為什麼有人說愛因斯坦是憑運氣獲得的諾貝爾獎?

小豎彡


對於愛因斯坦在科學界的貢獻,大家可能有很多意見,但對於他在科學界的排名應該意見不大,第一位不是牛頓就是愛因斯坦,這幾乎成了大家公認兩位最偉大的科學家,也許有朋友也會在第三名排上麥克斯韋,但愛因斯坦到底做了什麼,他最偉大的成就到底是哪一項,也許各位還不一定說得出來!

集眾人所成的狹義相對論

這不是愛因斯坦獨創的理論嗎?怎麼變成集眾人所成了?其實我們在這裡必須要糾正下,狹義相對論中的部分條件或者假設卻已經早已有科學家鋪墊!

"麥克斯韋方程組"的光速常量

麥克斯韋方程組統一了電磁學,可能大家對電磁學和相對論的關係並不十分清楚,但麥克斯韋統一電磁學直接導致了相對論的誕生!1860年麥克斯韋提出的方程組中的第四個波動方程可以直接推導出光速是一個常量!

當時麥克斯韋推導出的是電磁波速度,但麥克斯韋推測也是電磁波的一種,後來證明麥克斯韋的判斷是準確的,但這個速度是相對誰的呢?當時無人能回答這個問題!

邁克爾遜-莫雷“光在以太中的速度”實驗

這是在1887年的一個光速實驗,目的是證明以太的存在,但卻意外的證明了光速不變這個理論。

洛倫茲變化和龐加拉解釋

在邁克爾遜-莫雷實驗的零結果中儘管證明了光速不變,但當時並未拋棄以太說,洛倫茲以在運動方向上長度縮短,運動中時間變慢的“洛倫茲變換”成功解釋了邁克爾遜·莫雷實驗的零結果!龐加萊則以本地時不同座標系通過以光速同步予以解釋,其實這已經是狹義相對論中同時性的相對性的概念

愛因斯坦狹義相對論出世

1905年,愛因斯坦拋棄了以太假說,以光速不變和下一相對性原理的兩條基本假設推出了相對論,同時洛倫茲變換也被保留。

縱觀狹義相對論誕生的過程,為狹義相對論做鋪墊的是麥克斯韋和邁克爾遜-莫雷實驗,幾乎摸到了門檻的是洛倫茲和龐加萊,但兩者仍然沒有打破陳規,死守以太假說,結果與狹義相對論擦肩而過,但不可否認洛倫茲和龐加萊是狹義相對論最大的助力者,甚至愛因斯坦也認為,即使他不推出狹義相對論,那麼最長5年後也會有人推出來!

愛因斯坦的奇蹟之年

上文我們將愛因斯坦的奇蹟之一狹義相對論交代了,因為這個成就實在值得單獨說明!下面我們再來說說另外四個奇蹟

質能方程

愛因斯坦在1905年9月26日發表了《論運動物體的電動力學》,緊接著9月27日發表了《物體的慣性同它所含的能量有關嗎?》,沒錯你猜對了,這就是E=mc²,人家一輩子這樣一個成就足矣,愛因斯坦兩天發表兩個。

質能方程的指導意義實在可以稱得上偉大,它解決的並不只是後來恆星發光的能量來源,更不是原子彈和氫彈的爆炸原理,而是宇宙誕生的物質來源!

光電理論

同年愛因斯坦在《關於光的產生和轉化的一個試探性觀點》中提出了光量子假說,他認為光子的能量是頻率乘以普朗克常數,假如這個光子的能量足夠,那麼它將使得一個電子逃離,這就是光電效應原理的來龍去脈!也許愛因斯坦才是量子力學的鼻祖,儘管他在後期的量子力學發展中是最大的反對者。

除此以外,還有測定分子大小和布朗運動的《分子大小的新測定》、《熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》,當然我們不知道愛因斯坦的妻子米列娃在中間扮演了什麼角色,因為和米列娃是愛因斯坦的物理專業同學,是可以和愛因斯坦討論與建議的。但無論如何,一年五個諾獎級成就,絕對能令人目瞪口呆!

愛因斯坦獨家:廣義相對論

如果說狹義相對論是愛因斯坦集眾人成就創立,那麼廣義相對論可是實實在在的愛氏獨家!1905年愛因斯坦在發表了狹義相對論之後,甚至一刻都沒有陶醉在自我成就之中,幾乎立即就開始了廣義相對論的思考,愛因斯坦將狹義相對性原理推廣到了廣義相對性原理,即:

在所有座標系下物理定律都是一樣的

和狹義相對論設定的前提只有兩個,而廣義相對論設定的前提只有一個,只要接受了這個前提,無論從中推導出什麼結果,我們都得認了!但從中推導出來的結果卻是顛覆性的,簡直令人難以置信,即使在100多年後的今天,仍然有很多朋友對物理學家惠勒總結的形象卻又無比深刻的廣義相對論的精髓懷疑不已:

物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動。

你可以不相信廣義相對論所闡述的簡單而又深刻的事實,但你必須得了解從二十世紀到二十一世紀,天文界的偉大發現與理論驗證都和廣義相對論是分不開的,如果你有興趣,我們不妨做個簡單的統計!

1915年,愛因斯坦證明了廣義相對論可以解釋水星進動的現象(廣相在1915年就完成,1916年才發表)

在愛因斯坦發表廣相的同年,史瓦希在一戰戰場上從廣相引力場方程中推導出了史瓦希半徑,即天體質量不變的情況下,等於或者小於其史瓦希半徑時將會坍縮成黑洞。

1919年愛丁頓帶隊觀測到了日食時本不應看到的畢宿星團的亮星,表明光線受到了引力場彎曲的影響。

1922年,蘇聯物理學家弗裡德曼簡化推導的方式,假設宇宙物質分佈是均勻的,從廣義相對論中給出了宇宙模型的場方程。

1927年勒梅特在求解弗裡德曼場方程時提出了宇宙膨脹的觀點。

1929年哈勃觀測到遙遠星系加速原理,從而發現了宇宙正在膨脹。

1934年弗裡茨·茲威基在研究后髮座星系團運動時,用維裡定理推算出星系內部存在暗物質。

1934年Tolman發現在宇宙中輻射溫度會隨時間演化而改變。

1948年美國物理學家伽莫夫、阿爾菲和赫爾曼估算出宇宙殘留的黑體輻射約為5-10K

1960年龐德、雷布卡和斯奈德採用穆斯堡爾效應的實驗方法測量了到了引力紅移現象。

1964年天鵝座X-1被發現,這個強X射線源是公認的第一個黑洞候選對象

1965年阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜發現宇宙微波背景輻射。後續觀測正是弗裡德曼假設的各向同性正確性。

1974年拉塞爾·赫爾斯和約瑟夫·泰勒發現赫爾斯-泰勒脈衝雙星公轉時,間接證明愛因斯坦當年預言的引力波。

1980年,天文學家觀測到類星體Q0957+561產生的引力透鏡現象,這是光線彎曲的另一個版本

1998年兩個團隊研究Ia型超新星紅移發現,宇宙正在加速膨脹.

2016年LIGO和VIRGO宣佈發現雙黑洞合併的引力波。

以上流水帳記錄大致記錄了二十世紀到二十一世紀發現的與廣義相對論有關的重大天文事件,無論哪一項都是舉世矚目的成就,但這些現象的源頭就是廣義相對論!當然還有一個事實必須要提醒一下,質能方程告訴我們物質是怎麼來的,而廣義相對論卻能推導出宇宙是怎麼來的,兩個理論結合,似乎將我們宇宙發生的一切都給囊括了!愛因斯坦打開了一個魔盒,但很幸運放出來的不是一個魔鬼,而是廣義相對論!

比較好玩的是,一波三折之後,1921年的諾貝爾獎頒給了愛因斯坦最不起眼的光電理論,而眾望所歸的狹義和廣義相對論卻始終未能如諾貝爾獎評選為會員的法眼,這可能是委員會最難解釋的案例之一,如果再來一次,他們寧願頒發三次來彌補這個過失!不過愛因斯坦的成就遠未結束,按慣例,我們還得提提愛因斯坦其他順便發現的科學成就

1916年愛因斯坦提出的光與物質相互作用理論,預言了激光的存在,1960年科學家制造出了激光

1924年愛因斯坦在手稿中以光子的統計力學為基礎,預言了玻色-愛因斯坦凝聚態。1995年,沃夫岡·凱特利與埃裡克·康奈爾以及卡爾·威曼首次獲得了玻色-愛因斯坦凝聚態。

而從愛因斯坦理論中研究或者從他理論推導出的理論的研究中獲得諾貝爾獎的科學家難以計數,愛因斯坦的偉大在二十一世紀仍將繼續發酵。所以請不要用多厲害這種形容街頭賣藝的形容詞來描繪愛因斯坦,他的傳說在未來數百年仍將繼續流傳。


跪射俑


在歷史上某些發現和發明確實有運氣的因素,但機遇往往偏愛有準備的頭腦。沒有充分的準備,即便是機遇來臨、幸運女神眷顧也會失之交臂的。

話題回來愛因斯坦可是貨真價實的天才,曾經在高中時期讀過一本關於他的一生的自傳。他不僅僅是物理領域驚才絕豔,在數學方面也是頂尖的科學家。

他的發現不是偶然,而是經過嚴格的計算得到的,很多也是經過試驗、甚至他的猜想經過後人來逐步證實的。

如果他的偉大是偶然,那麼人類的進步也終將是個謬論吧。


葛峰心內科醫生


這樣的觀點是錯誤的,持這樣觀點的人是由於相關知識的欠缺,接下來做一些簡單介紹。愛因斯坦獲諾貝爾獎是由於他對光電效應的貢獻,而不是他最著名的相對論理論!現在基於光電效應建立角分辨光電子譜儀(ARPES)是用於研究材料的關鍵設備,如同人的眼睛一般,能夠窺探材料的能帶分佈,從而理解材料的性質,如金屬性,絕緣性,超導電性和拓撲性質等等。而基於相對論預言的引力波在前不久被實驗所證實,這為相對論提供了有力的支撐,同時也增進了人們對於宇宙的演化發展的認識。顯然,相對論理論為理解宇宙及其演化提供了理論基礎。愛因斯坦還有很多其他貢獻,其中愛因斯坦——玻色分佈是統計物理的基礎之一,EPR佯謬則直接推動了今日量子糾纏的發展。愛因斯坦還在熱和激光理論方面具有重要貢獻!這樣一個在現在看來全能型的人才,怎麼可能是憑運氣才獲得諾貝爾獎!


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