牛顿与爱因斯坦

牛顿与爱因斯坦第1页，课件共28页，创作于2023年2月

同样的眼神，不同的世界牛顿PK爱因斯坦第2页，课件共28页，创作于2023年2月艾萨克·牛顿国籍：英格兰出生地：英格兰林肯郡出生日期：1964年1月4逝世日期：1727年3月31日职业：科学家，物理学家，数学家，哲学家荣誉：英国皇家学会会长、法国科学院会员个人简历：牛顿1661年进入剑桥大学三一学院，1665年因鼠疫回到家乡，1669年任卢卡斯讲座教授，1672年，29岁的牛顿当选为皇家学会会员，1689年当学国会中的大学代表。作为国会议员，牛顿逐渐开始疏远给他带来巨大成就的科学。1703年担任皇家学会会长，1705年牛顿被封为贵族。

阿尔伯特·爱因斯坦国籍：美国、瑞士双重国籍出生地：德国乌尔姆市出生日期：1879年3月14日逝世日期：1955年4月18日职业：物理学家，思想家，哲学家荣誉：诺贝尔物理学奖个人简历：爱因斯坦1900年毕业于苏黎世联邦理工学院，入瑞士国籍。1905年获苏黎世大学哲学博士学位。曾在伯尔尼专利局任职，在苏黎世工业大学、布拉格德意志担任大学教授。1913年返德国，任柏林威廉皇帝物理研究所所长和柏林洪堡大学教授，并当选为普鲁士科学院院士。1933年因受纳粹政权迫害，迁居美国，任普林斯顿高级研究所教授，从事理论物理研究，1940年入美国国籍。第3页，课件共28页，创作于2023年2月

牛顿的成就

力学方面的贡献

牛顿在伽利略等人工作的基础上进行深入研究，总结出了物体运动的三个基本定律（牛顿三大定律）：第一定律（惯性定律）任何一个物体在不受任何外力或受到的力平衡时，总保持匀速直线运动或静止状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。第二定律物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。第三定律两个物体之间的作用力和反作用力，总数同时在同一条直线上，大小相等方向相反

第4页，课件共28页，创作于2023年2月这三个非常简单的物体运动定律，为力学奠定了坚实的基础，并对其他学科的发展产生了巨大影响。第一定律的内容伽利略曾提出过，后来R.笛卡儿作过形式上的改进，伽利略也曾非正式地提到第二定律的内容。第三定律的内容则是牛顿在总结C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的结果之后得出的。牛顿是万有引力定律的发现者。在开普勒行星运动定律以及其他人的研究成果上，他用数学方法导出了万有引力定律。牛顿把地球上物体的力学和天体力学统一到一个基本的力学体系中，创立了经典力学理论体系。正确地反映了宏观物体低速运动的宏观运动规律，实现了自然科学的第一次大统一。第5页，课件共28页，创作于2023年2月

数学

牛顿为解决运动问题，才创立这种和物理概念直接联系的数学理论的————微积分。微积分的创立是牛顿最卓越的数学成就。与此同时，他还在1676年首次公布了他发明的二项式展开定理。牛顿利用它还发现了其他无穷级数，并用来计算面积、积分、解方程等等。1707年，牛顿的代数讲义经整理后出版，定名为《普遍算术》。他主要讨论了代数基础及其(通过解方程)在解决各类问题中的应用。第6页，课件共28页，创作于2023年2月光学他用三棱镜研究日光，得出结论：白光是由不同颜色(即不同波长)的光混合而成的，不同波长的光有不同的折射率。牛顿的这一重要发现成为光谱分析的基础，揭示了光色的秘密。他创立了光的“微粒说”，从一个侧面反映了光的运动性质

热学牛顿确定了冷却定律，即当物体表面与周围有温差时，单位时间内从单位面积上散失的热量与这一温差成正比。

天文学牛顿1672年创制了反射望远镜。

哲学牛顿的哲学思想基本属于自发的唯物主义，他承认时间、空间的客观存在《自然哲学的数学原理》牛顿最重要的著作，1687年出版。该书总结了他一生中许多重要发现和研究成果，其中包括上述关于物体运动的定律。他说，该书“所研究的主要是关于重、轻流体抵抗力及其他吸引运动的力的状况，所以我们研究的是自然哲学的数学原理。”第7页，课件共28页，创作于2023年2月

爱因斯坦的成就

相对论

相对论的提出是物理学领域的一次重大革命。它否定了经典力学的绝对时空观，深刻地揭示了时间和空间的本质属性。它也发展了牛顿力学，将其概括在相对论力学之中，推动物理学发展到一个新的高度。

狭义相对论：狭义相对论所根据的是两条原理：相对性原理和光速不变原理。对于一切惯性系，运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律，它们的形式都是相同的，这就是相对性原理，严格地说是狭义的相对性原理。相对论认为，光速在所有惯性参考系中不变，它是物体运动的最大速度。由于相对论效应，运动物体的长度会变短，运动物体的时间膨胀。但由于日常生活中所遇到的问题，运动速度都是很低的（与光速相比），看不出相对论效应。爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大。他并且给出了著名的质能关系式：E=mc^2，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。第8页，课件共28页，创作于2023年2月广义相对论1916年，爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》，在这篇文章中，爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论，将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理，并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。爱因斯坦的广义相对论认为，由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲，而引力场实际上是一个弯曲的时空。广义相对论的第二大预言是引力红移，即在强引力场中光谱向红端移动，广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转。第9页，课件共28页，创作于2023年2月第10页，课件共28页，创作于2023年2月

光电效应1905年，爱因斯坦提出光子假设，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理奖。光照射到金属上，引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应（Photoelectriceffect）。宇宙常数爱因斯坦在提出相对论的时候，曾将宇宙常数（为了解释物质密度不为零的静态宇宙的存在﹐他在引力场方程中引进一个与度规张量成比例的项﹐用符号Λ表示。该比例常数很小﹐在银河系尺度范围可忽略不计。只在宇宙尺度下﹐Λ才可能有意义﹐所以叫作宇宙常数。即所谓的反引力的固定数值）代入他的方程。第11页，课件共28页，创作于2023年2月经典力学总结了低速物体的运动规律，它反映了牛顿的绝对时空观。绝对时空观认为时间和空间是两个独立的观念，彼此之间没有联系，分别具有绝对性。绝对时空观认为时间与空间的度量与惯性参照系的运动状态无关。牛顿认为“绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着，而a且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着”；“绝对的空间，就其本性而言，是与外界任何事物无关而永远是相同的和不动的”。这就是牛顿力学的“绝对时间”和“绝对空间”。牛顿关于“绝对空间”和“绝对时间”的概念，为他的运动理论提供了一个有效的时空框架．这种绝对时空观，在承认空间和时间的客观性质上是正确的，但由于把空间和时间看做是与物质运动无关的，因而具有很大的局限性。绝对时空观第12页，课件共28页，创作于2023年2月在爱因斯坦的相对论中，否定了牛顿的绝对时空观，提出相对时空观。在相对时空观中，时间和空间被联系在一起，它们互相联系又互相制约，物质的运动对时间和空间有一定的影响。爱因斯坦还把时间看作第四维，与三维的空间一起组成了四维空间。相对时空观的总结：1.时间，空间有着密切的联系，时间、空间和物质的运动时不可分割的；2不同惯性系各有自己的时间坐标，并互相发现对方的钟走慢了；3、不同惯性系各有自己的空间坐标，并相互发现对方的尺缩短了；4作相对运动的两个惯性坐标系中测得的物体运动的速度，不仅在相对运动的方向上的分量不同，而且在垂直于相对运动方向上的分量也不同；5、光在任何惯性坐标系中传播的速度都等于c，并且是任何物体运动速度的最高极限；6、在一个惯性系中的同时发生的两件事情，在另一惯性系中可能是不同时的。相对时空观第13页，课件共28页，创作于2023年2月第14页，课件共28页，创作于2023年2月第15页，课件共28页，创作于2023年2月第16页，课件共28页，创作于2023年2月第17页，课件共28页，创作于2023年2月第18页，课件共28页，创作于2023年2月第19页，课件共28页，创作于2023年2月第20页，课件共28页，创作于2023年2月第21页，课件共28页，创作于2023年2月第22页，课件共28页，创作于2023年2月第23页，课件共28页，创作于2023年2月第24页，课件共28页，创作于2023年2月第25页，课件共28页，创作于2023年2月现在