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  • 爱因斯坦除了《相对论》外,还有什么成就
  • 爱因斯坦除了《相对论》外,还有什么成就

    爱因斯坦最著名的要数相对论了,相对论包括狭义相对论和广义相对论,爱因斯坦曾经说过,如果他不提出狭义相对论,5年后也会有人提出狭义相对论,但是如果他不提出广义相对论,50年后也不一定有人能够提出广义相对论。这足以证明相对论是前无古人后无来者 的理论。

    世界历史上的成就 - 华夏历史

    无论是广义相对论和狭义相对论都附带的推到出很多副产品。比如,狭义相对论引出的副产品质能方程,这个人类最著名的物理等式直接的推动了原子弹和核工业,人们万万没想到一个原子会蕴含如此大的能量。广义相对论的副产品就更多了,比如成功预言了黑洞的存在,提出了宇宙常数,还有预言了引力波。这些理论都已经在近些年被证实是完全正确的。

    但是爱因斯坦除了相对论,还有许多重要的成就,因为爱因斯坦的研究领域十分广泛。其中他最终获得诺贝尔奖的理论就是光电效应。在1905年,这一年也被称之为爱因斯坦奇迹年,因为这一年爱因斯坦连续发表了5篇论文,除了《论动体的电动力学》也就是大名鼎鼎的狭义相对论和推导出依据狭义相对论的只能方程之外,还有:

    《关于光的产生与转化的一个启发性特征》,这篇论文所描述的正是获得1921年获得诺贝奖的光电效应,提出了自激辐射和受激辐射理论,为激光的出现奠定了理论基础。

    《分子大小的新测定》,这篇论文的成果以后广泛应用于半导体领域,是爱因斯坦的博士论文,影响范围十分广泛。

    《关于热的分子运动轮所要求的静止液体中悬浮小颗粒的运动》,这就是著名的布朗运动,这篇论文也证实了原子的存在。

    1906年,爱因斯坦发表了论文《普朗克辐射理论和比热理论》,爱因斯坦借助统计物理和旧量子论给出了比热容的一个唯象描述,这个工作已经写入了物理教科书《热力学·统计物理》。

    1924年,爱因斯坦又发表了《单原子理想气体的量子理论》,爱因斯坦在上篇中分别用更一般的方法重新提出了玻色已经提出的分布——即著名的玻色-爱因斯坦分布,这是统计物理近独立粒子的三大重要分布之一,下篇中预言了一个重要的物理效应——玻色-爱因斯坦凝聚,该效应在二十世纪九十年代被发现。

    爱因斯坦在同样是量子力学的奠基人,他的后半生一直在致力于统一宇宙中统一的场论,统一宇宙中的强力,弱力,电磁力和引力,但是直到去世也没有成功。

    爱因斯坦在光学,热力学,电学方面均有重要的研究成果,这些成果可以说每一个都有获得诺贝尔奖的实力。


    迄今为止,人类历史上除了牛顿,就是爱因斯坦的科学成就最大了。

    而爱因斯坦的成就除了他在1905年、1915年提出的狭义、广义相对论外,还有他在1921年获得诺贝尔物理学奖的光电效应(光电效应也是1905年提出)、1905年提出的质能方程E=mc²、1910年证明了天空是蓝色的、1915年提出的引力场方程以及宇宙常数∧(拉姆达)、1916年提出的引力波、1922年完成了《统一场论》第一篇论文、1926年发明的爱因斯坦冰箱…最低有十几大成就。

    光电效应

    1905年又称“爱因斯坦年”,这一年爱因斯坦仅26岁。他在这一年提出了《分子大小的新测定法》论文而取得博士学位;完成了《论动体的电动力学》论文,独自提出了完整的狭义相对论理论,开创了物理学新纪元。

    但爱因斯坦并没有因狭义相对论获诺贝尔奖,却因光电效应获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

    而在这一年的3月,爱因斯坦发表了量子论,提出了光子论,成功解释了光电效应:光子照在金属上时,会引起物质电性质发生变化由此获得诺贝尔物理学奖。

    宇宙常数

    1915年11月,爱因斯坦证明了水星近日点的进动,得出了引力场方程的正解:F=G₁MnM/R²=G₃/R²,广义相对论也得以基本解决。他原来认为宇宙上静止的于是在引力场方程中加一个宇宙常数∧,意为与度规张量成比例,也就是反引力的固定值。

    可是当他知道哈勃观测到星系红移,证明了宇宙其实是在持续的超光速膨胀时,并不是他的方程中描述的静止状态。于是他认为添加的宇宙常数∨是他一生最大的错误。不久后就将∨去掉了。

    虽然当时的哈勃与爱因斯坦等科学家认为宇宙的反引力常数∧不存在,然而后来的研究发现宇宙中存在一种暗能量,这股能量战胜了星系间的引力使星系处于一种旋转状态。也就是爱因斯坦的宇宙常数被“++”了,这其实是存在的。

    总之,爱因斯坦的成就太多,我就不一一例举了,他被后世赞誉为“天才”不是没有道理的。

    爱因斯坦最出名的成就是<<相对论>>,但其实除了相对论,爱因斯坦还有一个重要贡献,即对量子力学的贡献。

    1921年(42岁)的诺贝尔物理学奖,就颁发给爱因斯坦关于量子理论的贡献。爱因斯坦于1905年3月份提出了光量子假说,解决了光电效应问题。第二年,爱因斯坦发表了固体比热的论文,这是关于固体的量子论的第一篇论文。正是由于爱因斯坦在量子力学方面的开创性思维,给于后续科学家关于量子力学研究极大启迪。因此爱因斯坦也成为量子力学的创始人之一,成为量子理论里面举足轻重的人物。下面一张图就可以看出爱因斯坦在量子力学方面的地位:

    可能上面都是大家耳熟能详的事迹,其实还有一个大家可能都没听过的关于爱因斯坦的贡献,即量子纠缠。这个大名鼎鼎的学术概念或者说现象,最早就是由爱因斯坦提出的。当时,爱因斯坦虽然成为了量子理论的创始人,但他对量子力学的一些理论并不认同,认为量子力学的理论还有瑕疵。为此,他和他的博士后研究员罗森共同发表了一篇名为<物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的?>的论文(下图)。论文中提出了一种量子强关联现象,其实就是量子纠缠,只不过爱因斯坦没有定义。爱因斯坦认为这种强关联会导致“超越光速”的现象,因此借此提出了一个问题:量子力学理论是否是完善的?

    发着无疑,听者有心。爱因斯坦发表的论文被薛定谔看到了。看到后薛定谔深受启发,为此也追随爱因斯坦写了一篇详细探讨这种强关联现象的论文,在论文里面薛定谔首次定义了“量子纠缠”。至此,量子纠缠概念产生了。所以说,潘建伟院士研究的量子纠缠其实质来源于爱因斯坦。

    所以说,我们可以看到,爱因斯坦除了相对论,还有在量子力学方面的重要贡献。只不过相对论太过于耀眼,把爱因斯坦在其它方面的贡献给遮下去了。

    爱因斯坦可以称得上是极为全面的理论物理学家,当然这里不包括实验物理。二十世纪初,诞生了两大物理学理论,一个是量子力学,一个是相对论。爱因斯坦几乎是一个人完成了整个相对论的理论。但除了相对论,他还有很多其他科学成就。

    量子力学的奠基人之一

    另一大理论量子力学,最早是因为普朗克提出的“量子假说”。其实爱因斯坦也可以说是量子力学的奠基人之一,只不过后来他不认这个理论,觉得这个理论有不完备性。具体来说,爱因斯坦提出了“光量子假说”,并利用“光量子假说”解决了光电效应的问题。一开始这个理论是遭到包括普朗克和波尔在内的著名科学家们的反对,不过后来,实验物理学用实验证明了这个理论。爱因斯坦还因为光电效应拿到了诺贝尔物理学奖。

    间接证明了原子的存在

    无论是狭义相对论还是光电效应,其实都是爱因斯坦在1905年发表的理论,这一年也被称为爱因斯坦的奇迹年,在这一年除了光电效应和狭义相对论(共两篇,另一篇是质能等价)之外,爱因斯坦在数学上证明布朗运动。

    其中布朗运动描述的是花粉在水面上的不规则运动。这是因为水中的水分子对花粉颗粒不规则的碰撞造成的。

    在爱因斯坦之前,科学家只是从原理上进行描述,从来没有定理进行分析,而爱因斯坦做了这件事情。并且,他还根据布朗运动,推测出了原子的直径数量级为10^-10米。布朗运动除了证明了分子的存在之外,也间接地证明了原子的存在。

    波粒二象性

    1909年,爱因斯坦前后发表了两篇论文《论辐射问题的现状》以及《论我们关于辐射的本性和组成的观点的发展》,在这这篇论文里,爱因斯坦阐述了光量子具有动力,并且在某些方面表现出了粒子的物理行为,这其实是“波粒二象性”观念的初探,后来的德布罗意以此为基础提出了“波粒二象性”,进一步,尼尔斯·玻尔又以德布罗意的理论为基础加上不确定性原理,提出了互补原理。

    玻色-爱因斯坦凝聚

    印度的物理学玻色曾提出过一种统计模型,按照这个模型来看,光速可以看作是一群无法分辨的粒子所构成的气体,在做统计运算时,所有相同的能量的光子可以被合并处理。寄给了爱因斯坦。爱因斯坦看到后,认为这是一个很不错的新发现。爱因斯坦不仅把波色翻译并发表了论文,他还发现,波色的这个统计模型不仅仅适用于光子的情况,其实还适用于其他多种粒子,这些粒子后来就被统称为玻色子。

    后来,爱因斯坦将波色的理论推广到了带质量的粒子,并在1924年发表了一篇名为《单原子理想气体的量子理论》的论文,后来第二年,爱因斯坦又预言了,当玻色子被冷却到极其低的温度下,会凝聚成能量最低的量子态,这是一种新的物态,后来就被称为 玻色-爱因斯坦凝聚态。到了1995年科学家首次观测到了玻色-爱因斯坦凝聚态。

    除了这些,爱因斯坦还在零点能、临界乳光理论、量子化原子振动等方面有十分突出的贡献。而他的相对论被运用到了宇宙学当中,是目前宇宙学最重要的核心理论。从爱因斯坦的广义相对论可以突出宇宙膨胀的结果,还预言了引力波、黑洞的存在,而这些目前也都观测到了,除此之外,在光线偏折、引力透镜等方面,广义相对论也发挥了极其重要的作用。同时,狭义相对论后来被科学家们拿来和量子力学结合,提出了量子场论,并搞出了粒子物理标准模型。

    而爱因斯坦和波尔关于“量子力学不完备性”的几场大规模的争论,被后人津津乐道。虽然,他后来并没有提出量子力学的相关理论(早期是有“光量子假说”和“光电效应”),但是正是爱因斯坦占到了量子力学的对立面去之后,量子力学的理论才一步步地被完善起来。

    所以,爱因斯坦可以说是当之无愧的20世纪最伟大的科学家(没有之一),放眼整个物理学的历史,他也是可以和牛顿、麦克斯韦并驾齐驱的存在。

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    世界历史上的成就