高中物理 第6章 相對(duì)論與天體物理 第1節(jié) 牛頓眼中的世界 愛因斯坦素材 魯科版選修3-4（通用）

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1、愛因斯坦 愛因斯坦是德裔美國(guó)物理學(xué)家（擁有瑞士國(guó)籍），思想家及哲學(xué)家，猶太人，現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人，相對(duì)論—“質(zhì)能關(guān)系”的提出者，“決定論量子力學(xué)詮釋”的捍衛(wèi)者（振動(dòng)的粒子）—不擲骰子的上帝。1999年12月26日，愛因斯坦被美國(guó)《時(shí)代周刊》評(píng)選為“世紀(jì)偉人”。 20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家，思想家和哲學(xué)家，愛因斯坦1900年畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，入瑞士國(guó)籍。1905年獲蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。曾在伯爾尼專利局任職，在蘇黎世工業(yè)大學(xué)、布拉格德意志擔(dān)任大學(xué)教授。1913年返德國(guó)，任柏林威廉皇帝物理研究所所長(zhǎng)和柏林洪堡大學(xué)教授，并當(dāng)選為普魯士科學(xué)院院士。1933年因受納粹政權(quán)迫害，遷居

2、美國(guó)，任普林斯頓高級(jí)研究所教授，從事理論物理研究，1940年入美國(guó)國(guó)籍。 十九世紀(jì)末期是物理學(xué)的大變革時(shí)期，愛因斯坦從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)，重新考查了物理學(xué)的基本概念，在理論上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推動(dòng)了天文學(xué)的發(fā)展。他的廣義相對(duì)論對(duì)天體物理學(xué)、特別是理論天體物理學(xué)有很大的影響。 2020年10月4日，諾貝爾基金會(huì)評(píng)選“1921年物理學(xué)獎(jiǎng)得主愛因斯坦”為諾貝爾獎(jiǎng)百余年歷史上最受尊崇的3位獲獎(jiǎng)?wù)咧弧? 相對(duì)論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命。它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性。它也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對(duì)論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展的一個(gè)新的高度。

3、1905年，愛因斯坦發(fā)表了關(guān)于狹義相對(duì)論的第一篇文章后，并沒有立即引起很大的反響。但是德國(guó)物理學(xué)的權(quán)威人士普朗克注意到了他的文章，認(rèn)為愛因斯坦的工作可以與哥白尼相媲美，正是由于普朗克的推動(dòng)，相對(duì)論很快成為人們研究和討論的課題，愛因斯坦也受到了學(xué)術(shù)界的注意。 后來愛因斯坦發(fā)表了物質(zhì)不滅定律，說的是物質(zhì)的質(zhì)量不滅；能量守恒定律，說的是物質(zhì)的能量守恒。雖然這兩條偉大的定律相繼被人們發(fā)現(xiàn)了，但是人們以為這是兩個(gè)風(fēng)馬牛不相關(guān)的定律，各自說明了不同的自然規(guī)律。甚至有人以為，物質(zhì)不滅定律是一條化學(xué)定律，能量守恒定律是一條物理定律，它們分屬于不同的科學(xué)范疇。 在狹義相對(duì)論中，愛因斯坦提出了著名的質(zhì)能公式：

4、E＝mc2 （這里的E代表物體的能量，m代表物體的質(zhì)量，c代表光的速度，即3×108m/s）。 愛因斯坦的理論，最初受到許多人的反對(duì)，就連當(dāng)時(shí)一些著名物理學(xué)家也對(duì)這位年青人的論文表示懷疑。然而，隨著科學(xué)的發(fā)展，大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(xué)家，成為20世紀(jì)世界最偉大的科學(xué)家。 這樣一來，愛因斯坦就從更新的高度，闡明了物質(zhì)不滅定律和能量守恒定律的實(shí)質(zhì)，指出了兩條定律之間的密切關(guān)系，使人類對(duì)大自然的認(rèn)識(shí)又深了一步。 赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，光電效應(yīng)里，電子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金屬表面射出，與光照方向無關(guān) ,光是電磁波

5、，但是光是高頻震蕩的正交電磁場(chǎng)，振幅很小，不會(huì)對(duì)電子射出方向產(chǎn)生影響。 1905年，愛因斯坦提出光子假設(shè)，成功解釋了光電效應(yīng)，因此獲得1921年諾貝爾物理獎(jiǎng)。 愛因斯坦曾經(jīng)是量子力學(xué)的催生者之一，但是他不滿意量子力學(xué)的后續(xù)發(fā)展，愛因斯坦始終認(rèn)為“量子力學(xué)不完備”，但苦于沒有好的解說樣板，也就有了著名的“上帝不擲骰子”的否定式吶喊！愛因斯坦到過世前都沒有接受量子力學(xué)是一個(gè)完備的理論。 愛因斯坦在提出相對(duì)論的時(shí)候，曾將宇宙常數(shù)代入他的方程。他認(rèn)為，有一種反引力，能與引力平衡，促使宇宙有限而靜態(tài)。當(dāng)哈勃得意洋洋的在天文望遠(yuǎn)鏡展示給愛因斯坦看時(shí)，愛因斯坦慚愧極了，他說：“這是我一生所犯下的最大錯(cuò)誤?！庇钪媸桥蛎浿模∧敲?，愛因斯坦就完全錯(cuò)了嗎？不，星系間有一種扭旋的力，促使宇宙不斷膨脹，即暗能量。70億年前，它們“戰(zhàn)勝”了暗物質(zhì)，成為宇宙的主宰。最新研究表明，按質(zhì)量成份（只算實(shí)質(zhì)量，不算虛物質(zhì)）計(jì)算，暗物質(zhì)和暗能量約占宇宙96%。看來，宇宙將不斷加速膨脹，直至解體死亡。宇宙常數(shù)雖存在，但反引力的值遠(yuǎn)超過引力。也難怪這位倔強(qiáng)的物理學(xué)家與波爾在量子力學(xué)的爭(zhēng)論：“上帝是不擲骰子的！”多年后宇宙常數(shù)依然是當(dāng)今物理學(xué)最大的疑問之一。”