有人说杨振宁可以比肩爱因斯坦,这样说对吗?他有哪些贡献?

夏天的风41445476


首先,我们要用事实来看待问题,爱因斯坦提出光量子假说,解决了光电效应问题

;创立了狭义相对论、广义相对论等。以上这些成就都是从无到有的研究,是现代物理学的奠基人,其对国家对世界的贡献都是世界罕有的。如果是从这个角度进行对比,是毋庸置疑的,甚至可以说“有人”是居心叵测的。

另一个角度看,杨振宇教授做的贡献不仅仅是在其物理科研学术上,更重要的是教授对祖国统一和祖国建设上也做出重大的贡献。杨教授因为在领域上颇有建树,在国际社会上具有重要地位,在我国统一和建设问题上多次发表重要的言论,正确的引导社会舆论,包括在钓鱼岛问题上,杨教授也多次发声。在为国家的贡献上,杨教授是当之无愧的。

最后,科学家都是为社会的进步、国家的繁荣昌盛所不懈奋斗的英雄,科学的伟大是不分高低的。


冬息东戏


这句话不知出自哪里,爱恩斯坦,相信上过学的人都知道他。我第一次了解杨振宁是从他结婚的故事开始的,82岁的老头娶了一个28岁的姑娘。至于他做过什么贡献,有什么突出的事迹,我还真的一点也说不上来,是不是我孤陋寡闻了.....


海东青161381582


杨振宁是国内经常被人讨论的一位科学家。近几年来越来越多的人知道了杨振宁是一位伟大的科学家,至于伟大到什么程度,有人说他可以和爱因斯坦比肩;有人说他有十多个诺贝尔奖级别的成就;有人说他是在世最伟大的科学家。

如果要对物理学家进行一次划档排名,牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦会划到第一档中,伽利略也可以位居其中。牛顿在物理学中的贡献是非常巨大的,建立了牛顿力学,发现了万有引力定律,在光学领域中也有很多开创性的贡献。爱因斯坦给出了狭义相对论和广义相对论,刷新了人类对时间、空间等概念的认识,将引力几何化。麦克斯韦统一了电和磁,他在电磁学中的地位足以和牛顿在力学中的地位相匹配。伽利略可以称得上是近代物理之父,他打开了近代科学的大门,给出了科学的研究方法。

实话实说,杨振宁达不到牛顿、爱因斯坦、麦克斯韦的高度。杨振宁在科学上的主要成就包括杨-米尔斯理论、弱相互作用下宇称不守恒、杨-巴克斯特方程等,这三项成就是杨振宁的最重要理论成就,都是有实力拿诺贝尔奖的。其中的杨-米尔斯理论更是为粒子物理学的发展指明了方向,一些人说杨振宁可以比肩爱因斯坦,就是因为他的杨-米尔斯理论。

1994年,在杨-米尔斯理论发表50周年的时候,杨振宁获得了鲍尔奖,授奖词中称赞杨振宁的工作排在了牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的工作之列。不过需要注意,说杨振宁的工作排在了牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦的工作之列,并不意味着杨振宁就和他们一样伟大。杨振宁的理论发表后因为存在不小的漏洞,在当时并没有被重视,直到希格斯给出希格斯机制解决了粒子的质量问题,杨振宁的理论才逐渐爆发出威力。之后建立起的粒子物理的标准模型取得了巨大的成功。

但是标准模型也不是完美的,好在修补一下还是很好用的。另外,万有引力还没有纳入到杨振宁的理论框架中,这使得他的伟大有一些打折。如果有一天万有引力也在杨振宁的理论框架下和其他几种相互作用力统一在了一起,杨振宁也是达不到爱因斯坦、麦克斯韦的高度。

说到麦克斯韦,想起了麦克斯韦之前的法拉第,在法拉第完成了一堆发现后,麦克斯韦将所有的电磁现象归纳到四个方程中。法拉第尽管伟大,但不如麦克斯韦伟大。杨振宁就好像是麦克斯韦之前的法拉第,在他之后很多物理学家一起做了麦克斯韦的工作。


刁博


杨振宁是个优秀的物理学家,有突出的成就,值得学习与尊重。媒体对他的学术成就报道的少,而过多报道他的私人生活方面,只是迎合吃瓜群众的谈资口味,这是自媒体对他不公平的存在,应该引导大众公平、客观的谈论公众人物。

爱因斯坦是个伟大物理学家,全世界都值得敬仰。

杨振宁于1956年与李政道教授共同提出弱相互作用中宇称不守恒原理,因而共获1957年诺贝尔物理学奖。这一原理彻底改变了人类对对称性的认识,为人们正确认识微观粒子世界开辟了新天地。

提出非阿贝尔规范场理论,大大促进了四种基本相互作用的研究。在粒子物理方面做了大量的开拓性工作。另外,杨振宁还是统计物理、凝聚态物理、量子场论、数学物理等诸多领域中重要研究方向的先驱和奠基人。和李政道先生合作给华人迎来第一个诺贝尔奖,给世界华人带来了声望。

而且他在国外利用自己的影响力,极力地宣传我国的实际情况,化解国外对我国的妖魔化报道,让别国了解我们真实的情况,促使他们和我国正常交流,甚至建立外交关系。在杨振宁的影响下,中美两国关系,不论是在政府层面,还是科技层面,都得到了积极的发展。在杨振宁回国后,他利用自己的学术地位,大力招揽人才,牵头我国科研人员参与国际项目,促进我国科学研究的国际化水平。

同时,利用自己的专业知识指导具体的科学研究,为我国的科研进行规划,促进物理学科的发展。这些贡献,都不是一般人能够做出来的。

尽管他是回国晚一些,但他为国家培养了一大批科技人才,并且为清华大学捐赠几百万元美金,应该说他是一位爱国科学家,他为世界科学进步发明做出了卓越贡献。这是很多人做不到的。


水善利万物而不争m


钱学森、邓稼先等人的名字之所以耳熟能详,是因为他们的事迹被刻意宣传过。而杨振宁,他是民国时期的公费留学生,1957年获诺贝尔奖时手里拿着的还是中华民国的护照。1957年国内大型官方媒体谈到他和李政道的发现时,在标题中还突出了“美”、“蒋”。他的岳父是蒋的爱将杜聿明,那时还作为战犯被关押在国内监狱中。杨振宁的事迹没有像钱学森、邓稼先、袁隆平等人的事迹那样被官方刻意宣传过,作为读者只能从可靠的杨振宁的生平传记、随笔作品、以及一些新闻报道中主动的寻找杨振宁对中国的贡献,感受他的爱国热情。所以,绝大多数人并不了解杨振宁对中国到底有什么具体贡献。70年代,中美关系刚开始有松动时,杨振宁就破除重重阻碍访问中国,他是第一位访问新中国的海外杰出华人学者。他的破冰之旅以及之后的努力不仅为中国的科学界搭建了和国外交流的桥梁,为一大批学者、学生外出学习提供了便利,同时也在政治方面有破冰意义。杨振宁是保钓领袖,在多种重要场合发言阐述了钓鱼岛属于中国的立场,也曾在《纽约时报》上给当时的卡特总统致公开信,呼吁中美建交。1979年邓小平访美签署中美建交协议时,杨振宁在欢迎邓小平的宴会上致辞。

杨振宁回国后,他的财产也几乎全部捐献了出来,他在清华大学工作的薪水也全部捐献了出来,他的心思也全部放在了中国的科学教育事业上。他在中国建立了多所高等研究院,清华大学的高等研究院在他的影响下逐步走到了世界的前列。杨振宁也凭借自己伟大科学家的个人魅力,劝说了一批杰出学者回中国工作。这样的工作,只有他这样的科学领袖能够做得到。杨振宁放弃美国国籍,由中科院外籍院士转为中科院院士,这也是作为科学领袖的凝聚力转移到了中国。

当然,这里看到的只能是杨振宁对中国贡献的一部分,也可能只是一小部分。杨振宁几十年里对中国的贡献不是几段文字就能够说明白的,仅凭这些已知的贡献就能够知道对中国的贡献是巨大的,也是无人能够替代的。如果你是中国人,就应感谢杨振宁。

至于他的婚姻生活和家庭的一些事,不想打一个字。因为那是人家个人的私事。和别人没有任何关系。也没必要去说三道四的。



GENGYANG


在科学界,存在三位“科学巨人”,分别是伽利略、牛顿和爱因斯坦,可以说,如果没有这三位,人类的科技发展或许没有这么快,很可能我们现在的生活并没有如今这般便捷。就拿爱因斯坦举例子,爱因斯坦的相对论在他生前是并不被主流科学所认可的,可是在爱因斯坦去世后,特别是近半个世纪以来,伴随着人类科学的不断进步,相对论开始逐渐变成主流观点,直到今天仍然深深影响着人类科技前进的脚步。

除了爱因斯坦之外,目前世界上最有名的科学家就是霍金,虽然霍金已经去世了,但是霍金很多预言仍然影响着我们,包括之前霍金曾经预言的人类200年之后或许将遭受生存危机,很多阴谋论者将其放大,成为他们的论证之一。

说起来,霍金出名除了自己本身就是一位杰出的物理学专家之外,很大一部分原因是因为霍金的身体,在霍金21岁的时候,原本健康帅气的霍金突然换上了卢伽雷氏症,全身瘫痪,除了3根手指可以活动之外,半生只能依托一台特殊定制的智能轮椅工作,可是霍金却遵循着爱因斯坦的脚步,在宇宙、黑洞等多方面,取得了非常大的成就。

除了霍金,对于中国人来说,还有一位非常知名的科学家,他就是中国首位诺贝尔奖获得者,被称作继爱因斯坦和费米之后的第三位“全才科学家”的杨振宁。如果与霍金相比较,杨振宁无论是学术界的评价,还是个人成就,都要高出霍金很多,霍金之所以出名,一部分原因是因为霍金“个人营销”做得非常好。

在这里为大家举一个例子,相信很多人都看过著名美剧《生活大爆炸》,在第五季中,霍金就曾本色出演了自己,同时,霍金还参加了很多丰富的综艺节目和各种纪录片的录制,可以说在普通人群中,赚足了人气和热度。不过,霍金的个人成就主要是《时间简史》,这与杨振宁已经完成了75%的大统一理论相比,存在着很大的差距。

此外,杨振宁还拥有着至少13项诺贝尔物理学奖级别的研究成果,分别是:相变理论、杨-Baxter方程、玻色子多体问题、超导体磁通量子化的理论解释、宇宙不守恒定律、杨-Mills规范场论、规范场论与纤维丛理论的对应、1维δ函数排斥势中的玻色子在有限温度的严格解等,这些成就任意一个拿出来,都要比霍金的成就高出很多。

同时,杨振宁还是一位爱国科学家,1957年杨振宁获得诺贝尔奖之后,可以说为中国科技的发展打了一针“强心剂”,要知道,自从鸦片战争以来,中国很长一段时间都曾一蹶不振,而因为杨振宁荣获了诺贝尔奖,所以很多年轻的中国学子也都在杨振宁的感召下,






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杨振宁研究的多。主要有后来的“场论”,和丁肇中合作的诺贝尔奖项目。但场论好像解决百分之七十五的强核力、万有引力、星球引力(电磁力)。弱核力没能体现在公式里。也就是缺了一块。和爱因斯坦没得比。爱因斯坦的理论都接近完美。有一系列整套理论,虽然广义相对论和狭义相对论都打了补钉,但还是能对以后的物理学天文学的研究有指导作用。再说爱因斯坦有那么多发明...但杨振宁对世界物理学发展的贡献还是很大的。


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首先不以成败论英雄,贡献也会随着时间的变化而变化的,牛顿的理论在当时甚至不被认可,哥白尼甚至被当时的邪教徒烧死。但时至今日随着人们的认知提高,他们的理论也被广泛认可,同时为当今科学届发挥着巨大作用。

杨振宁主要长久,相变理论,玻色子多体问题。爱因斯坦主要是相对论,光电效应,能量守恒,宇宙常熟。

首先说杨振宁教授的功效。

主要成就

相变理论

统计力学是杨振宁的主要研究方向之一。他在统计力学方面的特色是对扎根于物理现实的普遍模型的严格求解与分析,从而抓住问题的本质和精髓。1952年杨振宁和合作者发表了3篇有关相变的重要论文。 第一篇是他在前一年独立完成的关于2维Ising模型的自发磁化强度的论文,得到了1/8这一临界指数。这是杨振宁做过的最冗长的计算。Ising模型是统计力学里最基本却极重要的模型,但是它在理论物理中的重要性到20世纪60年代才被广泛认识。1952年,杨振宁还和李政道合作完成并发表了两篇关于相变理论的论文。两篇文章同时投稿和发表,发表后引起爱因斯坦的兴趣。 论文通过解析延拓的方法研究了巨配分函数的解析性质,发现它的根的分布决定了状态方程和相变性质,消除了人们对于同一相互作用下可存在不同热力学相的疑惑。这两篇论文的高潮是第二篇论文中的单位圆定理,它指出吸引相互作用的格气模型的巨配分函数的零点位于某个复平面上的单位圆上。

玻色子多体问题

起源于对液氦超流的兴趣,杨振宁在1957年左右与合作者发表或完成了一系列关于稀薄玻色子多体系统的论文。首先,他和黄克孙、Luttinger合作发表两篇论文,将赝势法用到该领域。在写好关于弱相互作用中宇称是否守恒的论文之后等待实验结果的那段时间,杨振宁和李政道用双碰撞方法首先得到了正确的基态能量修正,然后又和黄克孙、李政道用赝势法得到同样的结果。他们得到的能量修正中最令人惊讶的是著名的平方根修正项,但当时无法得到实验验证。不过,这个修正项随着冷原子物理学的发展而得到了实验证实。

再论爱因斯坦

主要成就

相对论

狭义相对论的创立:

早在16岁时,爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波,与此相联系,他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。以太这个名词源于希腊,用以代表组成天上物体的基本元素。17世纪的笛卡尔和其后的克里斯蒂安·惠更斯首创并发展了以太学说,认为以太就是光波传播的媒介,它充满了包括真空在内的全部空间,并能渗透到物质中。与以太说不同,牛顿提出了光的微粒说。牛顿认为,发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流,粒子流冲击视网膜就引起视觉。

18世纪牛顿的微粒说占了上风,19世纪,光是波动说占了绝对优势。以太的学说也大大发展:波的传播需要媒质,光在真空中传播的媒质就是以太,也叫光以太。与此同时,电磁学得到了蓬勃发展,经过麦克斯韦、赫兹等人的努力,形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学,并从理论与实践上证明光就是一定频率范围内的电磁波,从而统一了光的波动理论与电磁理论。以太不仅是光波的载体,也成了电磁场的载体。直到19世纪末,人们企图寻找以太,然而从未在实验中发现以太,相反,迈克耳逊莫雷实验却发现以太不太可能存在。

爱因斯坦

电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架,但在解释运动物体的电磁过程时却发现,与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。按照麦克斯韦理论,真空中电磁波的速度,也就是光的速度是一个恒量;然而按照牛顿力学的速度加法原理,不同惯性系的光速不同。例如,两辆汽车,一辆向你驶近,一辆驶离。你看到前一辆车的灯向你靠近,后一辆车的灯远离。根据伽利略理论,向你驶来的车将发出速度大于c(真空光速3.0x10^8m/s)的光,即前车发出的光的速度=光速+车速;而驶离车发出的光的速度小于c,即后车发出的光的速度=光速-车速。但按照麦克斯韦理论,这两种光的速度相同,因为在麦克斯韦的理论中,车的速度有无并不影响光的传播,说白了不管车子怎样,光速等于c。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖!

爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论,特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的,但是有一个问题使他不安,这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现,所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现,除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外,以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。

爱因斯坦喜欢阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他相信世界的统一性和逻辑的一致性。在“奥林匹亚科学院”时期大卫·休谟(David Hume)对因果律的普遍有效性产生的怀疑,对爱因斯坦产生了影响。相对性原理已经在力学中被广泛证明,却在电动力学中却无法成立,对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致,爱因斯坦提出了怀疑。他认为,相对性原理应该普遍成立,因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式,但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量,成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太,也就是相信存在着绝对参照系,这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。

19世纪末,马赫在所著的《发展中的力学》中,批判了牛顿的绝对时空观,这给爱因斯坦留下了深刻的印象。1905年5月的一天,爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题,贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法,两人讨论了很久。突然,爱因斯坦领悟到了什么,回到家经过反复思考,终于想明白了问题。第二天,他又来到贝索家,说:谢谢你,我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事:时间没有绝对的定义,时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙,经过五个星期的努力工作,爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。

1905年6月30日,德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的论文《论动体的电动力学》,在同年9月的该刊上发表。这篇论文是关于狭义相对论的第一篇文章,它包含了狭义相对论的基本思想和基本内容。狭义相对论所根据的是两条原理:相对性原理和光速不变原理。爱因斯坦解决问题的出发点,是他坚信相对性原理。伽利略最早阐明过相对性原理的思想,但他没有对时间和空间给出过明确的定义。牛顿建立力学体系时也讲了相对性思想,但又定义了绝对空间、绝对时间和绝对运动,在这个问题上他是矛盾的。而爱因斯坦大大发展了相对性原理,在他看来,根本不存在绝对静止的空间,同样不存在绝对同一的时间,所有时间和空间都是和运动的物体联系在一起的。对于任何一个参照系和坐标系,都只有属于这个参照系和坐标系的空间和时间。对于一切惯性系,运用该参照系的空间和时间所表达的物理规律,它们的形式都是相同的,这就是相对性原理,严格地说是狭义的相对性原理。在这篇文章中,爱因斯坦没有讨论将光速不变作为基本原理的根据,他提出光速不变是一个大胆的假设,是从电磁理论和相对性原理的要求而提出来的。这篇文章是爱因斯坦多年来思考以太与电动力学问题的结果,他从同时的相对性这一点作为突破口,建立了全新的时间和空间理论,并在新的时空理论基础上给动体的电动力学以完整的形式,以太不再是必要的,以太漂流是不存在的。

世界著名的物理学家爱因斯坦

什么是同时性的相对性?不同地方的两个事件我们何以知道它是同时发生的呢?一般来说,我们会通过信号来确认。为了得知异地事件的同时性我们就得知道信号的传递速度,但如何测出这一速度呢?我们必须测出两地的空间距离以及信号传递所需的时间,空间距离的测量很简单,麻烦在于测量时间,我们必须假定两地各有一只已经对好了的钟,从两个钟的读数可以知道信号传播的时间。但我们如何知道异地的钟对好了呢?答案是还需要一种信号。这个信号能否将钟对好?如果按照先前的思路,它又需要一种新信号,这样无穷后退,异地的同时性实际上无法确认。不过有一点是明确的,同时性必与一种信号相联系,否则我们说这两件事同时发生是无意义的。

光信号可能是用来对时钟最合适的信号,但光速非无限大,这样就产生一个新奇的结论,对于静止的观察者同时的两件事,对于运动的观察者就不是同时的。我们设想一个高速运行的列车,它的速度接近光速。列车通过站台时,甲站在站台上,有两道闪电在甲眼前闪过,一道在火车前端,一道在后端,并在火车两端及平台的相应部位留下痕迹,通过测量,甲与列车两端的间距相等,得出的结论是,甲是同时看到两道闪电的。因此对甲来说,收到的两个光信号在同一时间间隔内传播同样的距离,并同时到达他所在位置,这两起事件必然在同一时间发生,它们是同时的。但对于在列车内部正中央的乙,情况则不同,因为乙与高速运行的列车一同运动,因此他会先截取向着他传播的前端信号,然后收到从后端传来的光信号。对乙来说,这两起事件是不同时的。也就是说,同时性不是绝对的,而取决于观察者的运动状态。这一结论否定了牛顿力学中引以为基础的绝对时间和绝对空间框架。

相对论认为,光速在所有惯性参考系中不变,它是物体运动的最大速度。由于相对论效应,运动物体的长度会变短,运动物体的时间膨胀。但由于日常生活中所遇到的问题,运动速度都是很低的(与光速相比),看不出相对论效应。

爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学,指出质量随着速度的增加而增加,当速度接近光速时,质量趋于无穷大。他并且给出了著名的质能关系式:E=mc^2,质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。

广义相对论的建立:

1905年,爱因斯坦发表了关于狭义相对论的第一篇文章后(即《论动体的电动力学》),并没有立即引起很大的反响。但是德国物理学家普朗克注意到了他的文章,认为爱因斯坦的工作可以与哥白尼相媲美,正是由于普朗克的推动,相对论很快成为人们研究和讨论的课题,爱因斯坦也受到了学术界的注意。

亚瑟·爱丁顿拍摄到的1919年5月29日日食

1907年,爱因斯坦听从友人的建议,提交了那篇著名的论文申请联邦工业大学的编外讲师职位,但得到的答复是论文无法理解。虽然在德国物理学界爱因斯坦已经很有名气,但在瑞士,他却得不到一个大学的教职,许多有名望的人开始为他鸣不平,1908年,爱因斯坦终于得到了编外讲师的职位,并在第二年当上了副教授。1912年,爱因斯坦当上了教授,1913年,应普朗克之邀担任新成立的威廉皇帝物理研究所所长和柏林大学教授。

1907年,爱因斯坦撰写了关于狭义相对论的长篇文章《关于相对性原理和由此得出的结论》,在这篇文章中爱因斯坦第一次提到了等效原理,此后,爱因斯坦关于等效原理的思想又不断发展。他以惯性质量和引力质量成正比的自然规律作为等效原理的根据,提出在无限小的体积中均匀的引力场完全可以代替加速运动的参照系。爱因斯坦并且提出了封闭箱的说法:在一封闭箱中的观察者,不管用什么方法也无法确定他究竟是静止于一个引力场中,还是处在没有引力场却在作加速运动的空间中,这是解释等效原理最常用的说法,而惯性质量与引力质量相等是等效原理一个自然的推论。

5岁的爱因斯坦和3岁的妹妹

1915年11月,爱因斯坦先后向普鲁士科学院提交了四篇论文,在这四篇论文中,他提出了新的看法,证明了水星近日点的进动,并给出了正确的引力场方程。至此,广义相对论的基本问题都解决了,广义相对论诞生了。

1916年,爱因斯坦完成了长篇论文《广义相对论的基础》,在这篇文章中,爱因斯坦首先将以前适用于惯性系的相对论称为狭义相对论,将只对于惯性系物理规律同样成立的原理称为狭义相对性原理,并进一步表述了广义相对性原理:物理学的定律必须对于无论哪种方式运动着的参照系都成立。

相对论的意义:

狭义相对论和广义相对论建立以来,已经过去了很长时间,它经受住了实践和历史的考验,是人们普遍承认的真理。相对论对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。相对论从逻辑思想上统一了经典物理学,使经典物理学成为一个完美的科学体系。狭义相对论在狭义相对性原理的基础上统一了牛顿力学和麦克斯韦电动力学两个体系,指出它们都服从狭义相对性原理,都是对洛伦兹变换协变的,牛顿力学只不过是物体在低速运动下很好的近似规律。广义相对论又在广义协变的基础上,通过等效原理,建立了局域惯性长与普遍参照系数之间的关系,得到了所有物理规律的广义协变形式,并建立了广义协变的引力理论,而牛顿引力理论只是它的一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系的问题,从逻辑上得到了合理的安排。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念,给出了科学而系统的时空观和物质观,从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。

狭义相对论给出了物体在高速运动下的运动规律,并提示了质量与能量相当,给出了质能关系式。这两项成果对低速运动的宏观物体并不明显,但在研究微观粒子时却显示了极端的重要性。因为微观粒子的运动速度一般都比较快,有的接近甚至达到光速,所以粒子的物理学离不开相对论。质能关系式不仅为量子理论的建立和发展创造了必要的条件,而且为原子核物理学的发展和应用提供了根据。

对于爱因斯坦引入的这些全新的概念,当时地球上大部分物理学家,其中包括相对论变换关系的奠基人洛仑兹,都觉得难以接受。甚至有人说“当时全世界只有两个半人懂相对论”。旧的思想方法的障碍,使这一新的物理理论直到一代人之后才为广大物理学家所熟悉,就连瑞典皇家科学院,1922年把诺贝尔物理学奖授予爱因斯坦时,也只是说“由于他对理论物理学的贡献,更由于他发现了光电效应的定律。”对爱因斯坦的诺贝尔物理学奖颁奖辞中竟然对于爱因斯坦的相对论只字未提。(注:相对论没有获诺贝尔奖,一个重要原因就是还缺乏大量事实验证。)

光电效应

1905年,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖。

爱因斯坦“达达主义”照

光照射到金属上,引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应(Photoelectric effect)。

光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应 。

赫兹于1887年发现光电效应,爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应(金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子)。光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限波长,对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关,这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾,即光电效应的瞬时性,按波动性理论,如果入射光较弱,照射的时间要长一些,金属中的电子才能积累住足够的能量,飞出金属表面。可事实是,只要光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都几乎是瞬时的,不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。

光电效应里,电子的射出方向不是完全定向的,只是大部分都垂直于金属表面射出,与光照方向无关,光是电磁波,但是光是高频震荡的正交电磁场,振幅很小,不会对电子射出方向产生影响。

能量守恒

E=mc2,物质不灭定律,说的是物质的质量不灭;能量守恒定律,说的是物质的能量守恒。

爱因斯坦书写质能方程

虽然这两条伟大的定律相继被人们发现了,但是人们以为这是两个风马牛不相关的定律,各自说明了不同的自然规律。甚至有人以为,物质不灭定律是一条化学定律,能量守恒定律是一条物理定律,它们分属于不同的科学范畴。

爱因斯坦认为,物质的质量是惯性的量度,能量是运动的量度;能量与质量并不是彼此孤立的,而是互相联系的,不可分割的。物体质量的改变,会使能量发生相应的改变;而物体能量的改变,也会使质量发生相应的改变。

在狭义相对论中,爱因斯坦提出了著名的质能公式:E=mc^2(这里的E代表能量,m代表多少质量,c代表光的速度,近似值为3×10^8m/s,这说明能量可以用减少质量的方法创造)。

爱因斯坦的质能关系公式,正确地解释了各种原子核反应:就拿氦4(He4)来说,它的原子核是由2个质子和2个中子组成的。照理,氦4原子核的质量就等于2个质子和2个中子质量之和。实际上,这样的算术并不成立,氦核的质量比2个质子、2个中子质量之和少了0.0302u(原子质量单位)!这是为什么呢?因为当2个氘[dāo]核(每个氘核都含有1个质子、1个中子)聚合成1个氦4原子核时,释放出大量的原子能。生成1克氦4原子时,大约放出2.7×10^12焦耳的原子能。正因为这样,氦4原子核的质量减少了。

这个例子生动地说明:在2个氘原子核聚合成1个氦4原子核时,似乎质量并不守恒,也就是氦4原子核的质量并不等于2个氘核质量之和。然而,用质能关系公式计算,氦4原子核失去的质量,恰巧等于因反应时释放出原子能而减少的质量。

爱因斯坦从更新的高度,阐明了物质不灭定律和能量守恒定律的实质,指出了两条定律之间的密切关系,使人类对大自然的认识又深了一步。

宇宙常数

爱因斯坦在提出相对论的时候,曾将宇宙常数(为了解释物质密度不为零的静态宇宙的存在,他在引力场方程中引进一个与度规张量成比例的项,用符号Λ表示。该比例常数很小,在银河系尺度范围可忽略不计。只在宇宙尺度下,Λ才可能有意义,所以叫作宇宙常数。即所谓的反引力的固定数值)代入他的方程。他认为,有一种反引力,能与引力平衡,促使宇宙有限而静态。当哈勃将膨胀宇宙的天文观测结果展示给爱因斯坦看时,爱因斯坦说:“这是我一生所犯下的最大错误。”

宇宙是膨胀着的。哈勃等认为,反引力是不存在的,由于星系间的引力,促使膨胀速度越来越慢。星系间有一种扭旋的力,促使宇宙不断膨胀,即暗能量。70亿年前,它们“战胜”了暗物质,成为宇宙的主宰。最新研究表明,按质量成份(只算实质量,不算虚物质)计算,暗物质和暗能量约占宇宙96%。看来,宇宙将不断加速膨胀,直至解体死亡。(也有其它说法,争议不休)。宇宙常数虽存在,但反引力的值远超过引力。林德饶有风趣的说:“我终于明白,为什么他(爱因斯坦)这么喜欢这个理论,多年后依然研究宇宙常数,宇宙常数依然是当今物理学最大的疑问之一。






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科学是全人类的财富,是改变世界历史世界的火炬,科学的进步是不是改变了人类生存的轨迹,是不是加速了人类走向终点的进程,不得而知。


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