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愛因斯坦 1905年，阿爾伯特·愛因斯坦在一份德國科學(xué)雜志上發(fā)表了幾篇重要的數(shù)學(xué)方面的論文?，F(xiàn)在，這幾篇論文成了歷史上最重要的科學(xué)文件之一。該篇論文解釋了什么是“狹義相對論”。10年后，愛因斯坦又將“狹義相對論”發(fā)展為“廣義相對論”。愛因斯坦的相對論是用來解釋自然界的基本概念，包括時間、空間、質(zhì)量、運動和引力等。 阿爾伯特·愛因斯坦1879年出生在德國烏爾姆，其父開了一家制造電器的工廠，母親喜歡音樂和讀書。父母系猶太人，但他們不太遵守猶太族的教規(guī)。愛因斯坦是個文靜的孩子，喜歡獨處，很大才學(xué)會講話，書讀得也不太好。 愛因斯坦5歲時，父親給了他一枚指南針。當(dāng)發(fā)現(xiàn)指南針總是指向同一個方向北極時，他充滿了好奇。他問父親和叔叔是什么東西使得指南針總是指向同一個方向，讓孩子搞明白什么是磁力和引力顯然是很困難的。但是，愛因斯坦花了很長時間思考指南針，他覺得指南針的背后肯定隱藏著什么秘密。 愛因斯坦不喜歡上學(xué)，那時的德國學(xué)校不許學(xué)生提問，愛因斯坦說上學(xué)就像坐牢。有個故事說愛因斯坦告訴他的叔叔說他有多恨學(xué)校，尤其是數(shù)學(xué)。他的叔叔告訴他說：“解決數(shù)學(xué)難題就像警察抓小偷，警察不知道小偷是誰，稱小偷為X，用代數(shù)和幾何抓住他。” 愛因斯坦后來愛上了數(shù)學(xué)。當(dāng)同學(xué)們還在學(xué)習(xí)簡單的數(shù)學(xué)時，愛因斯坦已在攻讀復(fù)雜的計算數(shù)學(xué)了。他向同學(xué)們提了這樣一個問題：“如果人以光速飛行，會出現(xiàn)什么？” 愛因斯坦想當(dāng)數(shù)學(xué)和物理老師。他后來就讀于瑞士蘇黎世聯(lián)邦科技學(xué)院，并以優(yōu)異的成績畢業(yè)，但沒能找到一份教書的工作。于是，他在瑞士政府做了一名新發(fā)明專利審查員。這份工作很清閑，所以他有很多時間來思考一些科學(xué)理論。 愛因斯坦還是個孩子的時候，就做了他稱之為“思考的實驗”來試驗他的思想，他將頭腦當(dāng)作實驗室。到了1905年，他將自己的思想變成論文發(fā)表了。在一篇論文中，他說光以波和粒子的形成傳播，這個概念是量子論的重要組成部份。另一篇論文是關(guān)于懸浮在液體或氣體中的微小粒子的運動，這篇論文肯定了物質(zhì)的原子論。 在“狹義相對論”中，愛因斯坦說：“光速是恒定的，即：每秒近30萬公里。無論光從哪里來，也無論誰來測量光速，其速度都是恒定的。但是，時間可以改變，質(zhì)量也可以改變，還有長度也會變。這些取決你所處的位置與物體或?qū)嶒灥年P(guān)系。” 假如有兩艘飛船，每艘飛船上坐上一名科學(xué)家。一艘飛船是紅色的，另一艘飛船是藍色的，除了顏色以外，兩艘飛船完全相同，飛船穿越遙遠(yuǎn)的太空。兩位科學(xué)家都感覺不到飛船在動，他們都覺得是對方的飛船在動，而自己的飛船沒動。當(dāng)兩艘飛船高速飛行時，兩位科學(xué)家都以完全相同的方式同時做一項實驗，將一束光從飛船的地板上照到天花板上的一面鏡子上，鏡子又將光反射到了地板上。每艘飛船都有一扇窗，這扇窗讓兩位科學(xué)家彼此可以看見對方的實驗。藍色飛船上的科學(xué)家看見自己的那束光直上、直下。當(dāng)他看紅色飛船時，發(fā)現(xiàn)紅色飛船飛得很快，光束并不呈直上、直下狀態(tài)，而是呈顛倒的“V”字形。紅色飛船上的科學(xué)家看藍色飛船也是這樣，他們彼此發(fā)現(xiàn)對方的飛船時間變慢了。兩位科學(xué)家都是對的，因為時間的流逝與觀察者的位置有關(guān)系。他們彼此還發(fā)現(xiàn)對方的飛船比自己的飛船短了些。飛船飛得越快，對方的飛船看上去好像越短。雖然對方的飛船看上去短了，但是飛船的質(zhì)量卻增加了，飛船似乎變重了。這個理論很難被接受，但其他科學(xué)家通過實驗證明了愛因斯坦的理論是正確的。 “狹義相對論”發(fā)表10年后，愛因斯坦又發(fā)表了“廣義相對論”。“廣義相對論”將“狹義相對論”擴展到了正在加速的物體的運動，提出了關(guān)于引力和物質(zhì)與能量之間的密切關(guān)系的新理論。愛因斯坦的這一新理論建立在他1905年發(fā)表的“狹義相對論”關(guān)于質(zhì)量的概念上。 愛因斯坦相信：物體發(fā)光時，會失去質(zhì)量，因為光是一種能量。物質(zhì)和能量是相同東西的不同形成，這就是他著名的數(shù)學(xué)表達式：能量=質(zhì)量×光速2。這個公式說明了巨大的能量可以來自微小的物質(zhì)，也解釋了太陽為什么可以持續(xù)億萬年不斷地發(fā)出光和熱，并且還引導(dǎo)了原子能的發(fā)現(xiàn)。 在廣義相對論中，愛因斯坦說：“引力像時間一樣并不總是相同的。當(dāng)觀察者加（減）速飛行時，引力會變。來自很大物體的引力，如恒星，可以讓光波的路徑扭曲并偏向該物體。”這簡直令人難以置信。但是，到了1919年，英國科學(xué)家在一次日全食時證實了愛因斯坦的理論，愛因斯坦馬上聞名了全世界。 1921年，愛因斯坦榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。但愛因斯坦并不是因為相對論榮獲諾貝爾獎的，而是他發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)定律。這個科學(xué)定律解釋了光線照射在某些金屬表面后，這些金屬怎樣和為什么會放出電子。這個發(fā)現(xiàn)引導(dǎo)了現(xiàn)代電子學(xué)的發(fā)展，包括廣播電視。 1933年，希特勒在德國掌權(quán)后，愛因斯坦被迫移居美國并繼續(xù)從事科學(xué)研究。他就職于美國新澤西州普林斯頓高級研究所，并于1940年加入了美國國籍。 愛因斯坦是個名人，但你看不出他是個名人，花白的頭發(fā)又長又亂，穿著也很土氣。他拉小提琴或談?wù)摴ぷ鲿r，總是表現(xiàn)出內(nèi)在的喜悅。他的學(xué)生和朋友們說愛因斯坦總會用形象好懂的語言來解釋深奧的概念。 愛因斯坦持續(xù)25年潛心研究“萬物論”，他希望找到一種可以將物理學(xué)的各個不同部分連接起來的公共的數(shù)學(xué)表達式，但沒有成功。 （國家航天局網(wǎng)特約編譯/鄭明） 本文編輯：李遷 |
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