专栏名称: 质心教育

质心教育，这里有关于学科竞赛、高考升学、强基计划和自主招生的一切。私信有惊喜。

了不起的物理学：爱因斯坦奇迹年

质心教育 · 公众号 · · 2024-01-26 17:24

正文

寒假竞赛交流群开放啦

今年，我们开放了四个阶段

【小高】【初中】【高中】【竞赛】

大家可以根据目前你的学习进度来选择对应的学习群哦

👆扫码选择你的竞赛交流圈子👆

随着1905年的到来，即将26岁的阿尔伯特·爱因斯坦正以一名挂科的大学生身份面对平淡的生活。

如果在当时，你说这个不起眼的小公务员将会对科学甚至人类发展做出巨大的贡献，那大多数当时的物理学家都会嘲笑你的想法。

然而在接下来的一年里（1905年），爱因斯坦发表了不止一篇——整整四篇各不相同却都非同凡响的论文，它们注定将会彻底改变我们对宇宙的认知和理解。

1905年，爱因斯坦在《物理学年鉴》上发表了4篇划时代的论文，这4篇论文依次为：

📑第一篇是光量子理论解释光电效应，发表在 Annalen der Physik, 1905, 17 (6): 132–148.

📑第二篇是布朗运动的理论，发表在 Annalen der Physik, 1905, 17 (8): 549–560.

📑第三篇是运动物体的电动力学，即狭义相对论，发表在 Annalen der Physik, 1905, 17 (10): 891–921.

📑第四篇是惯性与能量，提出了著名的E=mc² 公式，发表在 Annalen der Physik, 1905, 18 (13): 639–641.

这4篇论文的确每篇都值得一个诺贝尔奖。

因此，1905年被称为爱因斯坦奇迹年。2005年，爱因斯坦奇迹年100周年，被联合国教科文组织定为世界物理年。

爱因斯坦在15岁时独自掌握了微积分，并在慕尼黑中学和瑞士理工学院都表现出色，他在那里学习数学和物理教学学位。爱因斯坦也逃课，为了花更多的时间待在实验室里，他不惜翘课而忽视了对教授的尊重，使他原本的职业道路偏离了轨道。他甚至没有得到实验室助理的职位，只能在瑞士专利局找到一份工作，这份工作是在朋友父亲的帮助下获得的。

每周工作六天作为专利文员，爱因斯坦仍然能抽出一些时间进行物理学研究，与几个亲密的朋友讨论最新的工作并发表了几篇次要论文。

🔎第一篇论文：光量子理论解释光电效应

令人大吃一惊的是，他在1905年3月发表了一篇带有惊人假设的论文。他全然不顾几十年来证明光是一种波的证据，他提出光，实际上可以是粒子。

并且表明一些“神秘现象”，如：光电效应，也可以用他的假设来解释。这个想法被嘲笑了多年，但现在回过头来发现，爱因斯坦只是领先了他的时代20年的时间。波粒二象性已被载入史册，成为量子革命的基石。

🔎第二篇论文：布朗运动的理论

两个月后，也就是五月份，爱因斯坦提交了第二篇论文，这篇论文研究的是延续了几个世纪的古老命题——原子是否存在。

尽管某些理论是建立在不可见原子的概念上的，但一些著名科学家仍然认为它们是有用的虚构，而不是实际的物理对象。

但是爱因斯坦使用了一个独立而巧妙的论点，展示了微小粒子的运动，小分子在液体中的不规则运动，也就是布朗运动。可以通过数以百万计看不见的原子的碰撞来精确预测准确的预测，

实验很快证实了爱因斯坦的模型，原子怀疑论者也拱手认输。

🔎第三篇论文：运动物体的电动力学/侠义相对论

第三篇论文是在六月发表的。长期以来，爱因斯坦一直被物理学的两个基本原理之间的不一致所困扰。

相对论的既定原则，可以追溯到伽利略，指出绝对的运动是无法定义的。

然而同样被广泛认可的电磁理论，则认为绝对运动是存在的。

这个矛盾和自己的无能为力让爱因斯坦陷入了“精神紧张状态”。

t1≠t2≠t3

但是五月的一天，在他和他的朋友米歇尔·贝索仔细考虑了这个谜题之后，乌云散去了。爱因斯坦意识到，如果光速是恒定的，保持不变，而时间和空空间对于观测者就都是相对的。爱因斯坦只用了几周时间就解决了细节问题，并制定了后来被称为狭义相对论的理论。这个理论不仅粉碎了我们之前对现实的理解，还为从粒子加速器到全球定位系统等技术铺平了道路。

🔎还没完，第四篇论文诞生了：惯性与能量

在九月份，第四篇论文作为对狭义相对论论文的跟进。爱因斯坦对他的理论进行了更多的思考，并且意识到了其还暗示了质量和能量，质量明显是实体的，能量被认为是虚无的，实际上是等价的。它们的关系可以用一个很著名的方程式来表达：E=mc²——这个方程式后来也成为了历史上最重要的方程之一

此后，将近15年的时间爱因斯坦都没有成为举世闻名的科学家。直到1919年在测量星光在日全食中的弯曲确认了他后来的广义相对论。媒体才开始争相报道。

相对论的一个重要结果，便是质量与能量间的关系。爱因斯坦假定光速对所有的观测者都不变，如果持续给物体供应能量，被加速物体的质量就会增大。这种质量与能量的关系，便是著名的E=mc²。当铀原子核裂变成两个小的原子核时，因为很微小的一点质量亏损，便会释放出巨大的能量。原子弹与核能的理论基础，便源出于此。

尽管狭义相对论与麦克斯韦的电磁理论结合得非常完美，但它却与牛顿的重力理论不相容。几年后，爱因斯坦想到，如果质量和能量会造成四维空间(三维空间加上时间)的弯曲，那么，问题就迎刃而解了。这个关于弯曲时空的新理论，便是广义相对论。

📚霍金曾评价道，“从公元前300年欧几里得完成他的《几何原本》后，这是一个人类感知他们存在于其中的宇宙的最大的革命性的更新……

它彻底改变了人们对宇宙的起源及归宿的讨论方向。静止的宇宙可能永远存在……

但根据广义相对论，宇宙大爆炸标志着宇宙的起源，时间的开始。从这个意义上说，爱因斯坦不仅仅是过去100年中最伟大的人物，他应该获得人们更长久的尊重。”

在【了不起的物理学】这个系列

学长会挑选一些有趣的物理知识、人物、事件……科普给大家。

比如：什么是量子纠缠？薛定谔的猫？爱因斯坦的伟大错误？什么是熵？……

如果大家有感兴趣的内容也可以留言告诉我哦！

用“大白话”给大家阐述物理这门学科的魅力

🔎这是第一期：爱因斯坦的奇迹年

如果你喜欢这个系列，记得给我们点个赞哦~

🎯-《走进相对论》孙鹏老师2024年倾力打造 | 5个课时 | 附《从零学相对论》电子书