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阿爾伯特·愛因斯坦
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阿爾伯特·愛因斯坦(德語/英語:Albert Einstein;1879年3月14日~1955年4月18日),美國和瑞士雙國籍的猶太裔物理學(xué)家,現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人,批判學(xué)派科學(xué)哲學(xué)思想之集大成者和發(fā)揚光大者,二十世紀(jì)最偉大的自然科學(xué)家之一,諾貝爾物理學(xué)獎獲得者。

1879年3月14日,阿爾伯特·愛因斯坦出生在德國巴登-符騰堡州烏爾姆市,1900年春取得瑞士國籍。同年,畢業(yè)于瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院,同年12月,完成論文《由毛細(xì)管現(xiàn)象得到的推論》,次年發(fā)表在德國萊比錫市物理年鑒》期刊上;1902年受聘于伯爾尼專利局,從事發(fā)明專利的審核鑒定工作。1905年,愛因斯坦在光的量子理論、分子運動論和狹義相對論三個領(lǐng)域發(fā)表了5篇論文,開辟了物理學(xué)新紀(jì)元,同年獲得蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位,并提出光子假設(shè),成功解釋了光電效應(yīng)。1909年起,愛因斯坦任蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院理論物理學(xué)副教授、教授,1913年回到德國任威廉皇帝物理研究所所長兼柏林洪堡大學(xué)教授,并當(dāng)選為普魯士科學(xué)院院士;1915年,愛因斯坦創(chuàng)立廣義相對論。1920年6月,他兼任荷蘭萊頓大學(xué)特邀客座教授。1933年,愛因斯坦受到納粹迫害,被迫移居美國,輾轉(zhuǎn)到美國普林斯頓高級研究院擔(dān)任教授,直至1945年退休。1940年,愛因斯坦加入美國國籍,同時保留瑞士國籍。1955年4月18日,愛因斯坦因主動脈瘤破裂引發(fā)的腦出血逝世于美國新澤西州普林斯頓,享年76歲。

愛因斯坦是光的量子論的創(chuàng)始人,是量子統(tǒng)計學(xué)的開創(chuàng)者之一,狹義相對論和廣義相對論的創(chuàng)建者。他在物理學(xué)領(lǐng)域的重要研究成果,不僅改變了自然科學(xué)研究的范式,而且使人類認(rèn)識自然的科學(xué)方法得到充實,他在量子論、分子運動論、相對論等物理學(xué)領(lǐng)域中取得了歷史性成就,狹義相對論和光量子論的提出,推動了物理學(xué)理論的革命;他在相對論的基礎(chǔ)上,推論出質(zhì)能相當(dāng)關(guān)系式E=mc2,解釋了放射性元素能釋放大量能量的原因,在理論上為原子能的應(yīng)用開辟了道路,愛因斯坦的理論為核能的開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ),為幫助對抗納粹,他曾在利奧·西拉德等人的協(xié)助下致信美國總統(tǒng)富蘭克林·羅斯福,直接促成了曼哈頓計劃的啟動;第二次世界大戰(zhàn)后,他積極倡導(dǎo)和平、反對使用核武器,并簽署了《羅素—愛因斯坦宣言》。同時,他還把廣義相對論在宇宙學(xué)領(lǐng)域、統(tǒng)一場論方面作了重大發(fā)展,從而推動了現(xiàn)代天文學(xué)的發(fā)展,取得了劃時代的成就。但是,愛因斯坦反對量子力學(xué)的演化結(jié)果,認(rèn)為“雅威不擲骰[tóu]子”;他試圖通過將他的引力幾何理論推廣到包括電磁學(xué)來設(shè)計一個統(tǒng)一的場論。結(jié)果,他越來越遠(yuǎn)離現(xiàn)代物理學(xué)的主流。1922年,由于在光電效應(yīng)方面的研究成果,愛因斯坦獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎。1999年12月,愛因斯坦被美國《時代周刊》評選為20世紀(jì)的“世紀(jì)偉人(Person of the Century)”。

人物經(jīng)歷

早年生活與教育

1879年3月14日,阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)出生在德國烏爾姆市一個猶太人家庭,父親赫爾曼·愛因斯坦(Hermann Einetein)經(jīng)營一家小工廠,為了擴大生產(chǎn)規(guī)模,1880年舉家遷往慕尼黑。五歲(1884年)左右的時候,父親送給愛因斯坦一個指南針,他被指示方向的磁針?biāo)宰。瑧阎闷嫘南肱靼桌锩骐[藏的秘密。母親葆琳娜·愛因斯坦(Paoline Einetein)喜愛音樂,開始引導(dǎo)愛因斯坦學(xué)習(xí)小提琴,起初愛因斯坦心理上很抵觸,后來在母親和老師的堅持下勉強接受,竟然成為了他的終身愛好。

1885年10月,愛因斯坦進入彼得小學(xué)就讀,畢業(yè)后轉(zhuǎn)入路易波爾德高級文科中學(xué)學(xué)習(xí),學(xué)校注重科學(xué)、數(shù)學(xué)、拉丁語和希臘語,他更喜歡數(shù)學(xué),對推理與證明抱有很大的興趣。這期間,愛因斯坦結(jié)識了一位貧困的猶太大學(xué)生馬克斯·塔穆德(Max Talmud),對他后期成長幫助很大;1889年,在醫(yī)科大學(xué)生馬克斯·塔穆德的引導(dǎo)下,愛因斯坦開始大量閱讀數(shù)學(xué)、物理學(xué)和哲學(xué)著作,他讀了幾何學(xué)教科書之后,把精力放在高等數(shù)學(xué)上,12歲開始自學(xué)微積分,此后通過學(xué)習(xí)通俗科學(xué)讀物,了解了自然科學(xué)領(lǐng)域中的主要成果,并已涉足理論物理學(xué)。

1894年,父親迫于市場壓力,關(guān)閉了慕尼黑工廠,舉家搬遷至意大利帕維亞重新建廠。愛因斯坦本應(yīng)繼續(xù)留在慕尼黑完成學(xué)業(yè),但僅過去半年時間,他就因反感學(xué)校機械而又枯燥的教學(xué)方法,以及當(dāng)時德國尊崇的軍人精神,自動放棄學(xué)籍和德國國籍,回到米蘭與家人團聚。

瑞士歲月

1895年,愛因斯坦自學(xué)完成微積分,準(zhǔn)備赴瑞士報考蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院。雖然他的數(shù)學(xué)和物理很不錯,但其他學(xué)科成績滯后,于是學(xué)校推薦他去瑞士阿勞中學(xué)學(xué)習(xí)一年,以補齊功課。該校采用啟發(fā)式與直觀式教學(xué)方法,注重鼓勵學(xué)生獨立思考而非死記硬背,課堂氛圍自由寬松。次年,愛因斯坦以優(yōu)異成績從阿勞中學(xué)畢業(yè),如愿進入蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)師范系學(xué)習(xí),在大學(xué)期間,他把精力用在攻讀詹姆斯·克拉克·麥克斯韋(Maxwell James Clerk )、基爾霍夫(Gustav Robert Kirchhoff)和赫茲(Heinrich Rudolf Hertz)的著作上;1899年,愛因斯坦正式申請瑞士公民權(quán),并于翌年畢業(yè)。因愛因斯坦個性孤傲,愛好獨立思考,屢屢缺課,這些性格習(xí)慣為教授們所不滿,大學(xué)畢業(yè)時,愛因斯坦未能留校擔(dān)任助教,只得為生計而奔波。兩年間,他在溫特圖爾中等技校任代課老師,受聘私立學(xué)校教師等工作。在這種困難條件下,他仍然堅持科學(xué)研究,1901年在《物理雜志》發(fā)表了第一篇論文《由毛細(xì)管現(xiàn)象所得的推論》,同年他取得瑞士國籍。

1902年,愛因斯坦在大學(xué)同學(xué)馬瑟爾·格羅斯曼(Macel Grossmann)的幫助下,受聘于瑞士伯爾尼專利局,從事發(fā)明專利的審核鑒定工作,翌年成為三級技術(shù)員。1903年,他與大學(xué)同學(xué)米列娃·瑪麗克·瑪麗克結(jié)婚,他們結(jié)婚前就已經(jīng)有了一個女兒。1905年3月,愛因斯坦發(fā)表"量子論",提出光量子假說,解決了光電效應(yīng)問題;4月向蘇黎世大學(xué)提交論文《分子大小的新測定法》,獲得哲學(xué)博士學(xué)位;5月完成論文《論動體的電動力學(xué)》,獨立而完整地提出狹義相對性原理,開創(chuàng)物理學(xué)新紀(jì)元。這一年被稱為"愛因斯坦奇跡年"。

愛因斯坦的論文及成果引起了科學(xué)界的廣泛重視與關(guān)注。1906年,他被提升為二級技術(shù)員,同年完成固體比熱的論文,這是關(guān)于固體的量子論的第一篇論文;1907年愛因斯坦升職為專利局一級技術(shù)員,1908年兼任伯爾尼大學(xué)編外講師。1909年,愛因斯坦離開伯爾尼專利局,任蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)理論物理學(xué)副教授;同年,愛因斯坦首次應(yīng)邀參加德國自然科學(xué)家協(xié)會第81次年會,在會上作了《我們關(guān)于輻射的本質(zhì)和結(jié)構(gòu)的觀點的發(fā)展》報告,對相對性原理和光量子假說這兩個熱點問題作了進一步闡述,引起學(xué)術(shù)界轟動,愛因斯坦從此進入了世界一流物理學(xué)家的核心層。1911年4月,愛因斯坦出任布拉格德語大學(xué)理論物理學(xué)教授,次年他重返蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)擔(dān)任理論物理學(xué)教授,并提出“光化當(dāng)量”定律,不斷豐富和充實廣義相對論的思想。

重返德國

1913年,愛因斯坦回到德國擔(dān)任威廉皇帝物理研究所所長兼柏林洪堡大學(xué)教授,并當(dāng)選為柏林科學(xué)院院士。次年,第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,愛因斯坦堅定地表明反戰(zhàn)態(tài)度,參與發(fā)起了反戰(zhàn)團體“新祖國同盟”,并斷然拒絕在德國科學(xué)界和文化界發(fā)起、為侵略戰(zhàn)爭辯護的“文明世界的宣言”上簽字,而同時他毅然在反戰(zhàn)的《告歐洲人書》上簽名。

1915年11月,愛因斯坦發(fā)表廣義相對論,提出引力方程的完整形式,并成功解釋了水星近日點進動(每百年43角秒的偏差)、引力紅移等現(xiàn)象;次年他正式發(fā)表總結(jié)性論文《廣義相對論的基礎(chǔ)》,提出宇宙空間有限無界的假說,并完成《關(guān)于輻射的量子理論》,提出受激輻射理論。他所作的光線經(jīng)過太陽引力場發(fā)生彎曲的預(yù)言,在1919年被英國天文學(xué)家亞瑟·埃丁頓等人的日全食觀測結(jié)果所證實,引起國際轟動。1917年秋,愛因斯坦患上嚴(yán)重胃潰瘍,需要休養(yǎng),他的堂姐愛爾莎持續(xù)照顧他,直至完全康復(fù)。1919年,愛因斯坦與米列娃·瑪麗克離婚;同年,他與愛爾莎結(jié)婚。

1920年6月,愛因斯坦兼任萊頓大學(xué)特邀客座教授;次年,他開始了巡回歐洲講學(xué)。為了給以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)籌集創(chuàng)建資金,愛因斯坦同哈伊姆·魏茨曼(Chaim Azriel Weizmann)一起首次訪問美國,在哥倫比亞大學(xué)獲授巴納德勛章,并得到美國總統(tǒng)哈定(Warren Gamaliel Harding)接見。

1922年,愛因斯坦訪問法國,努力促使法德關(guān)系正常化;此后受到被謀殺的威脅,他暫離柏林,赴日本訪問,途經(jīng)科倫坡新加坡、中國香港和上海市;11月9日,愛因斯坦在從日本到上海的途中,通過電報得知,由于在光電效應(yīng)方面的研究成果,他獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎,此項研究推動了量子力學(xué)的發(fā)展。同年他完成關(guān)于統(tǒng)一場論的第一篇論文。次年7月,愛因斯坦前往瑞典斯德哥爾摩領(lǐng)取諾貝爾物理學(xué)獎;第一次推測量子效應(yīng)可能來自過度約束的廣義相對論場方程。翌年,愛因斯坦獲得最后一個重大發(fā)現(xiàn),他從統(tǒng)計漲落的分析中得出一個波和物質(zhì)締合的獨立的論證,還發(fā)現(xiàn)了玻色—愛因斯坦凝聚態(tài)。1923年6至7月,愛因斯坦幫助創(chuàng)建“新俄朋友協(xié)會”,并成為其執(zhí)行委員會委員。

參與反戰(zhàn)

愛因斯坦是一位和平主義者和國際主義者,從1924年起,他更加積極地投身反戰(zhàn)運動,參加一系列反戰(zhàn)活動。同年,愛因斯坦加入了柏林的猶太組織,成為繳費會員,并受聘為德蘇合作團體“東方文化技術(shù)協(xié)會”理事。為了宣示反戰(zhàn)決心,他在拒絕服兵役的聲明上簽字,在巴比塞,H.起草的反法西斯主義宣言上簽名;他被選為國際反帝大同盟名譽主席、“德國人權(quán)同盟”理事。1929年9月,愛因斯坦同法國數(shù)學(xué)家阿達(dá)馬(Jacques Solomon Hadamard)進行關(guān)于戰(zhàn)爭與和平問題的爭論,他堅持無條件反對一切戰(zhàn)爭。1930年,愛因斯坦對國際聯(lián)盟在改善國際關(guān)系方面的無所作為表示不滿,提出了辭職,此后,他在“國際婦女和平與自由同盟”的世界裁軍聲明上簽字,聲援反戰(zhàn)勢力。1931年11月,他號召各國對日本進行經(jīng)濟封鎖,以制止其對中國的軍事侵略。同年他在美國紐約時報》撰文反對把擴軍備戰(zhàn)作為解決國際爭端的手段,提出要限制民族主義者的國家主權(quán)。

移民美國

1933年,愛因斯坦因受到納粹迫害,他和妻子被迫離開德國,輾轉(zhuǎn)到美國普林斯頓大學(xué)高級研究院擔(dān)任教授,直至1945年退休。1934年,愛因斯坦文集《我的世界觀》由其繼女婿魯?shù)婪颉P澤爾編輯出版。1935年5月,他前往百慕大進行短期旅行,并在當(dāng)?shù)卣缴暾堄谰迷诿绹幼 W?936年起,愛因斯坦開始同利奧波德·英費爾德(Leopold Infeld)和霍夫曼(Banesh Hoffman)合作研究廣義相對論的運動問題,他們完成論文《引力方程和運動問題》,從廣義相對論的場方程推導(dǎo)出運動方程,進一步揭示了時空、物質(zhì)和運動的統(tǒng)一。這是廣義相對論的重大發(fā)展,也是愛因斯坦在科學(xué)創(chuàng)造上的最后一項重大成就;他還參加由英費爾德執(zhí)筆的通俗冊子《物理學(xué)的進化》的編寫工作。

1939年至1940年,愛因斯坦在利奧·西拉德等人的協(xié)助下,先后兩次致函美國總統(tǒng)富蘭克林·羅斯福(Franklin Delano Roosevelt),建議加速核航彈的研發(fā)工作,促成了美國的曼哈頓工程;他還反對美國當(dāng)時執(zhí)行的中立政策,希望能和各民主國家一起,共同組成反對法西斯主義的同盟陣營。1940年,愛因斯坦加入美國國籍,同時保留瑞士國籍。同年,愛因斯坦寫了一篇著名論文,為他的這一命題進行辯護,即“我不信仰一個人格化的神”,《上帝的迷思》一書就記錄了他這種對人格化神的信仰持否定態(tài)度的想法。1941年愛因斯坦發(fā)表《科學(xué)和宗教》等文章。1943年5月,愛因斯坦作為科學(xué)顧問參與美國海軍部工作;為了支持反法西斯戰(zhàn)爭,他以600萬美元拍賣1905年狹義相對論論文手稿。1945年8月,美國在日本先后投擲了兩顆核航彈,造成了無辜平民的重大傷亡,愛因斯坦對此表示強烈不滿。第二次世界大戰(zhàn)后,他為開展反對核戰(zhàn)爭的和平運動和反對美國國內(nèi)法西斯主義的抬頭,進行了堅持不懈的斗爭,1946年5月,愛因斯坦發(fā)起組織“原子科學(xué)家非常委員會”,擔(dān)任主席;他利用自己的身份和影響力,給聯(lián)合國大會寫公開信,敦促建立世界政府。1948年,愛因斯坦同天文學(xué)家夏普林利合作,全力反對美國準(zhǔn)備對蘇聯(lián)進行“預(yù)防性戰(zhàn)爭”,抗議美國進行普遍軍事訓(xùn)練;面對美國戰(zhàn)后約瑟夫·麥卡錫主義的威脅,他還發(fā)表電視演講、文章和信件,表示堅決同美國的法西斯化進行斗爭,他指出,美國的擴軍備戰(zhàn)政策是世界和平的嚴(yán)重障礙,反對美國制造氫彈,號召美國知識分子起來堅決抵抗法西斯迫害,引起了巨大反響;他也被美國參議員約瑟夫·麥卡錫公開斥責(zé)為“美國的敵人”。1955年3月,愛因斯坦著述《自述片斷》,回憶青年時代的學(xué)習(xí)和科學(xué)探索之路;4月3日,他同科恩談?wù)摽茖W(xué)史等相關(guān)問題;4月5日,駁斥美國法西斯分子給他扣上的“顛覆分子”帽子;4月11日,愛因斯坦和伯特蘭·阿瑟·威廉·羅素(Bertrand Arthur William Russell)共同簽署了“愛因斯坦—羅素宣言”,呼吁禁止使用大規(guī)模毀滅人類的核武器,反對戰(zhàn)爭。

逝世

1955年4月13日,愛因斯坦在草擬一篇電視講話稿時曾發(fā)生嚴(yán)重腹痛;4月15日進入普林斯頓醫(yī)院,后于4月18日被診斷出患有主動脈瘤,當(dāng)日午夜在睡夢中因主動脈瘤破裂引發(fā)的腦出血逝世于普林斯頓,享年76歲。遵照他的遺愿,不舉行任何葬禮,不修筑墳?zāi)梗涣⒓o(jì)念碑,遺體被火化了,骨灰撒在永遠(yuǎn)對人保密的地方,這么做是為了避免令埋葬他的地方成為圣地。

科研成就

愛因斯坦是光的量子論的創(chuàng)始人,波粒二象性的提出人,又是量子統(tǒng)計學(xué)的開創(chuàng)者之一,是狹義相對論和廣義相對論的創(chuàng)建者。他在物理學(xué)領(lǐng)域的重要研究成果,不僅改變了自然科學(xué)研究的范例,而且使人類認(rèn)識自然的科學(xué)方法得到充實,同時,他還把廣義相對論在宇宙學(xué)領(lǐng)域、統(tǒng)一場論方面作了重大發(fā)展,取得了劃時代的成就。

光量子理論

1905年,愛因斯坦在總結(jié)馬克斯·普朗克的“能量子”學(xué)說基礎(chǔ)上,將量子概念推廣到光輻射的發(fā)射和吸收上,建立了光的量子理論,提出“光量子”假說。他認(rèn)為,光不但是具有波動性的電磁波,而且是具有粒子性的光量子;從點光源發(fā)射出來的光束能量,在傳播中不是連續(xù)分布在越來越大的空間中,而是由個數(shù)有限的、局限在空間點的能量子所組成,這些能量子能夠運動,但不可分割,而只能整個被吸收或產(chǎn)生出來。 愛因斯坦“光子”理論的建立,圓滿地解釋了光電效應(yīng)規(guī)律,并建立了光電效應(yīng)方程,具有劃時代的意義。這一理論在科學(xué)史上第一次將光的粒子性和波動性通過數(shù)學(xué)表達(dá)式聯(lián)系在一起,將光的粒子性和波動性統(tǒng)一起來,成功地解釋了經(jīng)典物理學(xué)始終無法解釋的“光電效應(yīng)”,并因此榮獲1921年的諾貝爾物理學(xué)獎。1926年,愛因斯坦同海森伯格討論關(guān)于量子力學(xué)的哲學(xué)問題。

布朗運動理論

愛因斯坦以范托夫(J. H. van′tHoff)的滲透理論和喬治·斯托克斯 (Stokes)的流體動力學(xué)為基礎(chǔ),證明布朗粒子的運動是由于液體分子的不規(guī)則和偶然撞擊引起的 ,布朗粒子非常小,周圍分子不均勻碰撞所產(chǎn)生的不平衡力的作用足以使它發(fā)生運動,在宏觀性質(zhì)表現(xiàn)出統(tǒng)計平均所必然具有的漲落現(xiàn)象。同時,愛因斯坦還嚴(yán)格地研究由分子的熱運動所引起的不規(guī)則運動;通過正確的數(shù)學(xué)推導(dǎo),他得到了著名的關(guān)于擴散的微分方程,解決了布朗顆粒運動路徑的問題。愛因斯坦對分子物理研究的重要意義在于成功解釋了布朗運動,使原子論取得了最后勝利。這一理論使人們認(rèn)識到熱是一種能量,它是由分子無規(guī)則運動引起的,分子是客觀存在的。1908年,法國物理學(xué)家讓·佩蘭 (Jean Baptiste Perrin)用實驗得出了相一致的結(jié)果,證實了愛因斯坦的理論預(yù)測,從此, 科學(xué)上關(guān)于原子和分子實在性的爭論即告結(jié)束。

狹義相對論

愛因斯坦完整地提出了狹義相對論:相對性原理,物理學(xué)定律在所有慣性系中的描述形式是相同的,即所有的慣性系是等價的,不存在特殊的慣性系;光速不變原理,在所有慣性系內(nèi),真空中的光速具有相同的定值,與觀測者相對干光源的運動無關(guān),強調(diào)在所有慣性系中測量時,真空中的光速都是同一個常量C。在此基礎(chǔ)上,愛因斯坦嚴(yán)格推出了狹義相對論的核心公式洛倫茲變換,并進一步嚴(yán)格推出“同時”的相對性,動尺收縮、動鐘變慢、速度迭加公式、質(zhì)量公式、質(zhì)能關(guān)系等相對論效應(yīng),建立起狹義相對論的完整體系。愛因斯坦經(jīng)過多年研究探索與成果總結(jié),并在弗格特、洛倫茲、亨利·龐加萊等學(xué)者研究基礎(chǔ)上,以完整的形式提出了等速運動下的相對性理論,提出了四維時空的新概念,引起了物理學(xué)理論基礎(chǔ)的變革,具有開創(chuàng)科學(xué)新時代的意義。愛因斯坦秉承批判精神,在經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ),如時間、空間和運動的絕對性方面,他做出了尖銳的批判,對建立狹義相對論起到了決定性的作用。作為相對論的一個推論,他提出的質(zhì)能相當(dāng)關(guān)系式E=mc2,解釋了放射性元素能釋放大量能量的原因,在理論上為原子能的應(yīng)用開辟了道路。

廣義相對論

愛因斯坦提出廣義相對論的兩個基本假設(shè),即廣義相對性原理與等效原理。該理論體現(xiàn)了自然科學(xué)與數(shù)學(xué)的結(jié)合特征。此后,他提出需將相對性理論從等速運動推廣至加速運動,并與格羅斯曼合作提出廣義相對論引力場方程的完整形式,最終建立廣義相對論。在廣義相對論框架下,愛因斯坦首次提出引力波概念,為后續(xù)相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)。愛因斯坦在實驗檢驗中發(fā)現(xiàn),相應(yīng)的項只能在宇宙學(xué)尺度上才有可觀測效應(yīng),便在建立廣義相對論引力場方程時,人為引入一個宇宙學(xué)常數(shù);他指出,時空與物質(zhì)之間存在本質(zhì)聯(lián)系,相互影響;物質(zhì)的存在會使四維時空發(fā)生彎曲,彎曲的時空又會反過來影響物質(zhì)的運動。他通過水星近日點運動、光線在引力場中的偏移、強引力場中的“慢鐘”效應(yīng)等,證明了廣義相對論的理論預(yù)言。1916年他從奧格·玻爾的躍遷概念導(dǎo)出黑體輻射譜,繼續(xù)發(fā)展量子論,并把統(tǒng)計物理概念和量子論結(jié)合起來,提出自發(fā)輻射及受激發(fā)射等概念;1924年,愛因斯坦與印度物理學(xué)家薩特延德拉·玻色(Bose)開辟了量子統(tǒng)計學(xué)的領(lǐng)域,提出單原子氣體的量子統(tǒng)計理論,即玻色——愛因斯坦統(tǒng)計。愛因斯坦的朋友馬克斯?玻恩(MaxBom) 曾評價廣義相對論 “把哲學(xué)的深奧、物理學(xué)的直觀和數(shù)學(xué)的技藝令人驚嘆地結(jié)合在一起。”

宇宙學(xué)研究

愛因斯坦用廣義相對論的結(jié)果來研究整個宇宙的時空結(jié)構(gòu),以科學(xué)論據(jù)推論宇宙在空間上是有限無界的,這是宇宙觀的一次革命。他在宇宙學(xué)的研究中,引進用動力學(xué)建立宇宙模型的方法,引進了宇宙學(xué)原理,彎曲空間等新概念,主張“宇宙的體積是無限的和有限的”問題,只有依靠科學(xué)而不是依靠信仰才能解決。在宇宙探索中,愛因斯坦指出,無限宇宙與艾薩克·牛頓理論二者之間存在著難以克服的內(nèi)在矛盾。他放棄了傳統(tǒng)的宇宙空間三維歐幾里得幾何的無限性,提出宇宙空間均勻且各向同性的假定,根據(jù)廣義相對論建立了靜態(tài)有限無邊的自洽的動力學(xué)宇宙模型,開創(chuàng)了現(xiàn)代相對論宇宙學(xué)。在這個模型中,宇宙就其空間廣延來說是一個閉合的連續(xù)區(qū),這個連續(xù)區(qū)的體積是有限的,但它是一個彎曲的封閉體,因而沒有邊界。

統(tǒng)一場論

1922年,愛因斯坦完成第一篇關(guān)于統(tǒng)一場論的論文;1925年至1955年,愛因斯坦把主要科學(xué)創(chuàng)造精力都用于統(tǒng)一場論的探索,他力圖把廣義相對論再加以推廣,不僅包括引力場,還包括電磁場,試圖用場的概念來解釋物質(zhì)結(jié)構(gòu)和量子現(xiàn)象,把相對論與量子論統(tǒng)一起來,為量子物理學(xué)提供合理的理論基礎(chǔ)。1937年,他從廣義相對論的引力場方程推導(dǎo)出運動方程,進一步揭示了空間、時間,物質(zhì)、運動之間的統(tǒng)一性,這是廣義相對論的重大發(fā)展,也是他在科學(xué)創(chuàng)造活動中所取得的最后一個重大成果。

主要論文

1900年

1900年12月,愛因斯坦完成了科學(xué)生涯的第一篇論文《由毛細(xì)管現(xiàn)象所得的推論》,他用熱力學(xué)和分子運動論相結(jié)合的方法,通過實驗所測到的毛細(xì)管現(xiàn)象,研究分子力學(xué)與中性液體化學(xué)成分的關(guān)系。用分子力概念推導(dǎo)出液體內(nèi)能的表達(dá)式,企圖以此揭示分子力與牛頓引力之間的內(nèi)在關(guān)系,從而為化學(xué)建立力學(xué)基礎(chǔ)。

1905年

1905年,愛因斯坦完成5篇論文,其中3篇在德國物理年鑒》(Annalen der physik)上發(fā)表,全面打開了物理學(xué)革命的新局面,從根本上改變了物理學(xué)的面貌,在科學(xué)史上是一個奇跡。分別是:《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點》,愛因斯坦成功地利用基于經(jīng)典物理學(xué)的路德維希·玻爾茲曼統(tǒng)計來引入光量子,討論了光量子以及光電效應(yīng),為后來的量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ),這是一篇唯一被愛因斯坦本人稱為革命性貢獻的論文;《分子大小的新測定法》,推導(dǎo)出計算擴散速度的數(shù)學(xué)公式,最終獲得了蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位;《關(guān)于熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》,提供了原子確實存在的證明,首次從理論和定量的角度對布朗運動進行研究,解決了長期以來科學(xué)界和哲學(xué)界爭論不休的原子是否存在的問題 ;長篇論文《論動體的電動力學(xué)》,這是一篇改變?nèi)祟悤r空觀念的革命性文獻,奠定了狹義相對論的基礎(chǔ)深刻地分析了空間和時間概念,提出時空關(guān)系新理論,使力學(xué)和電動力學(xué)相互協(xié)調(diào),對時間、空間等基本概念作了必不可少的方法論分析,把動量守恒定律和能量守恒定律聯(lián)系起來,揭示了質(zhì)量和能量的統(tǒng)一,是狹義相對論的奠基之作,宣告了狹義相對論的誕生,開創(chuàng)了物理學(xué)新紀(jì)元,是人類科學(xué)史上最偉大的成就之一;《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎?》,在狹義相對論基礎(chǔ)上導(dǎo)出了質(zhì)能關(guān)系式:E=mc2,得出“物體的質(zhì)量是它所含能量的量度”的結(jié)論,這就是運動中物體的“質(zhì)增效應(yīng)”,從而叩開了原子時代的大門,并且成為核能與粒子物理的重要理論基礎(chǔ),標(biāo)志核能應(yīng)用時代的開始。

1907年

1907年,愛因斯坦在《關(guān)于相對性原理和由此得出的結(jié)論》論文中提出均勻引力場同均勻加速度的等效原理。他認(rèn)為,以局域效應(yīng)看,引力和加速度是等效的,二者是同一種現(xiàn)象的不同表現(xiàn)形式,即可以同時對加速度和引力作出某種解釋的“宇宙場”,他以慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量成正比的自然規(guī)律作為等效原理的根據(jù),提出在無限小的體積中,均勻的引力場完全可以代替加速運動的參考系。

1913—1916年

愛因斯坦與格羅斯曼(Grossmann)合作發(fā)表的論文《廣義相對論和引力理論綱要》,提出了引力的度規(guī)場理論,明確論述引力場由度規(guī)張量表示,引力對其他物理過程的影響由廣義協(xié)變方程表示,這篇被后世稱為“綱要理論”的論文,首次把引力和度規(guī)結(jié)合起來,是廣義相對論發(fā)展史上具有重要影響的論文之一,其中物理部分由愛因斯坦執(zhí)筆,他首次將新思想與相適應(yīng)的數(shù)學(xué)方法作了結(jié)合嘗試。1916年,愛因斯坦完成總結(jié)性論文《廣義相對論的基礎(chǔ)》,并正式發(fā)表;他提出宇宙空間有限無界的假說;完成了《關(guān)于輻射的量子理論》,總結(jié)量子論的發(fā)展,提出受激輻射理論。

1917年

愛因斯坦在確立了廣義相對論之后,緊接著就轉(zhuǎn)向了對宇宙的考察,1917年,他發(fā)表了第一篇宇宙學(xué)論文《根據(jù)廣義相對論對宇宙學(xué)所作的考察》,宣告了相對論宇宙學(xué)的誕生。愛因斯坦指出,無限宇宙與艾薩克·牛頓理論二者之間存在著難以克服的內(nèi)在矛盾,要么修改牛頓理論,要么修改空間觀念,要么二者都加以修改。愛因斯坦根據(jù)廣義相對論建立了靜態(tài)有限無邊的自洽的動力學(xué)宇宙模型。

1950年

1950年4月,愛因斯坦發(fā)表論文《關(guān)于廣義引力論》,結(jié)束了1922年發(fā)表第一篇統(tǒng)一場論的論文以來,長達(dá)28年的統(tǒng)一場研究。他認(rèn)為宇宙中存在兩個獨立的場:電磁場和引力場,盡管當(dāng)時無法驗證,但是對后來的宇宙學(xué)與空間科學(xué)發(fā)展起到推動和促進作用。

榮譽獎項

社會任職

愛因斯坦與中國

1922年11月13日,愛因斯坦在訪問日本途中經(jīng)過上海,1923年初從日本返回時再次經(jīng)過,均作短暫停留。兩次在上海的見聞,使愛因斯坦對中國勞動人民的苦難深表同情。在此之前,北京大學(xué)校長蔡元培力邀愛因斯坦訪華,卻因故未能成行。盡管如此,愛因斯坦的相對論自此在中國更為廣泛傳播,并于1923年達(dá)到高潮。

1936年11月,中國發(fā)生“七君子”事件,社會各界人士掀起了營救運動。愛因斯坦于1937年3月發(fā)出聲援電,電文寫道:“我們在美國對于上海七君子之被捕謹(jǐn)表示深切關(guān)懷。”日本大舉侵略中國之時,愛因斯坦等人于1938年1月5日在英國發(fā)表聯(lián)合宣言,呼吁世界各國抵制日貨。1938年6月6日,愛因斯坦在美國發(fā)起成立援助中國委員會,為在美國2000個城鎮(zhèn)發(fā)動援華捐款做出了努力。

人物評價

—— 法國物理學(xué)家朗之萬

—— 理論物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎楊振寧

—— 美籍華裔理論物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者李政道

—— 中國理論物理學(xué)家和同步輻射應(yīng)用專家冼鼎昌

人物軼事

“愛因斯坦奇跡年”

1905年,愛因斯坦把在當(dāng)年完成的5篇論文先后寄給世界物理學(xué)界雜志《物理年鑒》,先寄去的3篇論文,竟同時在1905年9月該雜志的第17卷上發(fā)表,而其余2篇論文,也隨后分別在第18卷、第19卷上發(fā)表。象《物理年鑒》這樣的權(quán)威科學(xué)雜志,能打破慣例,在一期中同時發(fā)表同一作者的三篇論文,在辦刊歷史上前所未有,使1905年成為世界科學(xué)界一致贊譽的“愛因斯坦奇跡年”。

“愛因斯坦高中成績單”

2020年10月8日,諾貝爾獎官方公布了愛因斯坦1896年就讀于瑞士阿勞市高中時的成績單。在當(dāng)時的評分體系下,6分是最高分,1分是最低分。

人物紀(jì)念

瑞士伯爾尼故居

故居位于伯爾尼老城區(qū)克拉姆大街49號,臨近街旁邊的一個拱廊里,一個居住面積只有20多平方米的小套房,愛因斯坦即在此居住了七年。1903年,愛因斯坦結(jié)婚后,和妻子搬進居住;次年,長子漢斯·愛因斯坦出生。在這個狹小的公寓里,還誕生了著名的狹義相對論。后來愛因斯坦一家搬離后,公寓一直對外出租。1979年,伯爾尼民間組織“愛因斯坦協(xié)會”把49號房屋上下三層全部租下,作為愛因斯坦故居對外開放。

愛因斯坦博物館

愛因斯坦博物館位于伯爾尼歷史博物館2層,是世界上第一座城市所建的愛因斯坦博物館,于2007年2月1日正式開館。該博物館最初是2005年舉辦的《相對論100年》即“愛因斯坦年”臨時展覽,后來固化成常設(shè)展館,里面陳列了兩百多件愛因斯坦生活和工作的信件、物品、照片和電影,回顧了愛因斯坦的一生,在世界歷史的背景下再現(xiàn)了愛因斯坦所處的時代,并通過動畫電影以及實驗展示了他生活和工作領(lǐng)域令人震撼的成就。

“愛因斯坦”展覽

2010年5月30日,“阿爾伯特·愛因斯坦”展覽在中國科技館開幕。該展覽于2005年在瑞士伯爾尼首次展出,是伯爾尼歷史博物館為慶祝愛因斯坦的“相對論”誕生100周年而舉辦的。此后中國與瑞士開展合作交流,展覽由瑞士外交部、瑞士國家形象委員會資助,分別在北京、廣州市香港特別行政區(qū)上海市巡展。

紀(jì)念郵票

1979年3月14日,中國郵電部發(fā)行J36《紀(jì)念愛因斯坦誕辰一百周年》郵票1枚。該郵票由李印清設(shè)計,以白色為襯底,以愛因斯坦的頭像為主體,在頭像右下方標(biāo)出狹義相對論公式E=MC2,畫面主題突出,構(gòu)圖簡潔。新中國成立以來為外籍科學(xué)家發(fā)行專套郵票,這是僅有的一次。????

個人生活

婚姻與家庭

妻子:愛因斯坦有過兩次婚姻。第一任妻子米列娃(Mileva Maric),1875年12月出生在塞爾維亞一個富裕家庭,幼時因股關(guān)節(jié)脫臼造成輕微的腿跛,是愛因斯坦在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院讀書時的同學(xué)。1901年,愛因斯坦不顧家庭反對,與米列娃生活在一起;1902年,女兒莉澤爾出生(后夭折)。1903年1月6日,愛因斯坦與米列娃正式結(jié)婚,育有兩個兒子,長子漢斯·愛因斯坦于1904年在瑞士伯爾尼出生,次子愛德華·愛因斯坦于1910年7月在瑞士蘇黎世出生。1919年2月,愛因斯坦與米列娃在長期分居的情況下離婚,1948年米列娃病逝于蘇黎世。

1919年6月,愛因斯坦與堂姐愛爾莎(Elsa)結(jié)婚。愛爾莎坦童年時與愛因斯坦即相識,曾經(jīng)離異,婚后她的兩個女兒伊兒莎(Ilsa)、瑪戈特(Margot)成為愛因斯坦的繼女,1936年12月愛爾莎病故。

兒子:長子漢斯·阿爾伯特·愛因斯坦(Hans Albert Einetein)于1904年5月14日出生于在瑞士伯爾尼,獲得瑞士聯(lián)邦工業(yè)大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位;1938年加入美國籍,任加利福尼亞大學(xué)泥沙動力學(xué)教授,1973年因心臟病去世。次子愛德華·愛因斯坦,于1910年7月在瑞士蘇黎世出生,患上了精神疾病,1965年在柏格爾茨利精神病醫(yī)院去世。

相關(guān)人物

參考資料 >

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思想與見解.豆瓣讀書.2024-01-14

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天文學(xué)史.中國大百科全書.2023-04-22

歷史今日11月23日:“七君子”事件.中國軍網(wǎng).2023-04-22

朗之萬.中國大百科全書.2023-04-23

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瑞士伯爾尼愛因斯坦故居.中國大百科全書.2023-04-21

伯爾尼歷史博物館——愛因斯坦博物館.瑞士國家旅游局.2023-04-22

郵票上的愛因斯坦.大江網(wǎng).2023-04-23

玻恩.中國大百科全書.2023-04-23

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