大学物理结课小论文

1、爱因斯坦和相对论摘要 :介绍爱因斯坦生平及其创立相对论时代背景 , 阐述相对论 对科学界的影响 , 分析爱因斯坦的成功因素。关键词:阿尔伯特爱因斯坦 ;相对论;创立1921年的诺贝尔物理学奖授予了德裔瑞士物理学家阿尔伯特爱 因斯坦, 以表彰他光电效应的研究, 研究推动了量子力学的发展。 但 爱因斯坦却未因相对论而获得诺贝尔物理学奖, 只因当时身为诺贝尔 奖评审团成员、 1911年诺贝尔医学奖得主加尔斯特兰德认为,相对 论应接受时间的考验,致使爱因斯坦连年落选。而以“表彰他光电效 应的研究颁发 1921年诺贝尔物理学奖”只是瑞典皇家科学院成员、 年 轻的奥森于 1921年提出一项折衷方案,才打破

2、爱因斯坦是否能因相 对论的提出而获得诺贝尔物理学奖的僵局。而如今, 经受住了实践和历史的考验, 是人们普遍承认的真理, 无论是在量子力学还是天体结构和演化的研究都有极其重要的意义, 对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。 1 爱因斯坦的生平1879年 3月 14日,爱因斯坦出生在德国乌尔姆市班霍夫街。父 母都是犹太人。1900年 8月毕业于苏黎世联邦工业大学; 12月完成论文由毛 细管现象得到的推论,并发表在莱比锡物理学杂志。 1901年 5-7月完成电势差和热力学理论的论文。 1902年 6月,被瑞士伯尔 尼专利局雇佣。 1904年 9月,由专利局的试用人员转为正式三级技

3、术员。 1905年 3月,发表量子论,提出光量子假说,解决了光电效应问题。 4月向苏黎世大学提出论文分子大小的新测定法,取得 博士学位。 5月完成论文论动体的电动力学,独立而完整地提出 狭义相对性原理。 1906年 4月,晋升为专利局二级技术员。 11月完 成关于固体的量子论的第一篇论文固体比热的论文。 1908年 10月兼 任伯尔尼大学编外讲师。 1909年 10月, 离开伯尔尼专利局, 任苏黎 世大学理论物理学副教授。 1910年 10月, 完成关于临界乳光的论文。 1912年提出“光化当量”定律。 1913年返德国任柏林威廉皇帝物理研 究所长和柏林洪堡大学教授,并当选为普鲁士科学院院士。

4、 1915年 11月,提出广义相对论引力方程的完整形式,并且成功地解释了水 星近日点运动。 1921年,因光电效应研究而获得诺贝尔物理学奖, 推动了量子力学的发展。 1955年 4月 18日在医院逝世, 享年 76岁。 他作为现代物理学的开创者和奠基人,相对论“质能关系”的 提出者,“决定论量子力学诠释”的捍卫者,将他毕生的心血与精力献 给了科学事业,被美国时代周刊评选为“世纪伟人”。2 相对论的创立背景在十九世纪末、二十世纪初,由牛顿力学、热学、光学及电磁学 构成了经典物理学的基础, 并引发了以蒸汽机和内燃机、 电气化和电 磁波通讯为代表的两次工业革命,促进了生产力的发展。当时许多物理学家仰

5、望着已经建成的“物理大厦” , 沉浸在喜悦与 胜利之中,认为,对物理现象的本质的认识似乎已经完成,而后人只 需要对这座“物理大厦”做一些修补工作,享受这些物理成果。然而, 就像是汤姆逊所指出的“在物理学晴朗天空的远处有两朵令人不安的乌云,物理学的“优美性和明晰性”被这两朵乌云遮蔽得黯然失色了” 。 其中一朵乌云 -紫外灾难,是指用于计算黑体辐射强度的瑞利-金斯 定律在辐射频率趋向于无穷大时计算结果和实验数据无法吻合的物 理史事件。而“紫外灾难”最终由德国物理学家马克斯普朗克在 1900年提出能量量子化假说,用以解释“紫外灾难” , 从而开创了量子力学 的时代。而另一朵乌云就是“以太危机” 。

6、所谓“以太” , 实际源于希腊, 是指组成天上物体的基本元素。 最先由笛卡尔在十七世纪将其引入科 学, 用以表示光的传播媒介。 那时的物理学家认为光的传播与声波其 他等波一样,需要介质作为传播载体。这便导致了光的介质“以太”的 提出。 到十九世纪, 以太学说在惠更斯等物理学家的支持下大大发展, 与牛顿认为的“光是直线运动的粒子流”假设相比更占了上风。然而直 至十九世纪末,人们也未找到“以太”这种物质。而“以太危机” , 光作为 一种电磁波,其恒定的速度无法用牛顿力学的速度加法原理来解释。 这时的物理学界需要一种新的学说在逻辑上来达到“优美性和明晰性” 的统一,以解决这一矛盾。 这正导致了相对论

7、的提出,相对论的提出 不仅否定了“以太”学说,也揭示了牛顿经典力学的局限性 -牛顿力学 只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。3相对论的提出正如爱因斯坦所说的“我是怎样产生相对论思想的?这是一个很 难回答好的问题” , “一个新的想法会突然出现, 不知道从哪儿冒出来”。 而且,在他的演讲之中,也只是说“我只能简单的回顾一下与这个问 题直接有关的思想发展过程” 。爱因斯坦曾经也对“以太”这一物质深信不疑,光通过以太传播, 地球在以太中运动。然而,当时没有关于以太流动的实验数据。当时 的爱因斯坦打算亲自设计实验验证以太的流动性。 他考虑用与地球运 动平行和逆平行的单一源反射光, 再用两根热电偶测

8、得反射束之间的 能量差。这一实验设计与迈克尔逊实验十分相似。当时的爱因斯坦已经了解了迈克尔逊实验的奇怪结果, 他提出了 这样大胆的设想:“如果我们把迈克尔逊的实验结果认为是事实的话, 那么我们关于地球相对于以太的运动的想法就是不正确的” 。 之后爱因 斯坦又发现假设麦克斯韦和洛伦兹的电动力方程在运动参考系中也 成立, 得到光速不变的概念同经典力学中速度相对法则互相矛盾。 而 后,在朋友贝索的帮助下, 修改了洛伦兹的思想,并提出了一新概念 “时间不可能绝对地有限,时间与信号传播速度之间有一个不可分割 的关系” 。 在这一对时间的全新概念下, 爱因斯坦花了五个星期完成了 狭义相对论,写出了论动体的

9、电动力学一文,在运动学的基础上 把牛顿力学和电磁学统一起来了。而对于广义相对论, 是爱因斯坦在两年之后突然想到的。 广义相 对论的创立是为了去除狭义相对论受到的对于彼此以恒速运动参考 系的这一约束。 狭义相对论和万有引力定律, 都只是广义相对论在特 殊情况之下的特例。 狭义相对论是在没有重力时的情况, 而万有引力 定律则是在距离近、引力小和速度慢时的情况。4 相对论对科学界的影响相对论的提出，彻底打破了牛顿经典力学在人们头脑中的思维定势， 否定了绝对时空观，揭示了质量和能量内在的联系。在逻辑上统一了 物理学，使经典物理学成为一个完美的体系。 相对论理论已经深入 到宇宙学、天体物理、高能粒子物理

10、等领域，对其领域的创新发展起 到了不可磨灭的影响。 5 爱因斯坦成功的因素 对于爱因斯坦，成功的秘诀是一则公式-“A=X+Y+Z”，所谓 X 就 是努力工作， 是懂得休息， 是少说废话， Y Z 最后恒等的 A 就是成功。 有人形容“爱因斯坦的思想就像一条湍急的河流，一颗不停的流 动着”。所谓努力工作，也许就是不要让你的思想停歇。 然而，现代人意识到，不是每个遵守“A=X+Y+Z”法则的人都会成 功，也并不是每个遵守这个法则的人都可以创造出相对论。人们尝试 着从生理学上找到其原因。 经科学测得爱因斯坦的智商是 187，比正常人高出了许多倍。爱 因斯坦的智商已开发出来了百分之 20,而我们正常人的大脑只开发了 百分之 5 左右。这也许才是爱因斯坦智慧优于常人的原因。 自 1955 年爱因斯坦逝世后，人们通过对其大脑切片和照片的研 究发现，爱因斯坦大脑皮层有十几处异于常人。 一些科学家猜想“爱因斯坦等德系犹太人的高智商或许是他们备 受迫害的历史所造成的”，进