普朗克发现，如果认为原子吸收和发出电磁辐射时是一份份的，不连续的，理论曲线就会与试验曲线符合。

于是，他提出量子说，认为原子吸收和发射辐射时，辐射会以不连续的“量子”形态出现，每个量子的能量与它的频率成正比，比例常数即所谓的普朗克常数。

普朗克意识到了这一发现的重要性。

他在与儿子一起出去散步的时候谈到：我最近做出了一个重要的发现，如果它是正确的，将能与牛顿的成就相媲美。

然而，这一发现太不可思议了，具有崇高学术声望的的普朗克不得不谨慎行事，在初次向外披露这一发现时，塔尖的十分保守，以至于一些听报告的人认为这次白来了一趟，普朗克教授什么也没讲出来。

1901年，普朗克的论文正式刊登出来，接受了这一不可思议的但又与实验符合极好的新理论。

1905年，一个名不见经传的年轻人爱因斯坦，把普朗克的量子论说推广位光子说，并用此解释了光电效应。

量子说与光子说的主要差别在哪里呢？原来，普朗克虽然认为原子吸收和发射光子时是一份份的，但却认为辐射在脱离原子时仍然是连续的。

爱因斯坦的光子说则认为，辐射不仅在原子发射和吸收它时是一份份的，不连续的，而且在脱离原子而独立存在时也是一份份的，不连续的。

这就是说辐射无论在与物质相互作用过程中，还是在传播过程中都是量子化的。

普朗克迈出了量子论的开创性的一步，然而由于经典力学的约束，他这一步迈得并不彻底。

爱因斯坦走了重要的第二步，把量子观念彻底化。

让物理界感到震惊的是，在这篇论文问世之后，《物理年鉴》在同一年又在普朗克的支持下发表了爱因斯坦的另外三篇论文。

同年7月发表用分子运动解释普朗克运动的论文；9月发表“论运动的电动力学”（即狭义相对论），从今天的观点来看，上述四篇论文差不多都可以获得诺贝尔奖的。

1905年，成了震动世界的一年，一个原来无人知晓的开创了物理的新纪元。

3、创世纪的狭义相对论建立相对论是爱因斯坦一生中最伟大的成就，1900年前后，在人们头脑中“以太观念占统治地位，大家都认为光波是以太的弹性震动，麦克斯韦就是从以太的弹性理论导出他著名的电磁方程组的。

一个需要弄清的问题是，地球相对于以太是否运动？那是哥白尼的日心说和牛顿的绝对空间观都已被普遍接受。

地球不是宇宙的中心，不应该先对于绝对空间静止。

比较合理的想法是：以太相对于绝对空间静止，地球相对于以太运动。

天文学的光行差现象支持这一观点。

但是，精密的迈克尔逊实验却没有测到这一运动。

斐索实验也与光行差现象矛盾。

洛伦兹和费兹杰惹各自独立地注意到，如果假定钢尺在相对以太运动的方向上会有如下的长度收缩，则迈克尔逊实验检测不出地球相对于以太的运动速度，这样，迈克尔逊实验与光行差现象的矛盾就可以消除。

式中V是钢尺相对于以太的运动速度，C是光速，lo是钢尺静止时的长度，l是刚吃相对于以太运动时的长度。

洛伦兹注意到，从当时公认的伽利略变换T’=X-VT Y’=Y Z’=Z T’=T（3）不仅能推出（20式，而且不能使麦克斯韦方程组再次变换下不变。

洛伦兹1904年给出了一个新的惯性之间的变换关系此关系可以使麦克斯韦电磁理论在坐标变换下不变，而且可以推出洛伦兹收缩公式（2）。

变换四称为洛伦兹变换，在一些特殊的情况下，质量公式m= ρv (5) 和质能方程 E=mc^2 (6)均已有人给出。

但是首先正确阐述相对论的是爱因斯坦。

这是因为，只有爱因斯坦在两个基本观念上同时实现了突破。

“光速不变原理”不仅是说真空中的光速均匀各向同性，是一个常数C。

更重要的是说在任何惯性系中测量，真空中的光速都是同一个常数C，那么以光速V向着光源运动的观测者测到的光速将是（C+V）。

而以速度V背离光源运动的观测者测到的光速将是（C-V）。

爱因斯坦提出的“光速不变原理”则是说，上述三个观测者测得的光速都是C。

也就是说，在爱因斯坦看来，光速是绝对的，对任何观测者都一样，与光源相对于观测者的运动无关。

爱因斯坦能够从纷乱的理论探讨和试验资料中，认识到应该把光速看做是绝对的，并坚持提出这一全新的观念，是难能可贵的。

爱因斯坦以“相对性原理”和“光速的绝对性”为基石，建立起狭义相对论的理论体系，并得到大量重要的让人难以理解的结论。

其中，他指出“同时”不是一个绝对的概念，也是观念上的重要突破。

即“同地”是一个相对的概念。

但两个事件是否同时发生，则都认为是一个绝对的概念，即任何观测者都会有同样的结论。

爱因斯坦突破了这一观念，指出“同时”也是相对，只不过我们通常接触到的参考系，运动速度较小，“同时的相对性”不明显。

当运动速度接近光速时，“同事的相对性”将明显的现出来。

爱因斯坦提出相对论的划时代论文充满了难懂的革命性新思想，而只用了当时大学本科生就能看懂的数学工具，并且没有引用任何参考文献。

如果放在今天，这样的文章恐怕很难通过审稿。

一般的审稿人不是看不懂其中的物理内容，就是会轻视作者的数学水平，或者因作者不引用文献而误认为文章的内容跟不上世界潮流，显得没有水平。

爱因斯坦很幸运，这篇文章被送给水平高、思想活跃而又不压制年轻人的普朗克审稿，一下就被推荐发表在德国物理年鉴上。

此后，他又连续发表几篇论文，建立起狭义相对论的全部构架。

狭义相对论的几个重要结论。

狭义相对论建立的基础有两个，一个是相对性原理，就是物理规律在所有的惯性系当中都一样；另外一个是光速不变原理，光速在任何一个惯性系中都是同一个常数c，与观测者相对于光源的运动速度无关。

在这两条原理的基础上，爱因斯坦建立了整个理论的框架。

从这个框架能得出什么结论呢?一个是“同时”这个概念是相对的。

比如说有两个捣乱的小伙子在车上放炮仗，一个在车厢前面，一个在车厢后面，一同点燃，最后警察来了解情况，车上的人会说他们俩是“同时”点的炮，车下的人会怎么认为呢？当然也会认为是“同时”点的，对不对？但是爱因斯坦的相对论却告诉我们：如果电车的速度达到了接近光速的时候，车上的人认为车头车尾“同时”发生的两件事，车下的人就会认为不是在同一个时间发生的，这就是“同时”的相对性。

另外一个是运动的钟会变慢。

例如说我所在的这个参考系，有一列钟，我把它们互相都对准。

你所在的参考系，也有一列钟互相对准。

这两列钟平行放置，相向运动。

这两列钟相对运动的时候，我的任何一个指定的钟跟你的每个钟都只对一次，然后就跑过去了，你那列钟中的任何一个，也与我这列钟的每一个只遭遇一次，那么你会觉得我的指定钟慢了。

我也会觉得你的指定钟慢了。

同样的，如果双方各有一把尺子，平行放置，相对运动。

两把尺子相遇一下过去，我“同时”量你的尺子就会觉得你的尺子缩短了，你“同时”量我的尺子也会认为我的缩短了。

双方都认为对方的钟慢，对方的尺子缩短。

还有就是E=mc2，这个公式是研制原子弹的理论基础之一，它的意思是说，任何一个物体都有两种性质，一个是能量，一个是质量。

比如说我这里有个茶杯，我说它有能量，但不是指杯中水的热能，水的热能很少，而是指水和茶杯总质量对应的固有能。

这个固有能一旦全部释放出来，全部转化为热能和光能，可以把一座城市全炸掉。

所以上面那个公式是核能的一个基础。

最后讲一下“双生子佯谬”。

这是大家都感兴趣的问题。

前面谈到，两个人在惯性系中做相对运动，双方都说对方的钟慢了，这两个钟相遇一次就再也不碰面了。

有人说让其中一个钟“回来”，可一回来它就要偏离惯性运动，不是惯性系中的钟了。

最初相对论只在惯性系当中讨论问题。

但是，法国的物理学家郎之万讨论了一个问题，就是双胞胎兄弟的问题。

比如说哥哥坐火箭做星际旅行，绕了一圈以后返回。

返回后，哥哥好像觉得没过几年，而弟弟已经从年轻人变成一个老头了。

真是天上方七日，地下已千年了，也就是说，去星际航行的人感觉自己的时间似乎变慢了。

这就叫“双生子佯谬”。

我给大家举个例子。

比如说有人想到银河系中心去旅行，我们的地球位于偏离银河系中心约3万光年的空间中。

设想有人坐火箭到银河系中心附近的一颗行星去旅行，然后再返回来。

设计的方案是这样：用两倍的重力加速度加速，而且一直维持不变；加速到距目的地中点的时候，再以两倍的重力加速度减速，到达那颗星；然后采用同样的方式回来。

那么飞船上的人经过了多少年呢？飞船上的人一共经过40年，20岁的小伙子走了，回来60岁，还行。

那么地球上已过了多少年呢？地球上已过了6万年。

所以如果有人完成这样一次旅行的话，地球上的人肯定要开一个盛大的庆祝会，欢迎自己6万年前的祖先回来了。

我讲的这些都是有科学依据的，都是用相对论严格计算出来的。