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 欄目類別:知識點(diǎn) >> 高中 >> 歷史

相對論的創(chuàng)立(愛因斯坦)

更新時間:2016/7/26 17:30:00  手機(jī)版

  狹義相對論和廣義相對論的區(qū)別:

  狹義相對論討論的是勻速直線運(yùn)動的參照系(慣系參照系)之間的物理定律,廣義相對論則推廣到具有加速度的參照系中(非慣性系),并在等效原理的假設(shè)下,廣泛應(yīng)用于引力場中。

  相對論和量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的兩大基本支柱。奠定了經(jīng)典物理學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué),不適用于高速運(yùn)動的物體和微觀領(lǐng)域。相對論解決了高速運(yùn)動問題;

  量子力學(xué)解決了微觀亞原子條件下的問題。相對論顛覆了人類對宇宙和自然的“常識性”觀念,提出了“時間和空間的相對性”、“四維時空”、“彎曲空間”等全新的概念。

  狹義相對論最著名的推論是質(zhì)能公式,它可以用來計算核反應(yīng)過程中所釋放的能量,并導(dǎo)致了原子彈的誕生。而廣義相對論所預(yù)言的引力透鏡和黑洞,也相繼被天文觀測所證實(shí)。

  愛恩斯坦創(chuàng)立相對論:

  1、歷史背景:

 。1)19世紀(jì)科學(xué)得到了飛速發(fā)展;

  19世紀(jì)末,物理學(xué)界連續(xù)發(fā)生了三個重大事件,這就是X射線、放射性和電子的發(fā)現(xiàn)。這三大發(fā)現(xiàn)以實(shí)驗(yàn)事實(shí)使得原子不可分、不變化的傳統(tǒng)觀念發(fā)生了動搖。物理學(xué)家們曾認(rèn)為的似乎已經(jīng)基本上完成了的經(jīng)典物理學(xué)體系,從根本上出現(xiàn)了動搖,這就是所謂的“物理學(xué)危機(jī)”。經(jīng)典物理學(xué)所研究的是人們?nèi)粘I钪幸子诶斫獾暮暧^世界,三大發(fā)現(xiàn)所揭示的卻是人們沒有直接經(jīng)驗(yàn)的微觀現(xiàn)象,這表明人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識已經(jīng)深入了一個層次。物理學(xué)的“危機(jī)”沒有嚇倒大多數(shù)物理學(xué)家,他們繼續(xù)向前探索,于是產(chǎn)生了以量子論和相對論的建立為標(biāo)志的物理學(xué)革命,物理學(xué)從此開辟了新的天地。

  (2)經(jīng)典力學(xué)無法解釋高速運(yùn)動的微觀粒子發(fā)生的現(xiàn)象。經(jīng)典力學(xué)認(rèn)為,時間和空間與物質(zhì)運(yùn)動無關(guān),存在著絕對的靜止和絕對的時間。這與人們的一般看法一致。但到了19世紀(jì),經(jīng)典力學(xué)無法解釋研究中遇到的一些新問題,面臨著挑戰(zhàn)。

  英國著名物理學(xué)家開爾文在一篇瞻望20世紀(jì)物理學(xué)的文章中,就曾談到:“在已經(jīng)基本建成的科學(xué)大廈中,后輩物理學(xué)家只要做一些零碎的修補(bǔ)工作就行了!比欢,正當(dāng)物理學(xué)界沉浸在滿足的歡樂之中的時候,從實(shí)驗(yàn)上陸續(xù)出現(xiàn)了一系列重大發(fā)現(xiàn)。如固體比熱、黑體輻射、光電效應(yīng)、原子結(jié)構(gòu)cdotscdots這些新現(xiàn)象都涉及物質(zhì)內(nèi)部的微觀過程,用已經(jīng)建立起來的經(jīng)典理論進(jìn)行解釋顯得無能為力。特別是關(guān)于黑體輻射的實(shí)驗(yàn)規(guī)律,運(yùn)用經(jīng)典理論得出的瑞利——金斯公式,雖然在低頻部分與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合得比較好,但是,隨著頻率的增加,輻射能量單調(diào)地增加,在高頻部分趨于無限大,即在紫色一端發(fā)散。這一情況被埃倫菲斯特稱為“紫外災(zāi)難”;對邁克爾遜——莫雷實(shí)驗(yàn)所得出的“零結(jié)果”更是令人費(fèi)解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,根本不存在“以太漂移”。這引起了物理學(xué)家的震驚,反映出經(jīng)典物理學(xué)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這兩件事被當(dāng)時物理學(xué)界的權(quán)威稱為“在物理學(xué)晴朗的天空的遠(yuǎn)處還有兩朵小小的,令人不安的烏云”。然而就是這兩朵小小的烏云,給物理學(xué)帶來了一場深刻的革命。

  2、相對論的提出及主要內(nèi)容:

 。1)提出:1905年剛剛得到博士學(xué)位的愛因斯坦發(fā)表的一篇題為《論動體的電動力學(xué)》的文章,提出了著名的相對論,引發(fā)了二十世紀(jì)物理學(xué)的另一場革命。

  (2)內(nèi)容:相對論包含狹義相對論和廣義相對論。狹義相對論認(rèn)為,物體運(yùn)動時,質(zhì)量會隨著物體運(yùn)動速度增大而增加,同時,空間和時間也會隨著物體運(yùn)動的變化而變化,即會發(fā)生尺縮效應(yīng)和鐘慢效應(yīng)。

  廣義相對論認(rèn)為,空間和時間的性質(zhì)不僅取決于物質(zhì)的運(yùn)動情況,也取決于物質(zhì)本身的分布狀態(tài)。

  狹義相對論:1905年6月,愛因斯坦完成題為《論運(yùn)動媒質(zhì)的電動力學(xué)》的論文,提出了狹義相對論。此后,愛因斯坦又連續(xù)發(fā)表幾篇論文,建立起狹義相對論的全部框架。

  廣義相對論:1915年,愛因斯坦完成了創(chuàng)立廣義相對論的工作,并于1916年寫成總結(jié)性論文《廣義相對論的基礎(chǔ)》。這篇論文的發(fā)表宣告了廣義相對論的誕生。

  3、意義:

  (1)相對論的提出是物理學(xué)思想的一次重大革命,它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時空論,從本質(zhì)上修正了由狹隘經(jīng)驗(yàn)建立起來的時空觀,深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。即:揭示了時空的可變性、時空變化的聯(lián)系性,樹立了新的時空觀、運(yùn)動觀、物質(zhì)觀。這一理論被后人譽(yù)為20世紀(jì)人類思想史上最偉大的成就之一。

 。2)愛因斯坦的相對論也發(fā)展了牛頓力學(xué),將牛頓力學(xué)概括在相對論力學(xué)之中,推動物理學(xué)發(fā)展到一個新的高度。

  愛因斯坦:

  艾伯特·愛因斯坦(1879—1955),美籍德國物理學(xué)家。

  1879年3月14日誕生在德國烏爾姆的一個猶太人家中。

  1894年舉家遷居意大利米蘭。1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世工業(yè)大學(xué)。1901年入瑞士國籍。

  1902年6月至1909年10月,在瑞士專利局任技術(shù)員。1909年10月,任蘇黎世大學(xué)理論物理學(xué)副教授;

  1911年3月,在布拉格任德意志大學(xué)理論物理學(xué)教授;1912年10月,任蘇黎世工業(yè)大學(xué)理論物理學(xué)教授;

  1914年4月,在柏林任德國威廉皇帝物理研究所所長兼柏林大學(xué)教授。

  1933年,因受納粹迫害,移居美國。1940年入美國國籍。1955年4月18日逝世。

  愛因斯坦被認(rèn)為是最富于創(chuàng)造力的科學(xué)家,他不但創(chuàng)立了相對論,還提出了光量子的概念,得出了光電效應(yīng)的基本定律,并揭示了光的波粒二重性本質(zhì),為量子力學(xué)的建立奠定了基礎(chǔ)。為此榮獲1921年度的諾貝爾物理學(xué)獎。同時,他還證明了熱的分子運(yùn)動論,提出了測定分子大小的新方法。

  愛因斯坦沒有因?yàn)橄鄬φ摱@得諾貝爾物理學(xué)獎原因:

  美國科學(xué)史專家羅伯特·馬克·弗里德曼博士耗時二十多年,通過發(fā)掘與諾貝爾獎評獎當(dāng)事人有關(guān)的大量書信、日記、評審報告等素材,撰寫成一本有關(guān)諾貝爾獎評獎內(nèi)幕的書,這本書的書名是《權(quán)謀:諾貝爾科學(xué)獎的幕后》,已由上海科技教育出版社出版了中譯本。那么,在諾貝爾物理學(xué)獎評審委員會里,究竟是誰不想讓愛因斯坦獲獎?該書作者揭示出,這個人是瑞典皇家科學(xué)院的權(quán)威古爾斯特蘭德。這個著名醫(yī)生說:“愛因斯坦的理論作為一個智識成就不具備可考慮授予諾貝爾獎的物理學(xué)價值!苯Y(jié)果,古爾斯特蘭德毫不費(fèi)力地在委員會中做了一個經(jīng)典的外科“手術(shù)”,成功地“切除”了愛因斯坦獲獎的可能性。另外,委員會另一個核心人物哈塞爾貝里對愛因斯坦的理論也無好感。直到1922年,哈塞爾貝里去世,奧森添補(bǔ)了委員會的空缺,愛因斯坦才得到獲獎的機(jī)會。事實(shí)上,在這件事情上,奧森也頗費(fèi)了一番心思,其策略是不以委員會中大多數(shù)人反對的相對論,而是以普遍被接受但是重要性稍遜的光電效應(yīng)定律,提出為愛因斯坦授獎,他成功了。應(yīng)該說,是愛因斯坦為諾貝爾獎增添了光彩,而不是諾貝爾獎成全了愛因斯坦。

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