百摩网
当前位置: 首页 生活百科

爱因斯坦的辉煌世纪(为什么1905年是爱因斯坦的奇迹年)

时间:2023-06-15 作者: 小编 阅读量: 1 栏目名: 生活百科

1905年,阿尔伯特·爱因斯坦只是位于伯尔尼的瑞士联邦专利局的一名小职员。这些情况并未影响爱因斯坦以他的第一篇论文获得1921年的诺贝尔奖,而直到1923年,康普顿的散射实验证实了光量子假设可圆满解释光电效应之后,科学界才停止对爱因斯坦本人及他的理论的嘲笑。事实上,根据所研究现象的不同,波动论和粒子论各有千秋。这种不规则的运动被称为布朗运动。爱因斯坦仅在几周内就第二次掀起了自然科学的革命。

1905 年,阿尔伯特· 爱因斯坦只是位于伯尔尼的瑞士联邦专利局的一名小职员。他还没有当上大学教授,除了有几个经常聚在一起谈论科学和吃烤肠的好友,他在学术界也并不出名。

然而,1905 年注定将成为爱因斯坦和整个物理学历史上的“奇迹之年”:这一年,他发表了 4 篇具有划时代意义的论文,每一篇都足以获得一次诺贝尔奖,这些成就深远地影响了整个世界,爱因斯坦也由此变得举世闻名。

第一篇论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点

在第一篇论文《关于光的产生和转化的一个启发性观点》里,爱因斯坦通过量子理论解释了光电效应,并最终证明了能量子以及光子(即光的粒子)的存在。

爱因斯坦的理论很大程度上基于普朗克在 1900 年提出的假设,他认为,光只能够接收或发射一份份不可分割的能量块,也即量子,量子以光速移动;他还指出,对于光电效应来说,如果入射光低于给定的频率,即使强度很大,也无法产生任何电流,而强度很小的光线,只要频率足够高就可激发电流,也就是说光电效应存在阈值。

按照爱因斯坦的理解,这个阈值的产生源于光子与电子之间的碰撞,光子通过撞击电子来使之具备脱离原子束缚的能量,从而激发电流,但有时光的强度再大(即增加光子数目)也无法激发光电效应,因为并没有一个满足撞击条件的高能量光子。

爱因斯坦的理论虽然在很大程度上合理地解释了当时物理实验中观察到的光电效应,但仍存在一个较大的问题:它彻底质疑了麦克斯韦的经典电磁学理论基础,即所有的电磁辐射(也就是光)都是连续的,并可进行能量的无限分割。

所以当时整个科学界都很难理解和接受他的这个观点,而量子理论的创始人普朗克自己对爱因斯坦的光量子理论也持不同意见,这一点表现在他推荐爱因斯坦为普鲁士皇家科学院院士的联名信中:

“总而言之,我们可以说,在使近代物理学结出硕果的那些重大问题中,很难找到一个问题是爱因斯坦没有做过重要贡献的,在他的各种推测中,他有时可能并没有通过理性分析射中标的,例如,他的光量子假设就是如此,但是这并不能成为过分责怪他的理由,因为即使在最精确的科学中,也不可能不偶尔冒点风险去引进一个全新的基本概念。”

这些情况并未影响爱因斯坦以他的第一篇论文获得 1921年的诺贝尔奖,而直到 1923 年,康普顿的散射实验证实了光量子假设可圆满解释光电效应之后,科学界才停止对爱因斯坦本人及他的理论的嘲笑。

也就是从那之后,光更多地被认为是一种粒子,也就是光子,而非一种波。可是,电磁学理论所认为的光为波动的本质在很多情况下仍然解释得通,甚至比用粒子性理论解释更加合适。

事实上,根据所研究现象的不同,波动论和粒子论各有千秋。这个矛盾也将开辟物理学的一个全新领域——量子物理学。

第二篇论文

在第一篇论文寄出几周后,也还是在 5 月,他给《物理学年鉴》( Annalen der Physik)寄出了以布朗运动为主题的第二篇论文,并在 7 月发表。布朗运动又是什么呢?在一个装满热水的杯子里倒一些花粉,你将看到花粉在水中不规则运动、突然改变方向、明显停止运动、重新开始运动等。这种不规则的运动被称为布朗运动。

爱因斯坦深信原子真实存在,直到那时,原子对科学界来说还更多的是一个对方程有用的数学工具,而不是物理实体。假设热水是由很多不稳定的水分子组成的,水是热的,这些分子不稳定,到处移动,无规则地撞击花粉;爱因斯坦推论花粉的运动是碰撞的结果。爱因斯坦遇到的最大问题是需要结合热力学和经典力学来阐述他的观点,后者描述物体的运动,前者却研究大系统。

他开始效仿玻尔兹曼关于热力学理论的工作,也用数学方法证明他的直觉的正确性,而这些成果在当时还没被人们接受。他意外地得出一个“几乎的证据”——原子的真实性需要让· 皮兰通过无可辩驳的方式证明。另外,爱因斯坦通过这篇论文,证明了玻尔兹曼的理论成果与实验观察的完美一致性

爱因斯坦仅在几周内就第二次掀起了自然科学的革命。在和光打交道后以及几乎证明了原子的存在后,他只剩下通过时间和空间来完全引爆物理学基础的工作。

第三篇论文:《论动体的电动力学》

在文中他首次提出狭义相对论

6 月,就在他发表了他的前一篇关于布朗运动的论文几个星期之后,这篇论文——其出版当然是经由杰出的科学家小组审核通过的,这些科学家中包括了马克斯· 普朗克——还是比较容易读懂的,除了数学那部分。

我们需要理解的是,爱因斯坦所要表达的主旨就是,他仍然坚信,适用于宇宙的定律必须是优美的,宇宙的普遍规律也必须是优美的,一切都是和谐相通的。爱因斯坦是个唯美主义者,他并不认可以太,因为以太强调的是不对称;在力学中,所有的参照系都是一样的,任何东西都不是绝对的。

在电磁学中,应该也会有这种绝对静止的以太,但它不应与力学有所冲突。爱因斯坦不认可这些。而且他注意到,在传播光波这件事上,以太只会让事情变得更复杂,尤其让他生气的是,他曾在他的第一篇论文中成功证实光是由一种叫作光子的粒子构成的。他并没有责备他的那些所谓的同行——爱因斯坦原本是位于伯尔尼的瑞士联邦专利局的一名普通职工——想象出了以太这样一种物质的存在,他觉得并不需要这种物质,甚至觉得这是一个不好的思路,是时候忘记这种假设物质的存在了。就当如此。

于是,他所做的事就是证明了电磁波不需要媒介就能传播也正是这个理论奠定了电场理论的基础;之后,他也回答了所有洛伦兹和庞加莱用以太来回答的关于光波长度收缩和运动中的静电场的问题。他提出的是一个全新的关于时间和空间的理论,这正是我们所说的狭义相对论


本文选自《花点时间好奇一下》

,
    推荐阅读
  • 完美关系在那个台几点播出(你知道吗)

    接下来我们就一起去研究一下吧!完美关系在那个台几点播出当代都市题材电视剧《完美关系》的播出时间:2020年2月18日,首播平台:湖南卫视、爱奇艺、腾讯视频。若是VIP会员24点更新,非会员次日24点观看,2018年7月拍摄,由浙江金溪影视有限公司制作,制作周期12个月,该剧由安建导演,主演:黄轩,佟丽娅,陈数。

  • 堂哥的儿子是我的外甥还是侄子(堂哥的儿子是我的外甥还是侄子呢)

    亦称朋友的儿子,属于客套话,而哥哥的小孩其实就是弟兄的孩子,所以叫“侄子”最恰当不过。姑侄对称,与亲兄弟之子无关。在此之前,兄弟之子称为兄子和弟子,多用作亲属的“转述叙称”称谓。

  • 晨跑和夜跑哪个更减肥瘦身(晨跑和夜跑哪个减肥更快)

    但是对于减肥的人而言,还是要有所限制。

  • 施瓦辛格成功绝非偶然(从穷小子到国际巨星)

    在加入美国国籍后,他就报名参加了美国举办的国际健美比赛,而在本场比赛上,施瓦辛格凭借着接近完美的男性身材而获得了比赛冠军,也因此得到了健美先生的称号。施瓦辛格心里一直有一个梦想——成为美国总统。施瓦辛格弃影从政,成功当选州长施瓦辛格在健美界和影坛所取得的成就也使得他闻名世界,他所积攒下的财富也使得他跻身亿万富翁。另外施瓦辛格还提出了使用清洁能源等政策,为此他还放弃

  • 汉服简介(汉服的介绍)

    与汉人一词类似,汉服中的“汉”字的词义外延亦存在着由汉朝扩大为整个民族指称的过程。汉服“始于黄帝,备于尧舜”,源自黄帝制冕服。定型于周朝,并通过汉朝依据四书五经形成完备的冠服体系,成为神道设教的一部分。汉服还通过华夏法系影响了整个汉文化圈,亚洲各国的部分民族如日本、朝鲜、越南、蒙古、不丹等等服饰均具有或借鉴汉服特征。

  • 山楂的保存方法(山楂的保存方法简述)

    下面内容希望能帮助到你,我们来一起看看吧!山楂的保存方法对于已经切开的山楂,想要保存可以放进盐水中,也可放在阳光下晾晒,让水分尽快蒸发掉。完整的山楂保存可以装入塑料袋中,扎紧袋口放进冰箱冷藏。在容器底部放一层细沙将山楂装入,再放一层细沙密封保存。最简单的方法是放入保鲜膜中,把里面空气放干净,密封袋口保存。

  • 象棋中的马怎么算撇脚(撇脚的具体情况如下)

    以下内容大家不妨参考一二希望能帮到您!象棋中的马怎么算撇脚比如马要向前跳!那马前面也就是马头上如果有棋子就是挡马脚!无论马往哪边跳!马前面有一颗棋子挡着,比如想向前跳,紧挨着马的正前方有一颗棋子,都叫撇脚马,同理,你想向左跳,紧挨着马的左方有一颗棋子也叫撇脚马。

  • 赘婿楼舒婉为什么要杀死家人 赘婿楼舒婉报仇了吗

    在对方强占檀儿时,被宁毅给撞见了,一向有仇必报的他,自然要将楼家给灭掉。之前宣威营的小头目绑走了苏檀儿,最终卖给了楼书恒。之后楼舒婉制作了防水衣送给了刘西瓜,刘西瓜又给了宁毅。之后宁毅发现了防水衣的秘密,急冲冲的跑到了楼家的布店,刚好撞见楼书恒在欺负苏檀儿。如此看来,这一切都是楼舒婉布下的局,就是为了弄死自己的哥哥和父亲。之后他的所作所为,都是为了报复自己之前遭遇的不公。

  • 自制瓷砖胶(瓷砖胶配方及制作方法)

    接下来我们就一起去研究一下吧!自制瓷砖胶先将冷水按比例加入到容器内,开启搅拌机再将胶粉徐徐撒入,高速搅拌10-15分钟即为胶水。批重钙、滑石粉,每1000公斤水加107胶粉13-14公斤、杀菌防腐剂3公斤,或加入甲醛2.5-3公斤,制成胶水。批硅酸盐灰白水泥:每1000公斤水直接加入107胶粉10-11公斤,制成胶水。

  • 研教学评一体化(备教学)

    只有经历这一大循环的教学,才能呈现一种持续评价教与学的目标达成度、教与学的进步度、决定教与学的需求,并实现螺旋上升的态势,使教与学和质量评价更有意义。所以,在“备、教、学、评一体化”教学指导下的教学新格局,应该是一个高效的课堂。