愛因斯坦發(fā)表的論文，愛因斯坦論文集

1905年，愛因斯坦發(fā)表了5篇論文，掀起了一場影響百年的物理革命。至今，愛因斯坦的科學思想仍引導著我們改變世界。他的5篇論文分別是：

《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點》討論光量子以及光電效應

《分子大小的新測定》推導出計算擴散速度的數(shù)學公式

《關(guān)于熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》提供了原子確實存在的證明

《論動體的電動力學》提出時空關(guān)系新理論，被稱為“狹義相對論”

《物體的慣性是否決定其內(nèi)能》建立在狹義相對論基礎(chǔ)上，表明質(zhì)量和能量可互換，后來推出最著名的科學方程：E=mc2

阿爾伯特.愛因斯坦(1879年至1955年)在1919年與兒子埃德瓦的談話中說：“當一只甲蟲在一根彎曲的樹枝上爬行的時候，它并沒有覺察到這根樹枝是彎曲的。我有幸覺察到了甲蟲沒有覺察到的東西?！边@便是愛因斯坦的科學之旅。

一個智力遲鈍的小孩26歲發(fā)表改變世界的論文

愛因斯坦出生在德國南部小城市烏爾姆，該市的座右銘是“烏爾姆人都是數(shù)學家”。市民們對教育十分重視。愛因斯坦卻并未被父母和老師看作天才，他3歲才開始說話，上學時回答問題要思考半天，校長甚至對愛因斯坦的父親說：您的孩子無前途可談。中年以后，愛因斯坦在給朋友的信中曾寫道：“為什么是我，而不是他人發(fā)現(xiàn)了相對論?我想可能是由于我童年時代是一個智力遲鈍的小孩。一般人對時間和空間的認識大都在童年時代完成，而我發(fā)育較遲，到了成年才開始考慮時間與空間的問題。成年人思考孩童時的問題當然要更深一些，更成熟一些?！?/p>

愛因斯坦對時間與空間這類科學問題的純真追求貫穿一生。12歲時，他就在擔任電氣工程師的叔叔等人引導下，閱讀古代大數(shù)學家歐基理德的幾何著作;16歲時，他撰寫了第一篇科學論文《關(guān)于磁場中以太狀態(tài)的研究》。愛因斯坦1900年從瑞士的蘇黎世高等工程學院畢業(yè)，獲得了數(shù)學教師的資格證書，卻沒有去教書，他的一些科學論述被認為“不合邏輯”。在瑞士專利局當了小職員后，他仍堅持自己的研究，論文一次次地被退回。直到1905年，德文版的《物理學紀事》(又稱《物理學年鑒》)終于發(fā)表了愛因斯坦的第一篇論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點》，這一年，愛因斯坦26歲，他在這個權(quán)威雜志上連發(fā)了5篇“改變世界的論文”。 >>>返回首頁資訊導航

光.光電效應.激光無限

愛因斯坦1905年6月發(fā)表的第一篇論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點》，解釋了光的本質(zhì)，這使他在1921年榮獲了諾貝爾物理學獎。在論文中，愛因斯坦將量子概念應用于解釋光電效應：當一塊帶靜電的金屬受到光線照射時會釋放電子。他認為光束是由粒子(后來被稱作光子)組成，從而與光只有波動屬性的主流觀念相矛盾。這篇論文為構(gòu)成量子力學基石的光的波粒二重性獲得廣泛接受鋪平了道路。光電效應后來成為眾多技術(shù)的基礎(chǔ)。

愛因斯坦對光的研究一直影響著現(xiàn)代光學的發(fā)展，僅以激光技術(shù)為例。1917年，愛因斯坦在論文《論輻射的量子性》中，繼續(xù)探索著光和物質(zhì)的問題。他認識到如果原子吸收了光，它們可以變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，也就是說跳到更高的能級，它們自然發(fā)光返回到較低能級。除了吸收和自發(fā)輻射之外，愛因斯坦推斷出一定存在第三種作用，那就是光子可以誘導受激原子發(fā)出另外一個光子，這兩個光子可以激發(fā)另外兩個原子放出光子，于是產(chǎn)生了四個光子，四個光子又可以產(chǎn)生八個，依此類推。

這種產(chǎn)生相干光束的把戲，會建立“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，即受激原子多于未受激原子，從而找到使光子發(fā)射聚集成強光束的方法。這一設(shè)想直到1954年才得以實現(xiàn)，哥倫比亞大學的H.Townes和他的同事們從“愛因斯坦的超前理論”得到啟示，發(fā)明了激光的前身微波激射器“maser”。

原子.懸浮小粒子.現(xiàn)代統(tǒng)計力學

愛因斯坦1905年7月發(fā)表的論文《關(guān)于熱的分子運動論所要求的靜止液體中懸浮小粒子的運動》，被認為是第二篇“對世界產(chǎn)生革命性影響”的論文。在論文中，愛因斯坦為“特定大小原子的存在”提供了證明。

在19世紀至20世紀初，原子是否存在是有爭議的。愛因斯坦在這篇論文中，創(chuàng)立了支配“布朗運動”的數(shù)學定律，推進了“布朗運動”和原子存在的觀點。他預測了給定體積的液體中分子的數(shù)量和質(zhì)量，以及這些分子如何快速運動。這種飄忽不定的運動被稱作“布朗運動”，以羅伯特.布朗在19世紀初對水中花粉粒不規(guī)則的“之”字型運動的觀察而命名。愛因斯坦認為，水分子的運動足夠劇烈，從而能夠推動懸浮的顆粒，使得顆粒的飄舞在顯微鏡下能夠觀察得到。該文是對現(xiàn)代統(tǒng)計力學的一項重大貢獻，其導出的方法可用于模擬空氣污染物的行為或股票市場漲落走勢。2003年，利用類似于制造微芯片的技術(shù)，美國普林斯頓大學的C.Sturm及其合作者制造了布朗棘輪，它看上去有點像大拇指甲大小的彈球盤機。在幾次測試中，Sturm進行了分離實驗，他將水和兩種不同病毒的DNA混合物通過棘輪，結(jié)果很可靠地把較重的病毒基因組與較輕的分離開來。利用這一愛因斯坦式的技術(shù)，能夠節(jié)省分離大DNA片段所需用的時間，較之當前所用的方法，可省時2/3，而且更廉價且設(shè)備更便攜。

相對論.時間空間概念.質(zhì)量能量轉(zhuǎn)換

愛因斯坦在1905年9月和11月發(fā)表的兩篇論文《論動體的電動力學》和《物體的慣性是否決定其內(nèi)能》，被簡述為“狹義相對論”，被認為是最具有劃時代意義的理論革命。在《論動體的電動力學》中，愛因斯坦提出的一種理解時空關(guān)系的新方式;在《物體的慣性是否決定其內(nèi)能》上，愛因斯坦論述了建立在狹義相對論基礎(chǔ)上，質(zhì)量和能量是可以互換的。

相對性原理的出現(xiàn)要早于愛因斯坦數(shù)百年。1632年伽利略就提出：無論觀察者的運動狀態(tài)如何，只要其運動速度不變，所有物理定律都相同。在一艘勻速運動輪船的甲板上觀察，石塊從桅桿上垂直落下;從靜止輪船的甲板上看到的將是同樣的情況。對于牛頓在17世紀中期提出的力學定律而言，該相對性原理也成立。但是隨著19世紀后期電磁學的出現(xiàn)，這種一致性被打亂了。

愛因斯坦著手處理的是電磁學與物理學其他領(lǐng)域的不調(diào)和。作為一位具有深刻審美意識的科學家，他無法容忍相對性原理不能像解釋牛頓力學一樣去解釋電磁學。1905年的這篇關(guān)于狹義相對論的文章，通過將相對性原理應用于電磁學，他重新肯定了該原理適合于所有物理學，并且確認光速為一個常數(shù)。在解決了相對性悖論的同時，文章還提出一個與人們常規(guī)直覺相違背的新的相對性原理，即無論觀察者是坐在前廊的搖椅上，還是乘坐以接近光速飛升的未來太空船上，光速對他都保持不變。光速不變原理徹底摧毀了我們的絕對時空觀。速度等于距離除以時間。他們的體重將比飛船起飛前增加了。

愛因斯坦奇跡年的第5篇論文作為狹義相對論的補遺，他在文中描述道：“物體質(zhì)量是其內(nèi)能的一個尺度”。愛因斯坦于1907年將內(nèi)能概念重新表述為有史以來最著名的科學方程。方程E=mc2同樣適用于動能。相對于搖椅中觀察者，太空船的速度越快，則其動能和質(zhì)量也越大，從而使得它越來越難以加速。當飛船速度接近光速時，提升飛行速度所需要能量增量太過巨大，以至于繼續(xù)加速越來越費勁，這也是為什么超光速火箭飛船只可能出現(xiàn)在科幻小說中的原因之一。

1905年之后，最佳成就才真正出現(xiàn)。作為一項知識成果，愛因斯坦1916年又發(fā)表了廣義相對論。從證明原子的存在、推出E=mc2公式到原子彈爆炸，愛因斯坦的理論與現(xiàn)實很近很近。1939年8月，愛因斯坦曾致函羅斯?？偨y(tǒng)，建議美國開展對原子核的研究，擔憂德國法西斯可能制造原子彈。隨之美國有了研制原子彈的“曼哈頓計劃”。但是，愛因斯坦并未參與其中。他的理論被廣泛應用各個領(lǐng)域。(鐘理文) >>>返回首頁資訊導航

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