爱因斯坦取得了什么成就?必须有时间和地点!谢谢你

爱因斯坦的科学生涯始于1900年冬天,当时他大学毕业后正处于失业的痛苦中。1

从900年到1904年,他每年都要写一篇论文,发表在德国物理杂志上。前两篇文章是关于液体的。

体表热力学和电解试图给化学一个力学基础。后来发现这条路不通,转而研究热学。

科学的力学基础,独立于J.W. Gibbs在1901年的工作,提出了统计力学的一些基本理论,190。

2到1904三篇论文都属于这个领域。1902的论文是从力学和概率论的规律来计算的。

导出了热平衡理论和热力学第二定律。1904的论文讨论了统计力学预言的涨落。

发现能量涨落(或系统的热稳定性)取决于玻尔兹曼常数。他不仅用这种水果

力学系统和热现象,并大胆应用于辐射现象得到辐射能的涨落公式,从而导出维恩势。

移民法。对波动现象的研究使他能够在1905年从事辐射理论和分子运动理论的研究。

重大突破。

1905的奇迹

从65438年到0905年,爱因斯坦创造了科学史上前所未有的奇迹。今年三月,他写了六篇论文。

在截至9月的半年时间里,我利用在专利局每天工作8小时之外的业余时间,在三个领域取得了四项成果。

划时代的贡献。

光量子

1905年3月写了论文《关于光的产生和转化的一个思辨观点》,普朗克提出1900。

将量子概念推广到光在空间的传播,提出了光量子假说,认为是:对于时间平均(

即统计平均现象),光线呈现波动;对于瞬时值(即波动),光表现为粒子。

。这是历史上第一次揭示微观物体的涨落与粒子的统一性,即波粒二象性。然后

物理学的发展表明,波粒二象性是整个微观世界最基本的特征。这篇论文还把L. Bo

玻尔兹曼关于“系统的熵是其状态概率的函数”的理论被命名为“玻尔兹曼原理”。存在

在论文的最后,他用光量子的概念通俗易懂地解释了光电现象,并推导出了光电子的最大能量。

和入射光的频率。这个关系用了10年才被R.A .密立根用实验证实。“因为他。

爱因斯坦获得诺贝尔物理学奖1921年。

分子运动论

1905年4月、5月、2月,他写了三篇关于液体中悬浮粒子运动的理论。这项运动是英国的植物。

学者R. Brown在1827首先发现了它,称之为布朗运动。爱因斯坦当时的目的是观察

由分子运动的涨落引起的悬浮粒子的随机运动可以用来确定分子的实际大小来解决问题

半个多世纪以来,科学家和哲学家一直在争论原子是否存在。三年后,法国物理学家j。

b .佩兰用精确的实验证实了爱因斯坦的理论预言。这让当时最坚决反对原子论的德国。

1908年,化学家、“能量学”创始人F.W .奥斯特瓦尔德主动宣布:“原子假说已经成为。

有坚实基础的科学理论。

创新时代的狭义相对论

1905年6月,爱因斯坦写了一篇长文《论运动物体的电动力学》,比较完整。

提出狭义相对论。这是他在10年酝酿探索的结果,很大程度上解决了19世纪的问题。

经典物理学的最终危机推动了整个物理学理论的革命。为了克服新的实验事实

旧理论体系之间的矛盾,以老一辈物理学家为代表,为了修补漏洞,提出来的。

众多的假设,结果使旧的理论体系更加捉襟见肘。爱因斯坦认为出路在于整体

理论基础发生了根本性的变化。从自然界统一的信念出发,他调查了这样一个问题:牛

动力学领域普遍成立的相对论原理(力学定律对任何惯性系都是不变的),为什么?

但在电动力学中没有?根据M .法拉第的电磁感应实验,这种不一致性显然是不存在的。

图像的固有问题必然在于经典物理学的理论基础。他从经验主义哲学家d .休谟那里学到了超验主义。

以及e .马赫对I .牛顿的绝对空间和绝对时间概念的批判,来自于对空间中两者的考察。

从分离事件的“同时性”入手,否定没有经验依据的绝对同时性,进而否定绝对。

对于时间、绝对空间和“以太”的存在,认为必须修正传统的时空观念。

。他把伽利略发现的机械运动的相对性这一具有普遍意义的基本实验事实推广到了万物。

所有物理理论必须遵循的基本原则;同时,“以太漂移”实验显示的所有光都被置于真空中

它总是基于一个基本事实,即某一速度c传播。保持相对性原理和光速不变

理论成立的同时,不同惯性系的坐标之间的变换不能再是伽利略变换,而应该是另一种。

这个变换类似于Lorenz在1904中发展的变换。事实上,爱因斯坦当时并不知道洛伦兹19。

2004年的作品,和他们最初提出的变换形式只在v/c的一次幂上是一致的;仙索

洛伦兹变换其实指的是爱因斯坦的形式。对于洛仑兹变换,空间和时间的长度不是

又是一样的,但是物理定律,包括麦克斯韦方程组都是一样的(协变)。原来的

对伽利略变换协变的牛顿力学定律,在洛仑兹变换下必须修改以满足协变。

。这种变换实际上是一种推广,把经典力学看成是相对论力学在低速下的一种极限。

情况。这样力学和电磁学就统一在运动学的基础上了。

质量能量当量

1905年9月,爱因斯坦写了一篇短文,物体的惯性和它所包含的能量有关吗?“,为相

该理论的一个推论揭示了质量(M)和能量(E)的等价性:E = MC ^ 2,从而解释了放射性元素。

元素(如镭)能释放大量能量的原因。质能等效与核物理和粒子物理有关。

理论基础也为20世纪40年代实现的核能释放和利用铺平了道路。

量子理论的进一步发展

爱因斯坦的光量子理论遭到了几乎所有老一辈物理学家的反对,甚至是最早提出的。

普朗克,第一个狂热支持狭义相对论的量子概念,直到1913才认真的以为是爱。

爱因斯坦的一个“错误”。尽管如此,爱因斯坦独自工作,坚持不懈地发展了量子理论。

开着。1906,他把量子概念推广到物体内部的振动,基本解释了低温下固体的比例。

热容量与温度的关系。1912年,他将光量子的概念应用于光化学现象,建立了光化学定律。

1916他发表了一篇论文《论辐射的量子理论》,综合了量子理论的发展成就,提出了一些关于它的想法。

辐射吸收和发射的统计理论来源于N Bohr 1913中的量子跃迁概念。

辐射公式。本文提出的受激发射概念为60年代蓬勃发展的激光技术提供了理论。

基础。受光量子理论揭示的波粒二象性概念的启发,由L.V. de Broglietti在1923中提出。

物质波理论。这一理论首先得到了爱因斯坦的热情支持。不仅如此,他在1924收到印章的时候。

当读到年轻物理学家S·玻色关于光量子统计理论的论文时,他立即将其翻译成德文,并推荐发表。

将这一理论与物质波概念相结合,提出了单原子气体的量子统计理论。这是关于

整数自旋粒子服从的玻色-爱因斯坦统计(见量子统计)。通过爱因斯坦的工作

启示,e .薛定谔把德布罗意波推广到束缚粒子,在1926建立了波动力学(参见表象理论

,量子力学)。因此,美国物理学家A. Pais认为“爱因斯坦不仅是量子论的三位元老(指一般

弗兰克、爱因斯坦和爱伦坡),而他是波动力学的唯一教父。”M. Born还认为,“在

在征服量子现象荒原的斗争中,他是一位“先驱”和“我们的领袖和旗手”。

探索广义相对论的等效原理

狭义相对论建立后,爱因斯坦并不满足,试图将相对论原理的应用范围扩大到非相对论。

惯性系统。他从伽利略那里发现,引力场中的所有物体都有相同的加速度(即惯性质量和引力质量)

数量相等的古老实验事实找到了突破口,1907年提出等效原理:“引力场是参变量。

摄影系统的等效强度在物理上是完全等效的。“由此可见,在引力场中,时钟应该走得很快,

光波的波长要改变,光要弯曲。这一年,他的大学老师,著名几何学家h .明科夫。

斯基基提出的狭义相对论的四维空间表示为相对论的进一步发展提供了一个有用的数学工具。

可惜爱因斯坦当时没有意识到它的价值,还用上了。

继续探索的曲折历程

爱因斯坦认为等效原理的发现是他一生中最幸福的想法,但未来的工作非常艰难。

绕了一大圈。1911年,他根据等效原理和惠更斯原理计算出光线穿过太阳。

近挠度值为□。1912开头,他分析了刚性旋转圆盘,意识到自己在引力场中收获了多少。

什么不是严格有效的。同时,他还发现洛伦兹变换并不具有普适性,需要寻求更具普适性的变换关系。

;为了保证能量和动量守恒,引力场方程必须是非线性的;等效原理只存在于无穷小的区域。

有效。他意识到他在大学里学过的高斯曲面理论应该对建立引力场方程有用,但他对此并不熟悉

套数学工具,一时无法启动。1912 10 10月,他离开布拉格,回到位于苏黎世的母校工作。存在

在当时是母校数学教授的同学m .格罗斯曼的帮助下,他研究了黎曼几何和g。

Ritchie和T. Levi-Chevita的绝对微分学(即张量分析)。经过一年的努力,他们约定1913。

年,他发表了一篇重要论文《广义相对论和引力理论大纲》,并提出了规范场引力理论。这里

,用来描述引力场的不是标量,而是度规张量,即需要10个引力势函数才能确定引力场。

。这是第一次把引力和标度结合起来,让黎曼得到真正的物理意义。但是他们必须这么做

引力场公式只对线性变换是协变的,不具有广义相对论原理所要求的任何坐标。

变换下的协方差。这是因为爱因斯坦当时不熟悉张量运算,误以为只要坚持守恒。

定律,我们必须限制坐标系的选择,为了维护因果律,我们不得不放弃普适协变的要求。

科学成就的第二个高峰

1915到1917这三年,是爱因斯坦科学成就的第二个高峰期,类似于1905。

他还在三个不同的领域取得了历史性的成就。除了1915,最后还是作为人的思想建的。

除了历史上最伟大的成就之一的广义相对论,在1916年,辐射的量子论也像以前一样被做出来了。

上面提到的重大突破,1917开创了现代科学宇宙学。广义相对论的建立和废弃

广义协变要求的错误让爱因斯坦继续走了两年多的弯路,直到7月1915之后。

错误逐渐被人所知。回到泛协变的要求后,他集中精力在6月1915到6月110探索新的报价。

力场方程,6月4日,6月11,6月18,25向普鲁士科学院提交了四篇论文。在第一

在一篇论文中,他得到了满足守恒定律的普适协变引力场方程(见广义相对论),但补充道

一个不必要的限制是只允许酉变换。在第三篇论文中,根据新的引力场方程,推导出

计算出光线通过太阳表面的偏转应为□,是上一值的两倍;同时也计算出水星接近

太阳点每100年的剩余岁差值为43□,与观测结果完全一致,彻底解决了60多年的天文学难题。

学习一道大题给了爱因斯坦很大的鼓励。1915 165438+论文《引力的场方程》10月25日。

他放弃了对变换群不必要的限制,建立了真正普适的协变引力场方程,宣布“广义化”

相对论作为一种逻辑结构终于完成了。”与此同时,德国数学家d .希尔伯特在1915。

10月20日,165438+在哥廷根,也独立得到了普适的协变力场方程。在1916年的春天,爱因斯坦写道

摘要论文《广义相对论的基础》;同年年底,他写了一本很受欢迎的小册子《狭义》

和广义相对论。

重力波

爱因斯坦在1916年3月完成了广义相对论的总结,6月研究了引力场方程的近似积分。

当一个机械系统发生变化时,必然会发出以光速传播的引力波。他指出原子中没有辐射。

稳定轨道的存在是神秘的,无论是从电磁的角度还是从引力的角度。因此,“量子论不

只有麦克斯韦电动力学要转化,新的引力理论也要转化。“秋天,当他回到量子辐射的时候。

在拍摄问题时,他带着这个意图提出了自发跃迁和受激跃迁的概念,并给出了普朗克辐射公式

新的演绎。引力波的存在引起了一些科学家的反对,爱因斯坦也多次表达了对其存在和性质的担忧。

质量讨论。引力波太弱,无法被探测到,长期以来没有引起人们的注意。自20世纪60年代以来,

探测引力波的实验逐渐形成热潮,但都没有达到探测所需的最低精度。通过1974的分析

对已发现的射电脉冲双星PSR1913+16的周期变化进行了4年连续观测,并在1979公布了间接证明。

意识到引力波的存在。

宇宙学的创立

1917爱因斯坦利用广义相对论的成果研究整个宇宙的时空结构,发表了开创性的论文。

基于广义相对论的宇宙学研究。本文分析了“宇宙在空间中是无限的”

传统概念指出它与牛顿的引力理论和广义相对论不相容;事实上,人们没有

该方法给出了空间无穷远处引力场方程的合理边界条件。他认为可能的出路是看宇宙。

它是一个“空间(三维)体积有限的自我封闭的连续区域”。科学论证的推论

宇宙学在空间上是有限无界的,这是人类历史上一个大胆的创举,使宇宙学摆脱了纯粹的猜想。

确定性思辨,进入现代科学领域,是世界观的一场革命。根据当时对恒星的天文观测

速度很小的事实,爱因斯坦认为物质的分布是准静态的。为了保证这个条件,他正在介绍

一个未知的宇宙常数(宇宙项)被引入力场。在此期间,与爱因斯坦通信频繁

荷兰天文学家w·德西特提出了另一个平均质量密度为零的宇宙模型。1922苏联物理学家

A.A. Friedman指出宇宙项是不必要的,因此它直接来自爱因斯坦的原始结果。

物质密度非零的膨胀宇宙模型。爱因斯坦当时不同意,但一年后公开撤回错误。

错误的批评,承认弗里德曼的理论是正确的。由于1929年发现河外星系谱线红移,

宇宙膨胀理论得到了强有力的支持。1946后发展成大爆炸宇宙论,至今。

最成功的宇宙学理论。

统一场论的漫长而艰难的探索

广义相对论完成后,爱因斯坦仍然感到不满足,所以他要扩展广义相对论使之不满足

不仅包括引力场,还包括电磁场,也就是说要寻求统一的场论。他认为这是相对论。

在展览的第三阶段,不仅要统一引力场和电磁场,还要统一相对论和量子论。

共同为量子物理提供了合理的理论基础。他希望在他试图建立的统一场论中得到它。

没有奇点的解可以用来表示粒子,即试图用场的概念来解释物质的结构和量子现象。

。最初的统一场论是数学家H. Weil在1918年推广的。

对此,爱因斯坦表示赞赏,但指出这一理论给出的线素不是不变的,而是与之相伴的。

与历史有关,这与所有氢原子具有相同光谱的事实相矛盾。然后,数学家T.F.E .卡鲁查

1919年,他尝试用五维流形实现统一场论,得到爱因斯坦的高度赞扬。1922 Ain

斯坦完成的第一篇关于统一场论的论文是关于卡鲁查理论的。1925之后,爱因斯坦所有

全力以赴探索统一场论。最初几年,他非常乐观,胜利在望;后来发现很难。

感觉现有的数学工具不够用;1928后转纯数学的探索。他尝试了各种方法,

有时用五维表示,有时用四维表示,但没有得到真正有物理意义的结果。

在1925到1955的30年里,除了量子力学、引力波、广义相对论的完备性,

除了体育,爱因斯坦几乎把所有的科学创造精力都投入到统一场论的探索中。1937

2000年,在两位助手的合作下,他从广义相对论的引力场方程推导出了运动方程,进一步揭示了。

时空、物质和运动的统一是广义相对论的重大发展,也是爱因斯坦的。

科学创造活动的最后一个重大成果。然而,他从未成功地统一场论。

。他遇到过无数次失败,但他从未气馁,总是充满信心地从头开始。因为他离被忽悠还很远。

当时物理学研究的主流,独自去攻克当时没有条件解决的问题,加上他在量子力学的解决方案

在解释问题上,它与当时占主导地位的哥本哈根学派形成了鲜明的对立。因此,与20世纪20年代的情况相反。

他晚年在物理上非常孤立。但他依然无所畏惧,坚定不移地走自己认定的路。

探索真理的道路,直到他去世的前一天,他还在病床上准备继续他的统一场论的数学计算。

他在1948中意识到,“我无法完成这项工作;它会被遗忘,但将来会被重新发现

。“历史的发展没有辜负他,因为上世纪七八十年代的一系列实验有力地支持了弱电统一理论。

统一场论的思想以一种新的形式显示了它的生命力,并为物理学的未来发展提供了巨大的机遇。