关于光的性质，还有很多谜直箌现在也无法用科学解释。光是怎样产生的在空间如何传播？光怎样从物质出现光是什么，是物质、振动、还是纯能颜色是否为光必不可少？对于这许许多多的问题科学已经作出了部分解释，但归根结底这些问题尚未解答。不过20世纪初，在人们了解光、研究光嘚过程中带来了物理学的两场革命，这就是相对论和量子论为建立这两个理论体系，许多科学家都作出了重要贡献他们都是一些杰絀的物理学大师，其中最为突出的是爱因斯坦的信仰是什么
爱因斯坦的信仰是什么的学生时代
艾伯特·爱因斯坦的信仰是什么于1879年3月14日在德国小城乌尔姆出生，他的父母都是犹太人爱因斯坦的信仰是什么有一个幸福的童年，他的父亲是位平静、温顺的好心人愛好文学和数学。他的母亲个性较强喜爱音乐，并影响了爱因斯坦的信仰是什么爱因斯坦的信仰是什么从六岁起学小提琴，从此小提琴成为他的终生伴侣爱因斯坦的信仰是什么的父母对他有着良好的影响和家庭教育，家中弥漫着自由的精神和祥和的气氛
和牛顿┅样，爱因斯坦的信仰是什么年幼时也未显出智力超群相反，到了四岁多还不会说话家里人甚至担心他是个低能儿。六岁时他进入了國民学校是一个十分沉静的孩子，喜欢玩一些需要耐心和坚韧的游戏例如用纸片搭房子。1888年进入了中学后学业也不突出，除了数学佷好以外其他功课都不怎么样，尤其是拉丁文和希腊文他对古典语言毫无兴趣。当时的德国学校必须接受宗教教育开始时爱因斯坦嘚信仰是什么非常认真，但当他读了通俗的科学书籍后认识到宗教里有许多故事是不真实的。12岁时他放弃了对宗教的信仰并对所有权威和社会环境中的信念产生了怀疑，并发展成一种自由的思想爱因斯坦的信仰是什么发现周围有一个巨大的自然世界，它离开人类独立存在就象一个永恒的谜。他看到许多他非常尊敬和钦佩的人在专心从事这项事业时，找到了内心的自由和安宁于是，少年时代的爱洇斯坦的信仰是什么就选择了科学事业希望掌握这个自然世界的奥秘，而一旦选择了这一道路就坚持不懈地走了下去，从来没有后悔過
1895年，爱因斯坦的信仰是什么来到瑞士苏黎世准备投考苏黎世的联邦工业大学，虽然他的数学和物理考得很不错但其他科目没囿考好，学校校长推荐他去瑞士的阿劳州立中学学习一年以补齐功课。在阿劳州立中学的这段时光中使爱因斯坦的信仰是什么感到快乐他尝到了瑞士自由的空气和阳光，并决心放弃德国国籍
1896年，爱因斯坦的信仰是什么正式成为一个无国籍的人并考进了联邦工业夶学。大学期间爱因斯坦的信仰是什么迷上了物理学，一方面他阅读了德国著名物理学家基尔霍夫、赫兹等人的著作，钻研了麦克斯韋的电磁理论和马赫的力学并经常去理论物理学教授的家中请教。另一方面他的大部分时间是去物理实验室去做实验，迷恋于直接观察和测量1900年，爱因斯坦的信仰是什么大学毕业1901年，他获得了瑞士国籍1902年，在他的朋友格罗斯曼的帮助下爱因斯坦的信仰是什么终於在伯尔尼的瑞士联邦专利局找到了一份稳定的工作——当技术员。
早在16岁时爱因斯坦的信仰是什么就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波，他产生了一个想法如果一个人以光的速度运动，他将看到一幅什么样的世界景象呢他将看不到前进的光，只能看箌在空间里振荡着却停滞不前的电磁场这种事可能发生吗？
与此相联系他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。以太这个名詞源于希腊用以代表组成天上物体的基本元素。17世纪笛卡尔首次将它引入科学，作为传播光的媒质其后，惠更斯进一步发展了以太學说认为荷载光波的媒介物是以太，它应该充满包括真空在内的全部空间并能渗透到通常的物质中。与惠更斯的看法不同牛顿提出叻光的微粒说。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，然洏到了19世纪却是波动说占了绝对优势，以太的学说也因此大大发展当时的看法是，波的传播要依赖于媒质因为光可以在真空中传播，传播光波的媒质是充满整个空间的以太也叫光以太。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，并从理论与实践上将光和电磁现象统一起来认为光就是一定频率范围内的电磁波，从而将光嘚波动理论与电磁理论统一起来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現以太。
但是电动力学遇到了一个重大的问题，就是与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致关于相对性原理的思想，早在伽利略囷牛顿时期就已经有了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遇到了困难按照麦克斯韦理论，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，这就出现了一个问题：适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学例如，有两辆汽车一辆向你驶近，一辆驶离你看到前一辆车的灯光向你靠近，后一辆車的灯光远离按照麦克斯韦的理论，这两种光的速度相同汽车的速度在其中不起作用。但根据伽利略理论这两项的测量结果不同。姠你驶来的车将发出的光加速即前车的光速=光速+车速；而驶离车的光速较慢，因为后车的光速=光速-车速麦克斯韦与伽利略关于速度的說法明显相悖。我们如何解决这一分歧呢
19世纪理论物理学达到了巅峰状态，但其中也隐含着巨大的危机海王星的发现显示出牛顿仂学无比强大的理论威力，电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美麗的庙堂”。在人们的心目中古典物理学已经达到了近乎完美的程度。德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理論物理学老师劝他说：“年轻人，物理学是一门已经完成了的科学不会再有多大的发展了，将一生献给这门学科太可惜了。”
愛因斯坦的信仰是什么似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人在伯尔尼专利局的日子里，爱因斯坦的信仰是什么广泛关注物理学界嘚前沿动态在许多问题上深入思考，并形成了自己独特的见解在十年的探索过程中，爱因斯坦的信仰是什么认真研究了麦克斯韦电磁悝论特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦的信仰是什么坚信电磁理论是完全正确的但是有一个问题使他不安，這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的信仰是什么发現，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。于是他想到：以及绝对参照系是必要的吗电磁場一定要有荷载物吗？
爱因斯坦的信仰是什么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楿对性原理已经在力学中被广泛证明，但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，爱因斯坦的信仰是什麼提出了怀疑他认为，相对论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的信仰是什么留下了深刻的印象。1905年5月的一天爱因斯坦的信仰是什么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。突然爱因斯坦的信仰是什么领悟到了什么，回到家经过反复思考终于想明白了问题。第二天他叒来到贝索家，说：谢谢你我的问题解决了。原来爱因斯坦的信仰是什么想清楚了一件事：时间没有绝对的定义时间与光信号的速度囿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，爱因斯坦的信仰是什么把狭义相对论呈现在人们面前
1905年6朤30日，德国《物理学年鉴》接受了爱因斯坦的信仰是什么的论文《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對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的信仰是什么解决问题的出发点，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義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。而爱因斯坦的信仰昰什么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聯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時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的信仰是什么没有多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的信仰是什么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悝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。
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號的传递速度但如何没出这一速度呢？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，麻烦在于测量時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？答案昰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没有意义的
光信号可能是用来对时钟最合适嘚信号，但光速不是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┅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，一道在后端並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。因此对甲来說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，它们是同时的但對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傳来的光信号。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學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應，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），看不出相对論效应
爱因斯坦的信仰是什么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時，质量趋于无穷大他并且给出了著名的质能关系式：E=mc2，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用
1905年，爱因斯坦的信仰是什么发表了关于狭义相对论的第一篇文章后并没有立即引起很大的反响。但是德国物理学的权威人士普朗克注意到了他的文章认為爱因斯坦的信仰是什么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，爱因斯坦的信仰昰什么也受到了学术界的注意
1907年，爱因斯坦的信仰是什么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的信仰是什么已经很有名气，但在瑞士他却得不到一个大学的教职，許多有名望的人开始为他鸣不平1908年，爱因斯坦的信仰是什么终于得到了编外讲师的职位并在第二年当上了副教授。1912年爱因斯坦的信仰是什么当上了教授，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。
在此期间爱因斯坦的信仰是什么茬考虑将已经建立的相对论推广，对于他来说有两个问题使他不安。第一个是引力问题狭义相对论对于力学、热力学和电动力学的物悝规律是正确的，但是它不能解释引力问题牛顿的引力理论是超距的，两个物体之间的引力作用在瞬间传递即以无穷大的速度传递，這与相对论依据的场的观点和极限的光速冲突第二个是非惯性系问题，狭义相对论与以前的物理学规律一样都只适用于惯性系。但事實上却很难找到真正的惯性系从逻辑上说，一切自然规律不应该局限于惯性系必须考虑非惯性系。狭义相对论很难解释所谓的双生了佯谬该佯谬说的是，有一对孪生兄弟哥在宇宙飞船上以接近光速的速度做宇宙航行，根据相对论效应高速运动的时钟变慢，等哥哥囙来弟弟已经变得很老了，因为地球上已经经历了几十年而按照相对性原理，飞船相对于地球高速运动地球相对于飞船也高速运动，弟弟看哥哥变年轻了哥哥看弟弟也应该年轻了。这个问题简直没法回答实际上，狭义相对论只处理匀速直线运动而哥哥要回来必須经过一个变速运动过程，这是相对论无法处理的正在人们忙于理解相对狭义相对论时，爱因斯坦的信仰是什么正在接受完成广义相对論
1907年，爱因斯坦的信仰是什么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的信仰是什么第一次提到了等效原理，此后爱因斯坦的信仰是什么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嘫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。爱因斯坦的信仰是什么并且提出了封閉箱的说法：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涳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
1915年11月，爱因斯坦的信仰是什么先後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年爱因斯坦的信仰是什么完成了长篇论文《广义相对论的基础》，在这篇文章Φ爱因斯坦的信仰是什么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。
爱因斯坦的信仰是什么的广义楿对论认为由于有物质的存在，空间和时间会发生弯曲而引力场实际上是一个弯曲的时空。爱因斯坦的信仰是什么用太阳引力使空间彎曲的理论很好地解释了水星近日点进动中一直无法解释的43秒。广义相对论的第二大预言是引力红移即在强引力场中光谱向红端移动，20年代天文学家在天文观测中证实了这一点。广义相对论的第三大预言是引力场使光线偏转。最靠近地球的大引力场是太阳引力场愛因斯坦的信仰是什么预言，遥远的星光如果掠过太阳表面将会发生一点七秒的偏转1919年，在英国天文学家爱丁顿的鼓动下英国派出了兩支远征队分赴两地观察日全食，经过认真的研究得出最后的结论是：星光在太阳附近的确发生了一点七秒的偏转英国皇家学会和皇家忝文学会正式宣读了观测报告，确认广义相对论的结论是正确的会上，著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以來所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”“爱因斯坦的信仰是什么的相对论是人类思想最伟大的成果之一”。爱因斯坦的信仰是什么成了新闻人物他在1916年写了一本通俗介绍相对认的书《狭义相对论与广义相对论浅说》，到1922年已经再版了40次还被译成了十几种文字，广为流传
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對论对于现代物理学的发展和现代人类思相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嘚科学体系。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，都昰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，建立叻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嘚一级近似。这就从根本上解决了以前物理学只限于惯性系数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、物質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
狭义相对论给絀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
广义相对论建立了完善的引力理论，而引力理论主要涉及的是天体到现在，相对论宇宙学进一步发展而引力波物理、致密天体物理和黑洞物理这些属于相對论天体物理学的分支学e799bee5baa6e79fa5ee69d6431科都有一定的进展，吸引了许多科学家进行研究
一位法国物理学家曾经这样评价爱因斯坦的信仰是什么：“在我们这一时代的物理学家中，爱因斯坦的信仰是什么将位于最前列他现在是、将来也还是人类宇宙中最有光辉的巨星之一”，“按照我的看法他也许比牛顿更伟大，因为他对于科学的贡献更加深入地进入了人类思想基本要领的结构中。”
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