浅谈爱因斯坦与物理观念的突破

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1、浅谈爱因斯坦与物理观念的突破摘要：本文对爱因斯坦对物理学的重要贡献进行了介绍，回顾了光量子、狭义相对论以及广义相对论等理论的发现、创立过程及主要内容。他以划时代的科学贡献奠定了现代物理学的理论基础，并从根本上否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性；他提岀了著名的质能方程，开创性地建立了质量和能量的关系。从而全面更新了人类对时间和空间、物质和能量的看法，同时也让我们对物理学有了更科学、更深刻的理解和体会。关键词：爱因斯坦；光量子；狭义相对论；广义相对论1引言20世纪初期是物理学的大变革吋期，爱因斯坦从实验事实出发，重新考查了物理学的基

2、本概念，在理论上做出了根本性的突破。爱因斯坦在物理学上的重耍贡献遍布时空理论、量了论等方面。他提出的相对论是物理学领域的一次重大革命，它从根本上否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大。并且他给出了著名的质能方程：E=mc2,质能方程不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件,而且为原了核物理学的发展和应用捉供了根据。爱因斯坦完善了光量子假设，第一个成功的解释了光电效应。他是量子论的主要奠基人之一，和普朗克及玻尔等人一起

3、建立和发展了量子理论。2光量子理论2.1光量子理论发现的背景1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上，著名物理学家开尔文勋爵作了展瑕新世纪的发言。在回顾过去岁月之后，他充满自信地说：“物理学的大厦已经建成，未来的物理学家只需要做些修修补补的工作就行了。只是明册的天空中述冇两朵乌云，一朵与黑体辐射冇关，另一朵与迈克尔逊实验冇关”[1]。然而事隔不到一年（1900年底），就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着（1905年）从第二朵乌云屮降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。19世纪卜•半叶，英国和德国都在努力发展钢铁工业。

4、炼钢的关键是控制炉温，数千度的炉温，任何温度计都会熔化。于是人们希望从钢水的颜色来辨认温度，这就大大促进了对黑体辐射（平衡热辐射）的研究。但是无论构造什么样的辐射模型，理论算出的黑体辐射曲线都不能与实验曲线一-致。不是在长波波段符合不好,就是在短波波段出现发散，即所谓“紫外光灾难”。这就是开尔文勋爵在迎接新世纪的庆祝会上所谈的笫一朵乌云一一黑体辐射困难。2.2光量子理论的发现过程及内容1900年底，德国理论物理学家普朗克发现，只要认为原子吸收或发出辐射时，能量不是连续的，而是一份一份的，就可以克服“紫外光灾难”，使黑体辐射的理论曲线与实验曲线相符。虽然以

5、往的物理理论都导不出这一结果，然而只要这样做，就可使理论曲线与实验曲线相符。普朗克很快认识到了这一发现的重要性，他在和儿子一起散步时激动地说，这个发现如果不是错误的，那么将是非常重要的，也许能够与牛顿的成就相媲美。普朗克在大学的学术会议上报告了自己的结果，这个报告也宣告了物理学的一场革命。普册克提出了能量量了的概念,给出了著名的普朗克公式E=hv（1）其屮，E是辐射量子的能量，是辐射的频率，h是一个常数，就是现在众所周知的普朗克常数。普朗克的论文开创了量子论，标志着近代物理学的开端。2.3光量子理论的完善1900年普朗克开创性的提出能量子概念不久，爱因斯

6、坦才清醒地洞察到物理学危机的严重性：“这就好像地基从下面给挖掉了，无论在什么地方也看不到能够进行建筑的坚实基础了[2]”。然而普朗克的工作是不彻底的。他认为辐射的能量仅仅在原子吸收或发射时是不连续的，一份一份的，而在传播过程中，却是连续的。曾有记者问他：“您说能量到底是连续的呢，还是不连续的呢？”普朗克冋答说：“如果一个人用小碗从缸里舀水，倒在水池中，你说水是连续的呢？还是不连续的呢？”[3]从普朗克的回答中，我们可以看出，他认为辐射本质上还是连续的，只是在原了发射或吸收辐射时，才是一份一份的。1905年，一个名不见经传的年轻人——爱因斯坦,把量子化思想

7、贯彻到底。他认为辐射本质上就是不连续的，就是量子化的。不仅在被原子发射或吸收吋，而且在传播过程屮，辐射的能量都是一份一份的。爱因斯坦据此把普朗克的“量子说”推广为“光子说”，并以此解释了光电效应。普册克最初对爱因斯坦的这一观点持批评态度，但还是建议德国《物理年鉴》发表了这篇论文。大约十年后，普朗克和整个学术界才最终接受了爱因斯坦关于光量子的观点。以上所说的就是从第一朵乌云中降生的量子论。但是最不可思议的是，在这篇论文问世之后，《物理年鉴》在同-•年又在普朗克的支持下发表了爱因斯坦的另外3篇论文。7月发表用分子运动论解释布朗运动的论文（间接证明了分了的存在

8、）；9月发表“论运动物体的电动力学”（即狭义相对论）；11月发表2mcE的论文。