爱因斯坦的人格魅力.doc

浅谈爱因斯坦对物理学的影响
长安十中 李江锋
在人类的历史上，曾经出现过这样一个人 ,他从小很不活泼，举止缓慢，三岁才还不会说话，直到九岁说话还不是很通畅。五岁的时候因为脾气狂躁把家庭教师给吓跑了，还用儿童锄头在自己妹妹的头上敲了一个“大窟窿”。在学校的表现也很差，不爱同人交往，十六岁上中学的时候甚至被训导主任以败坏学风、不守校纪的理由勒令退学，令人惊讶的是，紧接着，同年还报考瑞士苏黎世的联邦工业大学的工程系，不过以失败而告终……
光看这些令人尴尬的经历，很难想象，这个人就是现代物理的奠基人、思想家及哲学家、《相对论》的发明者、人类历史上最具传奇特色的物理学巨匠 、公认的20世纪最杰出的科学家阿尔伯特 ∙ 爱因斯坦（1879—1955）。爱因斯坦同样也是“质能关系”提出者，“决定论量子力学诠释”的捍卫者（振动的粒子），1999年12月26日，爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”, 20世纪改变历史的前100人。
所以要谈一下爱因斯坦对物理学的影响，恐怕这个绝对不是普普通通的影响，可以说爱因斯坦影响了20世纪乃至后来的整个物理学，甚至是人类的历史，这个影响长久而深远。下面就让我浅谈一下爱因斯坦对物理学的深远影响……
一．爱因斯坦对牛顿经典物理影响：
这个可以说是最巨大。首先，提起爱因斯坦，人们都知道他是《相对论》的创始者，所以要了解爱因斯坦对物理学界的影响不可不提以及第一个要提的就是他的著作《相对论》。然而，《相对论》讲的是什么，许多人就不太清楚了。在《相对论》刚刚问世的时候，据说，能看的懂的全世界加在一起只有12个，甚至有人说能真正看懂的，只有3个人。
《相对论》也许有点深奥，但却并不神秘。其实我们也可以通过通俗的语言和初等数学，对它作出浅显的解释，因为要知道爱因斯坦的影响，我们首先得稍微了解一下他的《相对论》
在一定意义上可以说，《相对论》是关于时间与空间的物理学知识理论。世界上的万事万物都在时间与空间中存在、变化，我们人也是如此。我们每个人在时间和空间上都是有限的，都受到一定的时间和空间的限制。《相对论》使我们进一步认识了时间、空间同物质、运动的关系，不仅使我们的时空观念，而且将使我们的生存时间和生存空间发生重大的跨越。《相对论》告诉我们，在高速运动的参考系里，时钟会变慢、长度会缩短。原来我们认为许多天体都离我们很远，我们要到那儿去旅行，花费的时间太长，以致于我们根本不可能实现这样的旅行。有了爱因斯坦的《相对论》我们便知道，当飞船的速度接近光速时，我们在飞船上就会觉得那些天体离我们并不是那么遥远，因为我们自身的新陈代谢也会变慢，所以飞到那儿的时间并不需要那么多。一句话，过去认为我们不可能飞到的天体，现在我们可以飞到了，这就是人类在时间与空间上的一种跨越。
《相对论》对物理学界的影响首先便是挑战了牛顿的“经典力学”。首先，我们知道，牛顿是经典力学的集大成者，这就是为什么我们把经典力学成为牛顿力学。经典力学就指出，所有运动物体都是在一定的时间、空间中进行的，而机械运动是物体位置的移动。位置涉及空间概念，移动涉及速度，涉及时间概念，所以时间、空间便成了牛顿力学的最基本的概念，牛顿力学必然同一定的时空关系相连。牛顿认为：“绝对的、真实的和数学的时间，尤其特性决定，自身均匀的流逝，与一切外在事物无关，又称延续。”因此，绝对空间的概念就是，其自身特性与一切外在事物无关，处处均匀，永不移动。然而，《相对论》的提出，挑战了牛顿这一观点。因为爱因斯坦的《相对论》认为，时空并不是绝对的，狭义相对论中说明，牛顿力学只是一种在低速情下的近似值，也就是说，是看你选择的是什么参考系。举个例子：如果你抱着一盆花在匀速跑（你当然和花是相对静止的），你看到花从没有到发芽开花这个过程需要时间为t；那么另外一个看到你以速度V跑的那个人，在他自己看来，花从发芽到开花这个同样的过程需要的时间是T，根据狭义相对论，T>≈t,而且满足一定的数学关系。然而你跑的速度越大，T与t的差距也将越大，无限接近光速以后，就会出现——T>>t。所以，《相对论》的提出，无形中将牛顿的经典力学变成那种属于特殊情况的一种，也就是“质量大+低速状态下”，这使得狭义相对论成为比牛顿力学更一般的理论。而且，我们所推导出的物理公式一般都要满足后者，即在洛伦兹时空变换下保持不变性。高中所学的物理公式是在牛顿框架下完成的，不满足狭义相对性，更一般的理论是在《电动力学》中有详细讲解，而且都会把公式变成具有狭义相对性的形式。我们也用这一条准则来判断我们所推导公式的正确性。
二．爱因斯坦的对光学物理的影响
其实早在爱因斯坦16岁时，爱因斯坦就了解到光是以很快速度前进的电磁波，于是他不由自主的产生了一个大胆的想法，如果一个人以光的速度奔跑，那么他将看到什么样一个景象呢？因为他将看不到任何前进的光，可能只能看到在空间里震荡却停滞不前的电磁场波。然而，这种事可能发生么？
因此他非常想去研究与光有关的问题。当时有一种光的传播介质是“以太”的这一说法，这个是由物理学家惠更斯提出的。后来，牛顿提出与其观点不同的学说，他认为光是由一大堆光粒子构成的，这些粒子由发光体发出后以直线运动形成微粒粒子流，最后冲击到人类的视网膜形成视觉。在18世纪，牛顿的这一学说是占了上风的，后来到了19世纪，光的波动说又占了优势，就是说光是一种波，根据波长和频率的不同形成五颜六色，其在真空中传播要依赖于“以太”这种介质。与此同时，电磁学也蓬勃发展，通过麦克斯韦、赫兹等人的共同努力，形成了电动力学，并从理论上将光和电磁现象统一起来，认为光就是一定频率范围内的电磁波，并将“以太”联系起来，因为“以太”不仅是光波的载体，也是电磁场的载体。后来，在19世纪，人们一直企图寻找“以太”，却始终未从实验中发现。在电动力学发展的过程中，经常遇到与牛顿所遵从的相对行原理不一致。关于相对性原理，早在伽利略和牛顿时期就已经有了。电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架，但在解释运动物体的电磁过程中却遇到了困难。按照麦克斯韦理论，真空中电磁波的速度，也就是光的速度是同一个恒量，然而照牛顿力学的速度加法原理，不同惯性系的光速不同，这就出现一个问题：适用于力学的相对性原理，是否仍适用于电磁学？在这一点提出的问题上，麦克斯韦与伽利略关于速度的说法很相悖。
19世纪理论物理学达到了巅峰状态，海王星的发现显示出牛顿力学的强大无比，电磁学与力学的统一使物理显示出一种形式上的完整，并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。在人们心目中，古典物理已经达到了近乎完美的程度。著名的德国物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于物理学，他老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学，不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科，太可惜了。”然而，后来的爱因斯坦似乎成为了将构建崭新的物理学大厦的人。在伯尔尼专利局得日子里，爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态，在许多问题上深入研究思考，形成了自己的见解，特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁场理论是完全正确的，但是有一个问题使他不安，这就是选为参照系的“以太”。通过研究发现，最终爱因斯坦认为：时间没有绝对的定义，时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。
爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立的相对论力学，指出质量是随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量是趋于无穷大。他并且给出了著名的质能关系式：E=mc2 ,这个公式后来为原子能事业起到了指导作用。
其实，爱因斯坦的《相对论》不仅具有高度的科学性，而且具有高超的艺术性。它既是十分重要的科学理论，有是人类科学思维的艺术珍品。《相对论》对人类的文明发展做出了重大的贡献。《相对论》已经创立了近一个世纪，但它至今仍然充满着无限的活力与魅力。如今，在众多的科幻系列影视作品当中，都可以看见爱因斯坦的《相对论》的身影，人们穿越时空回到过去，或者前往未来，都在以《相对论》中介绍了存在这样一个可能性的基本假设为依据，使如今的科幻电影寄托着人们对时空穿越的向往愈发强烈。加之，我们已经迈进21世纪。在科学技术日新月异、一日千里的今天，无论是哪个国家，无论是从事什么职业的人，如果不了解一点爱因斯坦和他的《相对论》，那实在是一种遗憾。虽然我是一名学艺术的学生，但是我感觉，了解《相对论》后对我的启示是非常大的，因为它带给了我无限美好的想象……