爱因斯坦带给大学生的思考.docx

摘要：提起爱因斯坦，人们更多的是想到他造福全人类的发明创作、他建立的高深物理理论。爱因斯坦及他的“相对论”对当今的大学生肯定不再陌生。但如果再深入研究，人们同样会惊讶地发现，他自己本身便已是一本高深莫测的书，必须要仔细研读，才能品味的出他那永不褪色的个人魅力。爱因斯坦带给大学生的思考 专业：经济统计学 41309019毛一舟 41309021 郝睿婕41309037 陈岚 41309029 谢鸣晓 41309063 王恒立目录独特的成长经历成就独一无二的他1一、家庭氛围为爱因斯坦插上科学的翅膀1二、爱因斯坦在少年形成完整的科学世界观3三、敢于挑战他人眼中的“权威”4相对论的建立过程所带给我们的启示：6启示一 相对论思想的基础：对世界的好奇和对知识的质疑6启示二 相对论得出的前提：能涵盖旧理论的新理论，才是革命性的7启示三 相对论提出的条件：在科学研究中坚持唯物主义9启示四 相对论提出的基础：善于把逻辑思维同直觉、想象紧密结合起来10结语11摘要：提起爱因斯坦，人们更多的是想到他造福全人类的发明创作和他建立的高深物理理论。爱因斯坦及他的“相对论”对当今的大学生肯定不再陌生。但如果再深入研究，人们同样会惊讶地发现，他自己本身便已是一本高深莫测的书，必须要仔细研读，才能品味的出他那永不褪色的个人魅力。独特的成长经历成就独一无二的他一、家庭氛围为爱因斯坦插上科学的翅膀充满自由，平等和开明的家庭氛围给从小极端喜欢孤独，幻想和思考的爱因斯坦插上了在科学界遨游的翅膀。爱因斯坦出生于一个犹太人家庭 ,父亲是个性情快活的小实业家，母亲是一个宫廷商人的女儿。从小双亲对爱因斯坦的教育就是遵循孩子的意愿，从来不用世俗的框架去约束他的行为，这样的家庭生活背景也是造就爱因斯坦成为科学巨人的重要因素之一。乐观开明的父亲，还有从不抱怨生活艰苦的母亲，因而家里常常充满了欢乐。少年时期的爱因斯坦成绩并不好，但是双亲却觉得“喂，不用那么担心。儿子现在只是对学校的规矩和机械性地灌输知识的方式不能理解。再长大些，明白社会上的事以后,就一定能应付自如了。 ”“ 是啊，我们现在怎么着急、上火也白搭。这个周末你有什么打算? ”“全家一起去郊游吧。虽然我也有一些工作急着要做，但放松一下也很重要。再说,孩子们也早就盼着了。”对于当时学业一塌糊涂的的爱因斯坦来说，父母不但没有用世俗的教育方式常识的框框去压制他，反而鼓励爱因斯坦去发掘未知的新奇的世界。爱因斯坦五岁时，父亲给了他一个指南针，夸张点说，这个指南针决定了他的一生，他曾在自传中描述道：“针以那种固定的方式摆动，是与日常事物的规律不吻合的，它一定是属于某个无意识的概念的世界的，这一经验给我留下深刻、持久的印象，我至今仍能记忆犹新。”爱因斯坦通过一个指南针就能思考出在这个世界上存在着一种与人力和人类社会的规则完全无关的伟大力量，父母的作用就是不但没有给他带去任何消极的影响，反而给了孩子一个发现科学的契机。孩子的才能并不是从小就能被发现，父母能做的就是不要把孩子的才能扼杀在摇篮里，但是遗憾的是，现在的父母又有多少能做到这一步呢？宽松自由的环境培养了他独立的个性。爱因斯坦走的不是一条循规蹈矩之路,他学习的 动力完全发自内心的需求。对于我们当代的大学生来说，缺少的就是独立地思索。思索自然之本性,是人类的“自觉需求”。爱因斯坦曾在自述中说 , 一个人的求知欲除了需要鼓励之外 ,首先需要自由没有自由它将不可避免地会夭折 。尽管遭遇两次退学, 但从小到大他都在父母的关怀和自己的坚持下,“自由自在地生活, 安排自己去学习那些适合于我求知欲和兴趣的东西”。这种自由的学习方式, 与我们从小的所接受应试教育正好相反也许我们可以向他学习，给自己自由思考的空间,让自己的独立的个性得以充分发挥,始终沿着自己的目标向前。二、爱因斯坦在少年形成完整的科学世界观人们常说,爱因斯坦是叛逆者和创造者,爱斯坦也称自己是流浪汉和离经叛道的怪人。但是他的叛逆和创造力都是来源于他从小就对事物充满了好奇心，爱问问什么，勇于探索,敢于创新。爱因斯坦是一位世界公认的天才人物，但少年时代的爱因斯坦与普通同龄的孩子相比 , 不仅没有什么特别的聪明之处, 而且在某些方面还不如当时的一些同龄的孩子们。爱因斯坦3岁时还不会说话。后来总算能说话了,却像一个小老头似的,从不喜欢玩耍。他特别讨厌活动身体,总是一个人呆坐着。偶尔兴致上来玩儿一会,也只是和比自己小2岁的妹妹玩儿。他一个朋友也没有。后来,他上了小学以后,他仍然没改少言寡语、行动迟钝、懒惰的坏毛病。学习成绩也不太好,尤其是背诵最差。在课堂上被老师点名叫起来回答问题时,就像一尊石像似地呆立着 , 一言不发。在中学阶段，爱因斯坦除了数学成绩出类拔萃外，其他各种成绩平平。爱因斯坦的记忆力较差，凡是对记忆有特殊要求的功课，成绩都不大好。可是，他会向老师提出一些稀奇古怪、无法解答的问题,受到了老师和同学的嘲笑,他却并不在意。“你呆在这里损害了全班学生对我尊敬，”他第七年级的老师约瑟夫狄根哈特博士愤怒地说。狄根哈特还曾断言：爱因斯坦“有这种性格缺陷永远不会有出息”，然而，这一性格缺陷成为了日后爱因斯坦做出种种发现的主要因素。爱因斯坦在中学毕业前夕因故被路提波德中学勒令退学。后来他从慕尼黑到瑞士的苏黎世,以同等学历投考苏黎世的联邦工业大学时,除数学成绩突出外,因其他各科成绩不好而未被录取, 以后,他到离苏黎世不远的阿劳镇的州立中学补习一年,再次投考联邦工业大学才被录取的。可见,少年时代的爱因斯坦,作 为一名接受正规学校教育的学生,实在没有表现出多少超过当时其他优秀中学生的地方。可是, 就在阿劳中学补习的这一年中,爱因斯坦却开始思索起光和以太的问题来了, 并在头脑中产生出这样一个奇怪的问题:如果一个人以光的速度跟着一道光线跑,他将看到什么呢?这个问题伴随着爱因斯坦读完大学,参加工作,在经过十年沉思和艰苦探索以后,终于在1905年创立了狭义相对论,开创了物理学的一次伟大的革命。而十年前突然想到的那个问题,这正是狭义相对论思想的萌芽。那么,作为一个掌握知识并不太多的十六岁的中学生,爱因斯坦怎么会产生这样一种思想呢?当爱因斯坦还是一个四五岁的孩子的时候,在他看到父亲送给他作为玩具的指南针总是以确定的方式行动的现象时,便感到十分惊奇并产生了强烈的好奇心，到他十二岁时,在他的叔叔的引导下亲自证明出了毕达哥拉斯定理,以及阅读了医科大学塔尔梅送给他的那本后来被爱因斯坦称为“神圣的几何学小书”的几何学教本,以及其他一些自然科学的通俗读物以后,就完全终止了对神学宗教的信仰。他说:“尽管我是完全没有宗教信仰的(犹太人)双亲的儿子,我还是深深地信仰宗教,但是,这种信仰在我12岁那年就突然中止了。由于读了通俗的科学书籍,我很快就相信, 圣经里的故事有许多不可能是真实的。”在他身上所体现出来的科学精神：勇于探索,敢于创新,提倡唯物,反对唯心坚持真理,破除迷信,实事求是,尊重客观规律的精神。有了这种精神,他才能勇往直前,不断前进,谁违背了这种精神,就会误人歧途,寸步难行。这样的科学钻研精神对我们当代大学生的启示是多方面的，培养自己对数学的兴趣,可以锻炼和发展我们的抽象思维能力,提高我们的逻辑思维水平；进行艺术熏陶，培养敏锐的直觉和丰富的想象力；改变目前普遍存在的灌注式的教育方式,保留一些长期得不到明确答案 的疑问和好奇心；鼓励自行选择课外的科学和哲学读物,有针对性和试探性地向某些理解能力学习能力较强的推荐一些比较高深的科学和哲学著作,学会自己去研读,从而训练和培养我们的自主精神和观察问题、思索问题、钻研问题的习惯等等,激发我们对科学的，艺术的和哲学的直觉和灵感。所有这些对于帮助我们确立自己的科学世界观,都具有极其重要的作用。三、敢于挑战他人眼中的“权威”“爱因斯坦决不是外星人，”哈佛大学物理学家、科学史家彼得.加里森笑着说。“他是他那个时代的人。”他所有发表于1905年的论文解决了当时其他科学家正多多少少在解决的问题，“如果没有爱因斯坦，其他科学家最终也会以某种形式撰写出这些论文来的”加里森相信。 1905年，不同寻常的是，爱因斯坦一个人撰写的五篇论文中他得出结论的方法既富原创性又显得不合常规。 例如：光电效应。这在20世纪初期的一道难题。当光照射到金属（如锌）上时，电子飞速飞离电子表面，这种现象只有当光的粒子集聚的程度足以把电子击撞松动的时候才会发生。 答案似乎很简单光是粒子。事实上，这是爱因斯坦1905年就提出的提出的解答，并因此于1921年获得诺贝尔奖。其他物理学家们，比如比爱因斯坦资历更深、经验更丰富的麦克斯.普兰克（从事研究相关的问题：黑体辐射），其研究结果正接近该问题的答案，但爱因斯坦捷足先登。为什么？ “在爱因斯坦的时代，如果你试图证明光由粒子组成，你就会发现自己与物理学家杰姆斯.克拉克.马克斯威尔持不同观点。没有人想挑战权威，”加里森说道。马克斯威尔的方程式把物理学中的电学、磁学和光学统一起来，获得了巨大的成功。麦克斯威尔毫无疑问地证明了光是电磁波。爱因斯坦豪不在乎权威。他不太反对别人要求他做什么，但是他不喜欢别人告诉他什么是正确的。 “在1905年，”加里森着重指出，“爱因斯坦刚刚获得博士学位，他不感激于论文导师或任何其他权威人士。” 回想起来，麦克斯威尔是正确的。光是一种波。但爱因斯坦也是对的。光是粒子。这种异乎寻常的二象性使爱因斯坦感到困惑。光怎么可能既是波又是粒子呢？爱因斯坦无法理解。 困惑并没有使爱因斯坦放慢探究的脚步。爱因斯坦不屑谨小慎微，他采用直觉跳跃思维作为基本工具。“我相信直觉和灵感，”他在1931年写道。“有时尽管不知道原因，但是我定是对的。” 反观处于大信息时代的我们，对于各种新事物的接受能力比较强，但同时也被各种观念想法禁锢，没有自己的见解，人云亦云，对于许多被限定的事物没有自己的思考，纯粹地接受，即使有疑问有好奇，也仅限于此，不会静下心来钻研。而正确的科研精神就应该是：每个人都有每个人看法，但别人说的不一定都是对的，我们要做的就是不要一味地听取别人的想法，自己不对问题进行深入的思索，又怎么知道他人的说法对不对呢？我们需要的是敢于问为什么，而不是是什么。学习学习，学了还要习，习就是练习，练习什么呢？练习的是原因，是为什么，只是接受知识，没有自己的独立思考，融会贯通，知识永远就只是书上的知识，不会变成自己的。相对论的建立过程所带给我们的启示：爱因斯坦离开我们很长时间了，但他的相对论思想和弯曲时空宇宙观至今还影响着很多人。尤其是对于喜欢天文的爱好者和科学家，并为他们进一步探索宇宙和未来宇宙的奥秘指引着方向。对于相对论，我们并未有很深刻透彻的研究，因此并不能够得出一个能够让人信服的定义，只是从网络和高中所学知识中得到一些对相对论的浅薄认识，首先，“相对论是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，依其研究对象的不同分为狭义相对论(特殊相对论)和广义相对论(一般相对论)。相对论的基本假设是相对性原理，即物理定律与参照系的选择无关。狭义相对论和广义相对论的区别是，前者讨论的是匀速直线运动的参照系（惯性参照系）之间的物理定律，后者则推广到具有加速度的参照系中（非惯性系），并在等效原理的假设下，广泛应用于引力场中。相对论颠覆了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“时间和空间的相对性”、“四维时空”、“弯曲空间”等全新的概念。”作为财经类院校的大学生，或许大家没有那么大的兴趣去完全透彻理解相对论的所有理论，但是我们仍然可以从相对论的建立过程中得到很多它带给我们的特有的启示。启示一 相对论思想的基础：对世界的好奇和对知识的质疑幼年时的爱因斯坦比同龄孩子显得要笨,3岁还不太会说话,5岁话还说不清楚,曾被医生认为发育不正常。上小学时,听老师讲课感到十分吃力,老师提的问题常常回答不上来。然而,正是这样一个看似木讷的孩子,却经常提出一些连老师也回答不上来的问题。原因在于,他对世界中所有事物都有强烈的好奇心,对新事物尤其敏感,具有强烈的求知欲,总爱盘问 为什么。四、五岁时,他曾对指南针为什么能指示方向感到惊奇,认为一定有什么东西深藏在它后面;12岁时,他曾对欧几里德几何学证明定理的明晰性和可靠性感到惊奇,很想刨根问底弄清几何学为什么如此神奇。源于对世界和学问的好奇与质疑,促使爱因斯坦如饥似渴地读书,天马行空地思考问题。他16岁时,就开始思考一个问题:追光悖论。爱因斯坦一开始得出的结论就是:“ 我直觉地看来就很清楚,从这样一个观察者的观点来判断,一切都应当像一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样的一些定律进行。这个悖论已经包含着狭义相对论的萌芽。为了彻底明晰地解决它,爱因斯坦为此沉思了10年,终于创立了狭义相对论。晚年在普林斯顿,当有人问起他为什么能够创立相对论时,他非常谦虚地说: 由于我智力发育迟,对于时空问题,别人很小就弄清楚了,我长大了还没弄清楚,于是一直在揣摩,因此就比别人钻研得要深些!”正是这种对事物的好奇和对人类已有知识的质疑,造就了爱因斯坦,成为他不断追求科学创新的内在动力,引导他提出和解决前人不可能提出和解决的问题。启示二 相对论得出的前提：能涵盖旧理论的新理论，才是革命性的众所周知 1905年爱因斯坦发表狭义相对论论文时，不过是个专利局的小职员，默默无闻的天才掀起了科学的革新。但这样理解爱因斯坦的故事，风险很大。因为你很容易认为自己是个默默无闻的天才。很多人都这么自欺欺人，他们常给一些成名科学家发邮件阐述爱因斯坦理论的错误，甚至说迄今所有已知的科学都是错误的，只有他们是正确的。他们说没有人相信爱因斯坦，总而言之就是让你相信他们才是正确的。爱因斯坦的伟大成就让很多人相信，自己也是埋没于尘世的无名天才。事实上世界上有各种各样的专利文员 不过大多数都不是爱因斯坦。想知道一篇文章值不值得阅读其实很简单。如果它没什么价值，作者会告诉你，所有已知的科学都是错误的，我这个是革命性的。他们说爱因斯坦是错的。但是爱因斯坦并没有说牛顿是错的，因为那不是事实，革命性的东西并不是这样的。从爱因斯坦创立狭义相对论过程看,他能取得如此巨大的成就,还与他认真学习并借鉴前人的思想和学问密不可分。他吸收了马赫、彭加勒等的思想,抛弃了绝对运动的观念;他还从麦克斯韦、赫兹、基尔霍夫、洛仑兹等老一辈物理学家的著作中,掌握了电磁理论发展的脉搏,获得了重要思想启迪,明晰了当时所面临困境的实质所在。爱因斯坦能从前人的思想中获得启迪,找到走出困境的突破口,还和离不开他对哲学非常感兴趣。学生时代,他阅读了马赫的力学及其发展的历史批判概论(简称力学史)一书。在这本书中,马赫对机械自然观和经典力学基本概念的尖锐批判,给爱因斯坦留下深刻的影响。另外,他阅读了彭加勒的科学与假设和毕尔生的科学规范。这两本书同样对经典力学的基本概念进行了批判,指出了经典力学的根本缺陷。与此同时，他经常同一些志同道合的朋友讨论与科学有关的哲学问题,如斯宾诺莎关于自然界和谐统一的思想、休谟的时空观、康德的先验论等,所有这些都使爱因斯坦受益非浅。出于对自然现象的好奇和对人类已有知识的质疑,他如饥似渴地学习赫兹、基尔霍夫、洛仑兹等老一辈物理学家的著作,真正掌握了麦克斯韦电磁理论,并在认识论和方法论上得到了有益的启示,也认识到了经典电磁理论的局限性。通过系统钻研洛伦兹的著作,爱因斯坦的科学思想有了质的飞跃,他坚信:“试图把力学基本概念归结为电磁学的基本概念,或者把电磁学基本概念归结为力学基本概念,都走偏了方向,不可能获得成功,要把二者统一起来,必须另辟蹊径。”如果一个人想提出新的理论，要涵盖旧理论，新理论可以推导出旧理论。要知道，牛顿理论已经流传几百年了，在各种情况下基本都是正确的。所以不管他的新理论是什么，首先必须涵盖所有旧理论中正确的部分，所以他并不是去颠覆牛顿理论，他要做的是去证明，牛顿理论不过是一个更大型理论的一小块。而这个更新更大的理论，它包含新数据，解释了一些新情况，同时并没有颠覆现存理论中正确的那部分。而这正是那些自诩天才者所不知道的，所以如果看到能颠覆整个科学的说法，那一定是错误的，因为现存的科学大多数都是正确的。一个人提出的理论要涵盖它们，并且走得比它们更远，但不是去颠覆已知科学。这个地球可不会因为谁有什么新思想而偏离开普勒轨道吧。启示三 相对论提出的条件：在科学研究中坚持唯物主义爱因斯坦自小信仰宗教,但持续的时间很短,在12岁时,他就中止了宗教信仰。晚年,他在回忆录自述中写道: 由于读了通俗的科学书籍,我很快就相信,圣经里的故事有许多不可能是真实的。这种经验引起了我对所有权威的怀疑。他还说: 可以说,上一世纪所有的物理学家,都把古典力学看作是全部物理学，甚至是全部自然科学的牢固和最终的基础。是马赫,在他的力学史中冲击了这种教条式的信念;当我是一个学生的时候,这本书正是在这方面给了我深刻的影响。我认为马赫的真正伟大,就在于他的坚不可摧的怀疑态度和独立性。正是受马赫的影响,爱因斯坦对牛顿力学的绝对时空和绝对运动进行了深刻的批判反思。爱因斯坦不相信宗教,怀疑权威和教条,但却坚信 在我们之外有一个巨大的世界,它离开我们人类而独立存在,它在我们面前就像一个伟大的谜,然而至少部分地是我们的观察和思维所能及的!坚信 相信有一个离开知觉主体而独立的外在世界,是一切自然科学的基础。在爱因斯坦创立狭义相对论以前,在对麦克斯韦方程的理解上,物理学家们普遍认为,光就是一种电磁波,正如同声的传播需要介质一样,电磁波作为一种波,传播同样需要介质,可以姑且把这种介质称之为 以太。这样, 以太就成了解释电磁现象不可缺少的概念。但 以太真的存在吗?除了能传播电磁波,它还具有其他什么属性?对此,科学家们并不清楚,洛仑兹曾赋予 以太绝对静止的属性。1887年,美国实验物理学家迈克尔逊和化学家莫雷进行了著名的以太漂移实验,得出了与人们的企望相反的 零结果,证伪了以太假说,作为经典理论学立论基础的绝对时空和绝对运动,也因此岌岌可危。对这一 零结果,爱因斯坦给出的解释是,电磁波是电磁场的表现形式,电磁场本身就是一种客观实在,电磁波的传播不需要借助于其他介质,所谓的 以太!并不存在。这也是他创立狭义相对论的立论基础之一。由此可见,狭义相对论的创立与他坚持唯物主义是密不可分的。在创立相对论以后,针对种种不解和质疑,爱因斯坦的态度也完全是唯物主义的,他说: 哪怕有一个事实证明相对论是错误的,我就马上放弃它。启示四 相对论提出的基础：善于把逻辑思维同直觉、想象紧密结合起来爱因斯坦之所以能创立狭义相对论,与他在研究中运用独特的科学方法是分不开的。他把这种科学方法称之为 探索性的演绎法。也就是人们现在常说的直觉演绎法。在西方,演绎法的形成可上溯到古希腊。古希腊百科全书式的学者亚里士多德曾对归纳和演绎这两种逻辑方法进行过开创性的系统研究,并且十分推崇演绎推理,认为其价值要远远高于归纳推理。古希腊数学家欧几里得的几何原本就是最早运用演绎推理构建知识体系的典范。牛顿在他的划时代名著自然哲学的数学原理中,采用演绎法构建了他的经典力学体系。甚至近代哲学家斯宾诺莎最主要的哲学著作伦理学,也是用演绎推理写成的,即先提出一些公理,然后再用公理证明定律,最后构建出一个完整的体系来。爱因斯坦非常重视演绎推理,他强调: 科学是这样一种企图,它要把我们杂乱无章的感觉经验同一种逻辑上贯彻一致的思想体系对应起来。并指出: 在任何理论著作中,导出结论的逻辑演绎几乎占据了全部篇幅。但爱因斯坦的探索性的演绎法，决不是传统演绎法的简单运用。他顺应当时物理学革命的需要和方法论发展的趋势,在自己的科研实践中,对演绎法作了重大发展,赋予了新的内容。与传统演绎法相比,爱因斯坦的探索性的演绎法的鲜明特色在于:全面阐明了科学理论应有的体系结构,准确把握了理论思维同感觉经验的关系,充分肯定了约定在建构理论体系中的重要作用。提出了概念是思维的自由创造、 范畴是自由的约定等观点,详细阐发了从感觉经验到基本概念和基本原理的非逻辑途径,强调了直觉在这一创造性思维过程中的关键作用。创立狭义相对论的过程中,爱因斯坦丰富的想象力也发