高斯公式和高斯定理爱因斯坦和他的相对论爱因斯坦的相对论说明了什么

2020年10月10日发(作者：费密)
爱因斯坦和他的相对论爱因斯坦的相对论说明了什么
爱因斯坦是本世纪的一位伟 大的科学家。他在统计物理学、量
子理论、辐射量子理论方面作出了杰出贡献。他建立的相对论，标志< br>着现代物理学的诞生，对物理学、现代科学技术和现代哲学思想带来
了革命性的影响。列宁称他为 “伟大的自然科学革新家”。

学习、思考、勤奋的一生

1879年3月14日，阿耳伯特·爱因斯坦生于德国乌尔姆一个
犹太人的家庭。

爱因斯坦小时并不显得很聪明，但却很爱动脑筋。五岁时，父
亲送 给他一个指南针，他玩得入了迷，无论怎么颠来倒去地摆弄它，
小针总是指着一个方向，他沉思着这里必 然隐藏着自然界的奥秘。爱
因斯坦的小学、中学是在慕尼黑上的，学习成绩并不好。他十分讨厌
当时德国的教育制度，提倡死记硬背拉丁文和希腊文的文法规则，填
鸭式的教育方法。他爱好独立思考， 渴望探索自然界的奥秘。

爱因斯坦十五岁时，跟随父母迁居到意大利的 米兰。不久又进
入瑞士阿劳中学学习。这里的学风和慕尼黑市大不相同，着重培养学
生的独立思 考能力和工作能力，自由空气很浓，学生不必死记硬背。
学校有许多小实验室，摆着许多实验仪器和标本 ，学生可 __地去做
实验。这样的学习环境对爱因斯坦来说真是太好了。他在这里学习了
一年 ，取得中学毕业证书后，未经考试进入了当时中欧一带著名的大
学——苏黎世工科大学师范系学习物理。

爱因斯坦在大学里也不是一个优等生。他对一些学科不感兴趣，
考 试成绩较差，而把全部精力都化在钻研有兴趣的数学和物理学上。
他喜欢在实验室里工作，同实验直接打 交道。他对当时大学物理教学
内容的落后状况，对教授只讲一些应用性的物理原理，对自然现象缺
乏探索精神，很不满意。爱因斯坦只得坚持勤奋的自学，来不断增长
自己的科学知识。

1900年夏天，爱因斯坦大学毕业。1902年，在一位朋友的帮助
下，进了伯尔 尼瑞士专利局工作。他的任务是负责对申请专利权的各
种发明创造提出审查意见。这一工作使他有机会能 接触到许多新的思
想和有趣的意见，培养了能够迅速抓住事物本质的不寻常的能力，这
对他的物 理思想也有重大的激励作用。他白天工作，晚上和假日研究
感兴趣的物理问题。1905年，他获得了惊 人的突破。一年之内，连
续发表了有关布朗运动、量子理论和相对论三篇划时代的论文，这三
项 重大成就奠定了现代物理学的基础。这在自然科学史上是独一无二
的。

爱因斯坦1905年发表的著名论文“论运动物体的电动力学”，
标志着狭义相对论的诞生。但当时并没 有引起普遍的重视，只有少数
著名物理学家看出了它的伟大革命意义。量子论的建立者普朗克在读
了文章后惊呼：“出现了二十世纪的哥白尼”。1908年，闵可夫斯
基发表介绍相对论的重要讲演“ 时间与空间”，这才使相对论受到人
们的重视。从此，爱因斯坦的声誉不断提高。1909年，他离开专 利
局，相继在苏黎世大学、布拉格大学担任教授和担任柏林威廉皇家研
究院物理研究所所长。二 十年代的柏林是世界最大的科学文化中心之
一，那里聚集了不少世界第一流的科学家。爱因斯坦在这里开 始了生
活中的一个新时期。1915年12月，他向柏林科学院发表了关于广义
相对论的著名论 文。这是他从1905年建立狭义相对论后经过十年紧
张思考和研究的结晶，是他在科学上取得的最伟大 成就。

二十年代末，德国反动的排犹运动深入到社会生活的各个方面。
爱因斯坦出身犹太，又激烈地发表反对德国纳粹军国主义的尖锐意见，
引起了纳粹分子对他的憎 恨。1933年，他不得不迁居美国，于1940
年加入美国籍。

在美国，爱因斯坦一直在普林斯敦的高级研究院从事研究工作。
他把主要精力用于探索统一场论，企图通 过时空的几何结构，使引力、
电磁力和量子现象统一起来，建立更广泛的“统一场论”。他花费了
毕生的精力，坚持研究了三十多年，但没有能够实现他的目标。1955
年4月18日，这位伟大的物 理学家在美国普林斯敦逝世。

现代物理学的基础——相对论

爱因斯坦的青年时代，正是十九世纪末以牛顿力学为基础的经
典物 理学陷于严重困难的时期。牛顿力学是在十七世纪形成的。经过
十八世纪和十九世纪许多物理学家和数学 家的进一步发展和完善化，
建立了非常完整的理论体系，达到了非常高的精确度，不但能够解释
日常生活中观察到的物理现象，而且应用于研究天体运动也取得了惊
人的成功。因此，牛顿力学被认为是 整个物理学甚至整个自然科学的
基础。许多科学家认为，物理学中重大的理论问题已全部解决，剩下的只是一些填补细节的工作了。但是，到十九世纪最后几年，许多新
的实验事实，如X射线、放射性 、电子的发现以及探测以太实验的失
败，向牛顿力学提出了挑战，冲击着它的基础。为了解决旧理论同新
实验事实之间的矛盾，一些著名的物理学家费尽心机，做了许多修补
工作，但由于受到经典物理 学传统思想的束缚，这些矛盾仍然无法克
服。

只有爱因斯坦敢 于突破旧传统的束缚，他革命性地变革了传统
的“绝对时空观”，勇敢地否定了以太论，从而消除了由于 坚持以太
概念而引起的一切矛盾，提出了与物体运动密切相关的新时空观，建
立了运动物体的电 动力学理论，这就是狭义相对论。

从狭义相对论得出的最重要结论是：

1．质量与能量联系定律。1905年，爱因斯坦从相对论得出：
“物体的质量是它所含能量的量度；如果能量改变L，质量也相应地
改变L／9×1020，此处能量用 尔格量度，质量用克量度。”由此揭
示了能量与质量之间的密切联系。在经典物理学中，质量和能量是分
开的，有两个守恒定律；而在相对论中，质量和能量是不可分开的，
质量中寓有能量，能量中寓 有质量。于是两个守恒定律被统一成为一
个守恒定律，这是人类对自然认识的深化和发展。质量与能量联 系定
律的发现，揭开了原子能的秘密，揭示了太阳源源不断放出大量辐射
能的机制。在1907 年以前，人们还不知道原子核，不知道核裂变现
象，不知道链式反应，也不知道核聚变是什么……。但是 爱因斯坦却
预言了这些现象的能量机制，为原子能的利用奠定了理论基础。

2．运动的尺收缩，钟变慢。在洛仑兹的电子论中也得到了类似
结果，但他认为尺收 缩是因为物体在以太内运动时由于以太的作用而
引起的，并把这种收缩假设作为电子论的基础。对于运动 坐标系内的
钟变慢现象，则引进了一个“地方时”概念，但他只把它看成一个数
学概念，没有认 识它的物理意义。爱因斯坦给予了完全不同的解释，
他认为运动的尺收缩和钟变慢现象，时间和空间的相 对性和统一性，
是物体相对运动的结果。


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