阿尔伯特·爱因斯坦gydF4y2Ba

1921年，爱因斯坦42岁。gydF4y2Ba

阿尔伯特·爱因斯坦gydF4y2Ba是一位理论物理学家，他的贡献是gydF4y2Ba量子力学gydF4y2Ba，gydF4y2Ba统计力学gydF4y2Ba，以及他的发展gydF4y2Ba狭义相对论gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba广义相对论gydF4y2Ba几乎影响了今天物理学的每一个领域。他通过思维实验(或gydF4y2BagedankenexperimentsgydF4y2Ba)成为这位物理学家大脑工具箱的重要组成部分。作为一个公众人物，他在第二次世界大战后人们对物理学兴趣的激增中发挥了重要作用，并且是和平的倡导者。gydF4y2Ba $^ {[1]}gydF4y2Ba$

奇迹的一年gydF4y2Ba

1905年，26岁的爱因斯坦在瑞士专利局做职员时，发表了四篇论文，彻底改变了物理学。这项工作令人印象深刻，历史学家称1905年为爱因斯坦之年gydF4y2Ba重大之年,gydF4y2Ba或“奇迹年”。gydF4y2Ba

布朗运动:花粉(黄点)被水分子(黑点)移动。gydF4y2Ba

布朗运动gydF4y2Ba

第一个是理论解释gydF4y2Ba布朗运动gydF4y2Ba．布朗运动是一个小物体(如花粉)悬浮在液体(如水)中的随机运动。爱因斯坦证明，这种运动是许多微小分子与花粉碰撞的结果。当时，物理学家怀疑物质是由离散的原子和分子构成的，但几乎没有直接证据证明它们的存在。虽然爱因斯坦没有因此获得诺贝尔奖，但让·佩林却因为对爱因斯坦模型的实验验证而在1926年获得了诺贝尔奖。gydF4y2Ba

光电效应gydF4y2Ba

当光照射到金属上时，会产生电流，这种现象被称为gydF4y2Ba光电效应gydF4y2Ba．然而，低于一定频率的光不能产生电流，无论你在金属上照射多少光。这与经典力学形成了鲜明的对比，经典力学预测光束的总能量是使电流流动的全部因素。只要有足够的光，光的频率是多少并不重要。gydF4y2Ba

爱因斯坦提出了光子的概念，即具有离散能量的单个光包，来解释这些效应。每个光子都有能量gydF4y2Ba $E = h \怒gydF4y2Ba$ ,在那里gydF4y2Ba $hgydF4y2Ba$ 普朗克常数和gydF4y2Ba $\νgydF4y2Ba$ 是光的频率。电子被单独的光子所束缚的原子踢开。如果没有一个单独的光子有足够高的能量，无论有多少光子，都不会有电子被踢出。gydF4y2Ba

5.2 \ times10 ^ {-22} {J} \文本gydF4y2Ba

6.32 \times 10^{-22}\text{J}gydF4y2Ba

3.46 \times 10^{-22}\text{kJ}gydF4y2Ba

2.88 \times 10^{-19}\text{kJ}gydF4y2Ba

光电效应是观察到许多金属在光线照射时发射电子。以这种方式发射的电子称为光电子。gydF4y2Ba

一种元素的功函数是从固体元素中除去一个电子所需的最小能量。铷的功函数是gydF4y2Ba $\ SI(每个模式=符号]{208.4}{\每公斤\焦耳\ \摩尔}gydF4y2Ba$ ．gydF4y2Ba

从金属铷表面弹射一个电子所需的最小能量是多少?gydF4y2Ba

细节和假设:gydF4y2Ba

$N_A = 6.022 \ * 10^{23} \si{\mole}。gydF4y2Ba$
$H = 6.63 \乘10^{-34}\si{\焦耳\秒}。gydF4y2Ba$
$C = 3 \ * 10^8\si[per-mode=symbol]{\米\每\秒}。gydF4y2Ba$

狭义相对论gydF4y2Ba

事实是gydF4y2Ba电磁场gydF4y2Ba微波在1865年被詹姆斯·克拉克·麦克斯韦发现。人们认为，既然电磁波是波，它们在介质中一定是波，就像空气是声波的介质一样。这种假想的媒介被称为以太。如果这是真的，光的速度将取决于观察者相对于以太的速度。然而，严格的实验表明，对于所有的观察者来说，光的移动速度是相同的。爱因斯坦在这个前提下发展了思维实验。他考虑到，不同的观察者以不同的速度运动，在观察同一束光时，会测量到什么。由于两者的光速都是固定的，他得出的结论是，每个观察者测量到的距离和时间间隔一定是不同的。此外，两个事件是否同时出现取决于观察者的相对速度。gydF4y2Ba

他最初称自己的想法为相对论原理，但在与他的数学教授赫尔曼·明科夫斯基讨论这个想法后，他意识到这个想法的核心实际上是不变性。虽然空间的长度和时间的持续时间对不同的观察者是不同的，但它们的变化方式使一个被称为间隔的量保持不变，这个量可以测量空间和时间。闵可夫斯基曾经说过，狭义相对论“……c一个米e as such a tremendous surprise, for in his student days Einstein had been a lazy dog. He never bothered about mathematics at all." $^ \文本{[2]}gydF4y2Ba$

质能等价gydF4y2Ba

爱因斯坦最著名的公式(也可以说是物理学中最著名的公式)是gydF4y2Ba $E = mc ^ 2gydF4y2Ba$ ．这说明静止的物体有能量仅仅是由于它们的质量。爱因斯坦是通过考虑以不同的相对速度运动的观察者如何测量能量和动量而提出这个理论的，这与他提出狭义相对论时考虑观察者如何测量时间和空间的方式大致相同。他说能量和动量的特殊组合永远等于gydF4y2Ba $mc ^ 2gydF4y2Ba$ ．gydF4y2Ba

当一个大质量粒子与它对应的反粒子相撞时，它们会湮灭，产生能量等于其静止质量能量的光子。gydF4y2Ba

想象一下你有gydF4y2Ba $1 \文本{g}gydF4y2Ba$ 的氢和gydF4y2Ba $1 \文本{g}gydF4y2Ba$ 了反氢原子。如果让它们碰撞，会释放多少能量?用数量级表达你的答案。(即给予gydF4y2Ba $k,gydF4y2Ba$ 当你的回答是这样的形式gydF4y2Ba $一个\ * 10 ^ kgydF4y2Ba$ 焦耳。)gydF4y2Ba

作为比较，在长崎上空爆炸的原子弹被释放gydF4y2Ba $8.8 \times 10^{13}\text{J}gydF4y2Ba$ ．gydF4y2Ba

量子力学gydF4y2Ba

尽管爱因斯坦在制定量子力学方面发挥了重要作用，但他对量子力学的某些含义感到不安，这是出了名的。他曾写信给他的同事马克斯·伯恩说:“……量子力学确实令人印象深刻。但一个内心的声音告诉我，这还不是真正的东西。这个理论说了很多，但并没有真正让我们更接近“旧的”的秘密。无论如何，我相信上帝不掷骰子。”gydF4y2Ba $^ \文本{[3]}gydF4y2Ba$ 物理学家和哲学家至今仍在争论爱因斯坦的直觉是否正确，尽管在他去世后的60年里，量子力学巩固了其作为一种极为重要和影响广泛的物理理论的地位。gydF4y2Ba

“bose - einstein”冷凝物gydF4y2Ba气体转变成玻色-爱因斯坦凝聚态时的速度图gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba玻色-爱因斯坦凝聚态gydF4y2Ba是低能量玻色子特有的一种物质状态，在这种状态下，所有的玻色子都处于几乎相同的状态，它们的位置和速度变得高度相关。Satreyenda Bose提出了光子的概念(光子是玻色子的一种)，爱因斯坦将其推广到更普遍的情况。玻色-爱因斯坦凝聚的实验实现为沃尔夫冈·凯特勒、卡尔·魏曼和埃里克·康奈尔赢得了2001年的诺贝尔奖。gydF4y2Ba

广义相对论gydF4y2Ba

爱因斯坦做了一个思想实验，让电梯里的观察者以恒定加速度下落。电梯里的人不应该知道自己下落的加速度是多少。由于电梯内的所有物体都在以相同的速度加速，相对于彼此而言，就好像它们中没有一个物体在加速。这就是所谓的等价原则。爱因斯坦意识到，解释这一原理需要狭义相对论的扩展，并在1907年至1915年期间发展了一个通过允许时空弯曲来解释这一原理的一般理论。这种曲率是由大质量物体的存在造成的，而大质量物体的运动反过来又响应时空的曲率。这种关系可以用广义相对论背后的核心数学公式——爱因斯坦场方程来描述。gydF4y2Ba

爱因斯坦缺乏必要的数学背景来形式化他的见解，他去找了数学家gydF4y2Ba大卫希尔伯特gydF4y2Ba寻求帮助。在他们相遇之后，希尔伯特和爱因斯坦都独立地开发了场方程。实际上，希尔伯特在爱因斯坦提交方程式的12天前提交了一篇包含方程式的论文。幸运的是，希尔伯特没有质疑爱因斯坦完成了发展物理理论的大部分工作。gydF4y2Ba $^ \文本{[4]}gydF4y2Ba$

引力波gydF4y2Ba对时空结构中波的夸张模拟。图片来源:美国国家航空航天局gydF4y2Ba

1916年，爱因斯坦意识到他的场方程暗示了一种新型波的存在。两个互为旋转的大质量物体会在时空中产生周期性的涟漪，也被称为gydF4y2Ba引力波gydF4y2Ba．1936年，他几乎改变了主意，写了一篇论文声称引力波不可能存在，但幸运的是，一位评论家发现了他的数学错误。对引力波的研究在2016年2月11日达到顶峰，当时两个小组发表了一篇论文，证明了对双黑洞合并波的直接观测。gydF4y2Ba $^ \文本{[5]}gydF4y2Ba$

爱因斯坦-罗森桥，由两个黑洞“粘在一起”形成gydF4y2Ba1935年，爱因斯坦还帮助提出了爱因斯坦-罗森桥的概念，也就是我们常说的虫洞。虫洞是一个有趣的gydF4y2Ba拓扑gydF4y2Ba可以让人在宇宙中走“捷径”的时空特征。爱因斯坦后来提出的虫洞的具体类型被证明是不可行的，因为虫洞关闭的速度比光从一端到达另一端的速度要快。gydF4y2Ba $^ \文本{[6]}gydF4y2Ba$ 然而，一般的虫洞和其他非平凡的时空拓扑特征今天仍然令人感兴趣。gydF4y2Ba

爱因斯坦后期职业生涯的大部分时间都花在试图将量子力学和广义相对论统一为一个整体上gydF4y2Ba统一场理论gydF4y2Ba或万有理论。不过，完全描述量子引力仍然是一个未解决的问题gydF4y2Ba弦理论gydF4y2Ba是一个很受欢迎和有前途的研究方向。gydF4y2Ba

涉及核武器gydF4y2Ba

爱因斯坦对原子弹的研制起了关键作用。作为一个和平主义者，他反对原子弹，但他也担心纳粹科学家可能会在盟军之前制造出原子弹。gydF4y2Ba $^ \文本{[7]}gydF4y2Ba$ 里奥·西拉德说服他在给罗斯福总统的信上签字，要求罗斯福资助一个核研究项目。gydF4y2Ba $^ \文本{[8]}gydF4y2Ba$ 该计划最终成为曼哈顿计划，该计划将继续发展1945年投在广岛和长崎的原子弹。事实上，爱因斯坦本人并没有参与原子弹的研制。gydF4y2Ba

在冷战期间，爱因斯坦直言不讳地批评核武器，并与数学家合作gydF4y2Ba伯特兰·罗素gydF4y2Ba和其他杰出的物理学家撰写了《罗素-爱因斯坦宣言》，有力地呼吁科学界和非专业人士找到不诉诸核战争的和平解决办法。gydF4y2Ba $^ \文本{[1]}gydF4y2Ba$

这封信在他死后发表。阿尔伯特·爱因斯坦于1955年4月18日去世。gydF4y2Ba

引用gydF4y2Ba

[1]罗素,伯特兰;爱因斯坦,艾伯特。Russell-Einstein宣言。检索自http://pugwash.org/1955/07/09/statement-manifesto/ 2016年2月22日。gydF4y2Ba

[2]艾萨克森,沃尔特。gydF4y2Ba爱因斯坦，他的一生和宇宙gydF4y2Ba．2007.gydF4y2Ba

[3]爱因斯坦,艾伯特。给麦克斯·伯恩的信。1926年12月4日。发表在gydF4y2BaBorn-Einstein字母gydF4y2Ba，艾琳·伯恩(Irene Born)译。检索自https://en.wikiquote.org/wiki/Albert_Einstein 2016年2月22日。gydF4y2Ba

[4] http://physics.stackexchange.com/questions/56892/did-hilbert-publish-general-relativity-field-equation-before-einstein 2016年2月22日检索。gydF4y2Ba

[5]赵,一个。gydF4y2Ba引力波，爱因斯坦在时空中的涟漪，首次被发现gydF4y2Ba．gydF4y2Ba科学gydF4y2Ba．2016年2月11日。检索于2016年2月21日。gydF4y2Ba

[6]富勒，罗伯特和惠勒，约翰。gydF4y2Ba因果关系和多重连接时空gydF4y2Ba．gydF4y2Ba物理评论gydF4y2Ba128、2016年2月21日检索。gydF4y2Ba

[7]艾萨克森,沃尔特。连锁反应:从爱因斯坦到原子弹。gydF4y2Ba《发现》杂志。gydF4y2Ba2008年3月18日。检索自http://discovermagazine.com/2008/mar/18-chain-reaction-from-einstein-to-the-atomic-bomb 2016年2月22日。gydF4y2Ba

[8]西拉德,狮子座;爱因斯坦,艾伯特。给罗斯福总统的信。8月2日,1939年。检索自http://www.dannen.com/ae-fdr.html 2016年2月22日。gydF4y2Ba

有关……gydF4y2Ba

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