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周法哲的博客

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做过工,开过荒,教过书,扛过枪,当过干部仍在党,现任公司董事长。业余以探索天地人和谐之道为乐!

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(改编)爱因斯坦及其相对论(图)  

2008-03-04 00:11:13|  分类: 科学的皇后 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    1911年的一天,在著名的布拉格大学校园里的一片草地上,一群大学生围坐在一位年轻学者的身旁,正进行着激烈的讨论。

    “请您通俗地解释一下,什么叫相对论?”一位学生微笑着向青年学者发问。

    年轻学者环视一下周围的男女学生,微笑着答道:“如果你在一个漂亮的姑娘旁边坐了两个小时,就会觉得只过了1分钟;而你若在一个火炉旁边坐着,即使只坐1分钟,也会感觉到已过了两个小时。这就是相对论。”

    大学生们先是一愣,接着便大笑起来。

    “好!今天我们就谈到这里。”年轻学者站起身来,向大家告别后,便向图书馆走去。

    这位年轻学者,就是伟大的科学家、相对论的创始人——爱因斯坦。

     爱因斯坦1879年3月14日出生在德国的一个犹太人家庭。父亲是一个电器作坊的小业主,当爱因斯坦15岁时,父亲因企业倒闭带领全家迁往意大利谋生。

    1896年秋天,爱基斯坦就读于瑞士联邦高等工业学校。在学校里,除了数学课以外,他对其它讲得枯燥无味的课程都不感兴趣。但热衷于探索自然界的奥秘,对此他产生了浓厚的兴趣,利用课外时间阅读大量有关哲学和自然科学的书籍。

    1900年,爱因斯坦从瑞士联邦高等工业学校毕业后,加入了瑞士国籍,长期找不到工作。两年后,他才在瑞士联邦专利局找到同科学研究无关的固定职业。但在专利局供职期间,他不顾工资低微的清贫生活,坚持不懈地利用业余时间进行科学研究,并不断取得成果。1905年,爱因斯坦在物理学方面的研究,取得突破性进展,创立了狭义相对论。这时他刚刚26岁。

    相对论是爱因斯坦在自己题为《论运动物体的电动力学》这篇论文中提出的。在此之前,传统物理学的时空观是静止的、机械的、绝对的,空间、时间、物质和物质运动相互独立,彼此没有什么内在联系。也就是说,物质只不过是孤立地处于空间的某一个位置,物质运动只是在虚无的、绝对的空间作位置移动,时间也是绝对的,它到处都是一样的,是独立于空间的不断流逝着的长流。这就是牛顿古典力学的时空观。

爱因斯坦以极大的毅力和胆识,突破了传统物理学的束缚,猛烈地冲击形而上学的自然观。他认为,空间、时间、物质和物质运动,彼此不可分割,它们之间紧密相联。作为物质存在形式的空间和时间,在本质上是统一的,随着物质的运动而变化。

狭义相对论的最重要的结论之一,是关于质量和能量的关系(E=mc^2)。它告诉我们,物质的质量是不固定的,运动的速度增加,质量也随着增加;一定质量的转化必定伴随着一定能量的转化,反之亦然。这个著名的公式成为原子弹、氢弹以及各种原子能应用的理论基础,由此而打开了原子时代的大门。

    狭义相对论的问世,震动了物理学界,也使这位年轻学者的名字,马上传遍了整个欧洲,给他带来了极高的声誉。德国著名的理论物理学家普朗克,向布拉格大学推荐爱因斯坦时说:“要对爱因斯坦理论作出中肯评价的话,那么可以把他比作20世纪的哥白尼。这也正是我所期望的评价。”

    1911年,年仅32岁的爱因斯坦,被布拉格大学聘为教授,1913年,他重新回到德国,任柏林大学教授,并当选为普鲁士皇家科学院正式院士,不到4个月,第一次世界大战爆发了。

    爱因斯坦一向憎恶战争,主张民族和睦,公开发表反战宣言,同一位哲学家共同起草了《告欧洲人民书》,呼吁欧洲科学家应竭尽全力,尽快结束这场人类大屠杀。然而,却没有什么著名人士响应。在这段岁月里,爱因斯坦满腹惆怅,闭门不出,深入自己的科学研究。

    在研究中,他发现狭义相对论的理论体系还不完善,它只解释了匀速直线运动,而不能解释加速运动和万有引力的问题。因此,爱因斯坦又花了整整十年时间,于1915年又创立了广义相对论。

    广义相对论的重要结论是,加速运动与引力场的运动是等价的,要区别是由惯性力或者引力所产生的运动是不可能的。对此,爱因斯坦作了一个形象的比喻。他设想有一个人乘摩天楼的电梯自由降落,人不会感到自己在下降,因为这时电梯和人都依照重力加速度定律在下降,仿佛在电梯里不存在地球引力。反之,如果电梯以不变的加速度上升,那么人在电梯里将觉得双脚紧贴在地板上,好象站在地球表面一样。这个等价原理是广义相对论的基础,它显示了匀速运动的一些基本原理可以应用到加速度运动中,把狭义相对论推广到更为普通的情况。

    爱因斯坦认为,光在引力场中不是沿着直线,而是沿着曲线传播。并指出,当从一个遥远的星球上发出的光在到达地球的途中经过太阳的时候,应当由于太阳的引力而弯曲,因此,而使这个星球看起来的位置与实际不符。其偏斜的弧度,据爱因斯坦计算,应当是1.75角秒。因此建议,在下一次日全蚀时,通过天文观测来验证这个理论预见。

     1919年5月,英国一位天体物理学家率领两个天文考察队,拟定在日全蚀时分别在巴西和西非摄影,以验证从广义相对论推出的这一重要结论。同年11月,伦敦皇家学会和天文学会联席会议正式公布观测结果。测得的光线偏转度竟和爱因斯坦计算的非常一致。这下使牛顿的引力学说失去了普遍的意义。

    这个消息公布后,全世界为之轰动,爱因斯坦的名字在社会上广为流传,几乎家喻户晓,科学爱们公认他是继伽里略、哥白尼以来最伟大的物理学家之一,是“20世纪的牛顿”。

    1933年,德国法西斯头子希特勒上台后,加紧了对犹太人的迫害。爱因斯坦被迫迁居美国,任普林斯敦高级学校研究院教授,并于1940年取得美国国籍。

1955年4月,爱因斯坦在普林斯敦病逝。这位伟大的科学家在他的遗嘱中,要求把他的骨灰撒在不为人知的地方。但他那献身科学的精神和充满光芒的相对论学说,则永远激励着后人。

(周法哲2008-3-3根据网摘改编,插图为转摘) 

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