冥思苦想的爱因斯坦

年轻时的爱因斯坦

年轻时爱因斯坦并没有什么出众的地方,他提出的一系列理论没有多少人能理解,但这并不妨碍他的科学研究。

2000年,爱因斯坦入围“千年风云人物”名单,而且名列前茅。曾经被视为孤僻、迟钝、表达不清的傻孩子又如何成为千年风云人物的呢?故事还得从19世纪70年代末说起。

1879年3月14日,阿尔伯特·爱因斯坦在德国南部乌尔姆城的一个犹太居民家中呱呱坠地。这是一个温馨、和睦的家庭,父亲精通数学,以经营电器为业,母亲温雅贤淑,倾心于艺术。小爱因斯坦的出世为全家带来喜悦和幸福,但很快又给这个幸福之家笼罩了一层忧郁。因为他与同龄的孩子比较起来,智力发育好像有些迟缓。

别家的孩子1岁多时就会说话了,缠着母亲问这问那,而小爱因斯坦只会偎依在母亲怀里呆呆地望着周围的一切,一点学说话的迹象都没有。邻居见此情形,不无担心地对他母亲说:“这孩子怎么不说话呀?”母亲宝莲内心一阵酸楚,却又自我安慰道:“他在思考,将来我们的小爱因斯坦一定会成为教授。”一旁的邻居也不好多说什么,倒生出一丝恻隐之情。

爱因斯坦的父母确实是非常优秀的父母,深知旁人对儿子抱有偏见,自己不能再伤害他。他们发现儿子虽然不苟言笑,却对万事万物表现出强烈的兴趣,于是就买回许多新奇、结构复杂的玩具给他玩,但小爱因斯坦更多的是“研究”这些玩具。

时光匆匆流过,爱因斯坦进入了小学,除了数学之外,其他功课平平甚至不及格,这种状况一直持续到中学。中学时他的兴趣科目多了一门——物理,他不喜欢体育,更讨厌军训。由于严重偏科,爱因斯坦中学毕业都没拿到文凭。为了上大学,他又补习一年才进入联邦工业大学师范系,攻读数学和物理。最后,他为自己选定了终生努力的方向:理论物理。四年之后,爱因斯坦大学毕业,尽管专业成绩异常突出,却因为性格的原因找不到一份工作。待业期间,爱因斯坦曾做家教,有时帮人清理账目。最困难的时候,他甚至以拉小提琴卖艺为生,此中甘苦,可想而知。

1902年,经朋友的大力推介,爱因斯坦在瑞士专利局找到一份技术员的工作,其职责是审核一份份专利申请。这使他大开眼界,同时他夜以继日地钻研物理学,终于在1905年有所成就。那年,爱因斯坦在德国《物理学年鉴》上发表《论运动物体的电动力学》,从而创立了狭义相对论,开始解释牛顿经典力学所不能解释的现象。

1933年爱因斯坦提出能量聚集的新理论,并邀请科学界的精英与记者一起参加他的学术论坛。

狭义相对论的两条基本原理分别是:

①相对性原理:物理学定律在所有惯性系中的描述形式是相同的,即所有的惯性系是等价的,不存在特殊的惯性系。

②光速不变原理:在所有惯性系中,真空中的光速具有相同的定值。

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广义相对论

1915年,爱因斯坦发表了他的广义相对论。他解释了引力作用和加速度作用没有差别的原因。他还解释了引力是如何和时空弯曲联系起来的,利用数学,爱因斯坦指出物体使周围空间、时间弯曲,在物体具有很大的相对质量(例如一颗恒星)时,这种弯曲可使从它旁边经过的任何其他事物,即使是光线,改变路径。该理论的两个重点在于:①弯曲光线。广义相对论指出,时空曲率将产生引力。当光线经过一些大质量的天体时,它的路线是弯曲的,这源于它沿着大质量物体所形成的时空曲率。因为黑洞是极大的质量的浓缩,它周围的时空非常弯曲,即使是光线也无法逃逸。②虫洞。理论上,虫洞是一个黑洞,它的质量非常大,把时空弯曲进了它自身之中,它的口开向宇宙的另一个空间及时间,或者也许完全进入另一个宇宙空间。也许能够利用虫洞建立一个时间旅行机器,但许多科学家们指出这个机器不可能重返到它自身被创建的时间之前。

根据这一理论,时间会随着运动速度的变化而发生迟滞和提前。假如宇宙飞船以光速在太空中飞行一年,那么地球上就已经过了50年。同时爱因斯坦还提出,长度、重量都会随着运动速度的变化而变化,并得出质量和能量之间转换的准确表达式:E=mc2(m为物体质量,c为光速,E为能量)。这一方程式向世人昭示:原子核内部蕴含着巨大能量。质能方程式成为核物理和高能物理的基础。

尽管当时极少有人理解爱因斯坦的理论,但他坚信自己理论的正确性,并且将其进一步发展成为广义相对论。1916年,他发表了《广义相对论的基础》一文。这一旷世之作标志着他的研究水平已达20世纪理论物理的顶峰。爱因斯坦曾就相对论解释说:“狭义相对论适用于引力之外的物理现象,广义相对论则提供了引力定律以及它与自然界其他力之间的关系。”

几乎是同时,爱因斯坦又作出了涉及光学和天文学的三大预言,这些预言不久一一应验。鉴于他的相对论和预言,人们赋予他极高的荣誉,如“20世纪的牛顿”、“人类历史上有头等光辉的巨星”等。但爱因斯坦淡泊名利,尽量回避吹捧他的公众集会。

1955年4月18日,伟大的爱因斯坦在美国的普林斯顿悄然而逝,并留下一份颇为特殊的遗嘱:不发布告,不举行葬礼,不建坟墓,不立纪念碑。作为20世纪最伟大的科学家如此谦逊,闻之者无不肃然起敬。

计算机绘制的关于“光会弯曲”理论的图

用计算机绘制的“E=mc2”的质能方程式