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愛因斯坦 Einstein, Albert (1879.3.14~1955.4.18)
發佈者:系統管理員 (2012-05-14 16:36:06)
最後修改者:系統管理員 (2012-05-15 00:05:27)
愛因斯坦(Alban Einstein,1879~1955),德國-瑞士-美國猶太人,理論物理學家。他創立了相對論。相對論是關於物質運動與時間和空間的關係的科學理論。它分為兩部分:

l.狹義相對論(1905年建立)。它主要考察物體在慣性系中運動。其根本原理是:(1)相對性原理,即在任何慣性系中,自然規律都相同,不存在一個特殊的慣性系;(2)光速不變原理,即在任何慣性系中,真空光速c都相同,與光源的速度無關。

2.廣義相對論(1916年建立)。它將狹義相對論的思想擴展到非慣性系。它是一種引力理論。其基本原理是:(1)廣義相對性原理,即自然定律在任何參照系中都具有相同的數學形式;(2)等價原理,即在一個小體積範圍內的萬有引力和某一非慣性系中的慣性力相互等效。
生平簡述
  1879年3月141,阿爾伯特.愛因斯坦在德國西南部符騰堡烏爾姆的一個猶太人家庭裡誕生了。父親赫爾曼.愛因斯坦是個電氣作坊的心業主。母親寶麗妮是宮廷商人之女,個性開朗,擅長彈綱琴。阿爾伯特還有個小他兩歲的妹妹瑪麗亞。
 
  1880年6月,愛因斯坦全家移居慕尼黑,並在那裡度過了他的童年。他好像發育較慢,3歲才開始講話,6歲時,在課堂上被老師叫到名字時,竟呆若木雞,9歲時口齒尚不伶俐,被視為"差勁的笨學生"。於是,母親就教他學習小提琴,從此小提琴成了他的終生伴侶;母親遠因覺得學校填鴨式的教育不適合阿爾伯特,使與父親商量給他請了一位能幹的家庭教師。
 
  愛因斯坦8歲的時候,父親給了他一個羅盤,想不到他竟從羅盤中提出20多個問題,使父親和家庭教師因不能從容對答而感到尷尬。愛因斯坦的叔叔雅各布是位技術人員,此時正與哥哥一起經營發電機及浮光燈工廠。雅各布知道這事後認為"這孩子頭腦很不簡單,要加以培養。"於是他就給年幼的愛因斯坦解釋歐幾里得的幾何原理,同時又有家庭教師的啟發和誘導,愛因斯坦對數學產生了濃厚的興趣。
 
  愛因斯坦不喜歡德國學校的刻板的教育方式,受校外教育的影響很大。叔叔雅各布常常給他出一些課外數學題,使他充分地體驗到獨立解答問題後的欣喜。醫科學生塔爾穆德是他家的常客,他經常給愛因斯坦帶來一些通俗的科學書籍和哲學著作,愛因斯坦非常喜歡閱讀這些書籍,13歲的愛因斯坦如醉如癡地閱讀阿隆.伯恩斯坦的《自然科學通俗讀本》,並注意到了光速,並且常常和塔爾穆德一連幾個小時地討論科學和哲學問題。
 
  愛因斯坦很早就學會了自學,他12歲時曾自學了歐幾里得幾何學,叔叔把勾股定理告訴了他,他就用三角形相似證明了這個定理。
 
  16歲就學會了微積分。但是,他在中學的成續除數學優秀之外,其他學科均屬低下,因而在1894年4月受到了退學處分。這年,因父親在慕尼黑的生意不景氣,全家遷往意大利,先是在米蘭,不久轉到帕維亞定居。
 
  15歲的愛因斯坦只好留在德國繼續上學。由於他厭惡德國的學校教育,想家,心情不好,故於885年春私自輟學去意大利與家人團聚。
 
  同年,他去瑞士的蘇黎世,以同等學歷資格投考聯邦工業大學。雖然他的數學和自然科學的成續很好,但因其他學科的成續太差而未被錄取。該校校長推荐他去瑞士阿勞州立中學補習一年。他非常喜愛這所中學。學校的自由精神和不崇尚權威的精神,給愛因斯坦留下了難忘的印象。
 
  16歲的愛因斯坦腦子裡經常被一個問題困擾看,"如果人和光走得一樣快,那麼光看起來是個什麼樣子呢?這雖然是個無法回答的問題,但他卻為之不懈地思考了10年。
 
1896年2月,他獲准脫離德國國籍。
1901年獲瑞士國籍。
1896年暑假後,愛因斯坦考入瑞士聯邦工業大學師範系。這時,父親的企業又虧了本,全家又遷回米蘭,他依賴每月100瑞士法郎的學校補貼生活。
 
  愛因斯坦一方面深入地鑽研他所酷愛的物理學,閱讀了著名物理學家基爾霍夫、亥姆霍茲和赫茲的著作,馬克士威的電磁理論和馬赫的力學,並且經常丟埋論物理學教授的家中求教,另一方面,他用大部分時間丟物理實驗室做實驗。但愛因斯坦總是不按教授們給規定的程序和方法去做。
 
  有一次,他為此而激怒了讓.佩爾內教授,教授間助手:"你認為愛因斯坦怎麼樣?他總是不按我的規定去做。"這位助教回答說:"不錯,教授先生,他的確是這樣。不過他的答案是正確的,他用的方法總是很有趣。"在大學學習期間,他既有幸結識幾位優秀的數學教授,如閔科夫斯基、胡爾維茲和蓋塞等,又因他執著於獨立思考,不拘生活小節而引起某些教授們的不滿。以致1900年畢業時同班三個同學想留校任助教,而唯獨他末能如願。在這四年的學習時間中,他最要好的同學是格羅斯曼。有一位塞爾維亞女同學米列娃.瑪衛奇常常和愛因斯坦一起自學,後來他們相愛了。
 
  失業近一年後,他才在一所私立中學受聘一年。正當他最困難的時候,好友格羅茲曼的父親向瑞士聯邦專利局局長哈勒推荐了他。
 
  於是在1902年6月,愛因斯坦被聘為專利局的三級技術員,從事發明專利申請的技術鑒定工作。
 
  愛因斯坦對他在專利局這份工作非常滿意。一是有了這份穩定的工作,生活有了保障。二是這份工作迫使他多方面地思考問題,既擴大了視野,也激勵了他對物理問題的思索;三是這份工作並不繁忙,使他有時間去研究他所感興趣的科學問題。
 
  1902年6月至1909年10月,愛因斯坦在伯爾尼瑞士聯邦專利局工作的這七年,是他一生中最愉快的時期,也是他的科學生涯最富於創造力的時期。
 
  經過一段時間的醞釀和準備,到了1905年,愛因斯坦的創造才能突然爆發出來。這一年,他完成了6篇論文,雖分屬三個方面的內容,但都是創世之作。特別是狹義相對論的建立和光量子論的提出,推動了物理學理論的革命。同年,以論文《分子大小的新測定法》取得蘇黎世大學的博士學位。
 
1908年兼任伯爾尼大學編外講師,從此他才有緣進入學術機構工作。
1909年離開專利局任蘇黎世大學理論物理學副教授。1911年任布拉格德語大學埋論物理學教授,1912年任母校蘇黎世聯邦工業大學教授。
1914年,應普虎克和能斯脫的邀請,回德國任威廉皇帝物理研究所所長兼柏林大學教授,直至1933年。
1920年,應洛倫茲和埃倫菲斯特的邀請,兼任荷蘭萊頓大學特邀教授。第一次世界大戰爆發後,他投入了公開的和地下的反戰活動。
 
  自1907年起經過9年艱苦的探索,於1916年建成了廣義相對論。他那關於光線經過太陽要彎曲的預言,於1919年由英國天文學家愛丁頓等人的日全食觀測結果所證實,全世界為之轟動。
 
  愛因斯坦和相對論在西方可謂家喻戶曉,同時也招來了德國和其他國家的沙文主義者、軍國主義者和排猶主義者的惡毒攻擊。
 
  1933年1月納粹上台,愛因斯坦是科學首要的迫害對象,幸而當時他在美國講學,末遭毒手,3月他回歐洲後避居比利時,9月9日發現受蓋世太保跟縱,星夜渡海到英國,10月轉赴美國普林斯頓,任新建的高級研究院教授,直至1945年退休。
 
1940年,愛因斯坦取得美國國籍。
1939年,他獲悉鈾核製變及其鏈式反應的發現,在匈牙利物理學家西拉德推動下,上書羅斯福總統,建議研製原子彈,以防德國佔先。第二次世界大戰結束前夕,美國在日本投擲原子彈,愛因斯坦對此強烈不滿。戰後,他為反對核戰爭的和平運動的開展,進行不懈的鬥爭。
 
  1955年4月18日因主動脈瘤破裂逝世於普林斯頓。遵照牠的遺囑,不舉行喪禮,不築墳墓,不立紀念碑,骨灰撒在永遠對人保密的地方,為的是不使任何地方成為聖地。   
重大貢獻
1.狹義相對論
2.廣義相對論
3.光電效應定律的發現
4.光量子論
5.引力波  
科學貢獻
  除開創了物理學新紀元的狹義相對論外,愛因斯坦的其他具有劃時代意義的科學貢獻還有:
 
  在1905年3月寫的論文《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》中,愛因斯坦研究了電磁輻射的本性,提出了光量子假說,在世界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。這是整個微觀世界的最基本的特徵。他用光量子概念輕而易舉地、然而又是圓滿地解釋了光電效應,解決了勒納德在1902年在解釋光電效應時所遇到的困難。他推導出光電子最大能量同入射光的頻率的關係,在10年後被密立限用實驗證實。由於他的光電效應定律的發現,愛因斯坦獲得了1921年諾貝爾物理獎。
 
  1905年4月、5月和12月,愛因斯坦寫了3篇關於布朗運動理論的論文。他認為布朗運動是液體分子對粒子撞擊所致,並據此導出了懸浮粒子平均位移的公式,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。這也是原子和分子確實存在,並具有一定的大小的第一個直接證明,使得當時最堅決反對原于論的厄司特瓦爾德於1908年主動宣布:"原子假說已成為一種基礎鞏固的科學理論"。
 
  愛因斯坦提出的光量子論,遭到了幾乎所有老一輩物理學家的反對,甚至連最早提出量子概念並第一個熱情支持狹義相對論的普虎克,直至1913年還鄭重其事地認為這是愛因斯坦的一個"失誤"。但愛因斯坦卻依然故我,不惜孤軍奮戰,堅持不懈地發展量子理論。
 
  1906年,他把量子概念擴展到物體內部的振動上。基本上說明了低溫條件下固體的比熱容與溫度問的關係。
 
  1912年,他把光量子概念用於光化學現象,建立了光化學定律。
  1916年,他發表了一篇綜合了量子論發展成就的論文《關於輻射的量子理論》,提出了關於輻射的吸收和發射過程的統計理論,從波爾1913年的量子躍遷概念,導出普虎克的輻射公式。文中提出的受激輻射概念,為60年代蓬勃發展起來的激光技術提供了理論基礎。
 
  在光量子論所揭示的波粒二象性概念的啟發下,1923年德布羅意提出物質波理論,得到愛因斯坦的支持。
 
  並於1924年把玻色關於光量子統計理論同物質波結合起來,提出玻色-愛因斯坦統計。受這項工作的啟迪,水丁格於1926年建立了波動力學。
 
  因此,美國物理學家派新認為:"愛因斯坦不僅是量子論的三元老(普虎克、愛因斯坦、波爾)之一,而且是波動力學唯一的教父。"玻恩也認為:"在征服量子現象這片荒原的鬥爭中,他是先驅",也是"我們的領袖和旗手"。
 
  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時期,類似於1905年,他又在三個不同領域中分別取得了歷史性成就,除了1916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外,1916年還在輻射量子論方面取得重大突破,1917年又開創了現代科學的宇宙學。
 
  ●1916年6月,愛因斯坦研究引力場方程的近似積分,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。
 
過了60年,通過對1974年發現的射電脈衝雙星PSR1913+16的周期變化進行了四年的連續觀察,1979年宣布間接證實了引力波的存在。
 
  ●1917年愛因斯坦用廣義相對論的結果來研究整個宇宙的時空結構,發表了開創性論文《根據廣義相對論對宇宙學所作的考查》。把宇宙看作是一個"具有有限空間(三維的)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界的,這在人類歷史上是一個大膽的創舉。由於1922年前蘇聯物理學家弗里德曼的工作,從愛因斯坦原來的結果就直接得出物質密度不為零的膨脹宇宙模型。由於1929年河外星系光譜紅移的發現,宇宙膨脹理論得到了有力的支持,1946年以後,它又發展為大爆炸宇宙學,是迄今最成功的宇宙學理論。
 
  ●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,就是說要尋求一種統一場的理論。1925~1955的年這30年中,除了關於量子力學的完備性、引力波以及廣義相對論的運動問題使他略有分神之外,他的全部科學創造精力都用
於統一場論的探索。
 
  1937年,在兩個助手的合作下,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。可是,在統一場論方面,他始終沒有成功。無數次的思索、嘗試、失敗都不能動搖他的意志,每次他都是滿懷信心地從頭開始。由於他遠離了當時物理學研究的主流,單槍匹馬地去衝擊當時尚無條件解決的難題,再加上他在量子力學的解釋問題上同當時佔主導地位的哥本哈根學派對立,因而他晚年在物理學界非常孤立。但他毫無畏懼、毫不動搖地走自己認定的道路去探求真理,一直到臨終的那一天,他還在病床上準備繼續他的統一場論的數字計算。
 
  儘管他在1948年就意識到:"我完成不了這項工作;它將被遺忘,但是將來會被重新發展"。歷史的發展沒有辜負他,由於70和80年代一系列實驗有力地支持電弱統一理論,統一場論的思想以新的形式顯示了它的生命力,為物理學未來的發展提供了一個大有希望的前景。  
科學家的讚揚
  愛因斯坦對科學發展的巨大貢獻,理所當然地得到了全世界科學界的一致讚揚。他是當之無愧的20世紀最偉大的科學家,正如牛頓之對18世紀。英國大文豪肖伯納與他見面握手時說:"你們一共八位。"愛因斯坦沒有聽懂其中的含意,便間:"這八位是誰?"肖伯納回答說:"畢達哥拉斯,托勒密,亞里士多德,哥白尼,伽利略,克普勒,牛頓,愛因斯坦。"法國著名物理學家郎之萬說:"在我們這一代物埋學家中,愛因斯坦的地位將在最前列。他現在是並且將來也是人類宇宙中具有頭等光輝的一顆巨星。
 
  很難說,他究竟是同牛頓一樣偉大,還是比牛頓更偉大。不過,可以肯定地說,他的偉大是可以同牛頓相比擬的,照我的見解,他也許比牛頓更偉大,因為他對於科學的貢獻更深入到人類思想基本概念的結構中。"海森堡說:"他是物理學家中的一個有革命性的天才,他不怕進一步背離舊的觀念"。愛因斯坦的確是一個敢於背棄舊觀念、勇於創立新理論的革命天才。他從不故步自封,永不滿足於自己已經取得的成果,不斷衝向更高的境界。
 
  愛因思坦謙虛、純樸、對人和藹可親,一生過著儉樸的生活,他不愛錢,極端厭惡別人對他歌功頌德,是一位品德高尚的人。