爱因斯坦与相对论详解版课件.ppt

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1、“爱因斯坦爱因斯坦”无处不在无处不在 毫不夸张地说，根据爱因斯坦创立的科学理论而衍生出的发毫不夸张地说，根据爱因斯坦创立的科学理论而衍生出的发明创造，几乎涵盖了现代文明的每一个角落。电脑游戏、公共明创造，几乎涵盖了现代文明的每一个角落。电脑游戏、公共汽车、数码照相机汽车、数码照相机我们衣食住行的每个细节都闪现着爱因我们衣食住行的每个细节都闪现着爱因斯坦的影子。斯坦的影子。1979年，联合国教科文组织在爱因斯坦诞生年，联合国教科文组织在爱因斯坦诞生100周年发行一枚纪念章。纪念章的正周年发行一枚纪念章。纪念章的正面是爱因斯坦的晚年头像，背面是爱因斯坦对物理学做出重大贡献的三个数学公式。面是爱因斯

2、坦的晚年头像，背面是爱因斯坦对物理学做出重大贡献的三个数学公式。电脑显示器电脑显示器 在短促的瞬间，电子显像在显示屏上在短促的瞬间，电子显像在显示屏上这正好符合爱因斯坦的这正好符合爱因斯坦的狭义相对论狭义相对论。发明电脑显示器的工程师必须使显示发明电脑显示器的工程师必须使显示器符合器符合“相对论效应相对论效应”，否则控制电子飞，否则控制电子飞驰的磁铁就会在显示屏上产生模糊图像，驰的磁铁就会在显示屏上产生模糊图像，使你无法工作。使你无法工作。精准的激光 当你到超市购物，你手里的每一件商品条形码也得益于爱因斯坦的激光理论，只有激光才能准确读出条形码中的编码。爱因斯坦的科学理论在现实生活中的应用爱因

3、斯坦的科学理论在现实生活中的应用数码相机 假期你和家人轻松郊游。当你打开数码相机，准备摄下家人温馨的笑容时，要先感谢爱因斯坦。从镜头飞进来的光子会把半导体里的电子挤走，这同样利用了宝贵的光电效应。全球定位系统 万一彩票中了大奖，得意忘形的你不幸成为寻人启事中主角，那也没有关系，你身上携带的GPS（全球定位系统）能帮助你与搜索人员取得联系。全球定位系统之所以能将物体的位置精确到米，正是根据爱因斯坦的相对论对地球卫星发生的信号进行了修正。爱因斯坦的科学理论在现实生活中的应用爱因斯坦的科学理论在现实生活中的应用烟雾探测器烟雾探测器 这里用一个假设的这里用一个假设的“你你”做比喻。早晨当你做比喻。早晨

4、当你从下榻的宾馆起来，走出房间准备晨练时，从下榻的宾馆起来，走出房间准备晨练时，请注意你头上的烟雾探测器。它利用放射性请注意你头上的烟雾探测器。它利用放射性物质镅物质镅-241释放出能量，产生一小束带电粒释放出能量，产生一小束带电粒子。一旦发生意外，从火焰里冒出来的烟雾子。一旦发生意外，从火焰里冒出来的烟雾与粒子束发生反应，触动警报器自动拉响。与粒子束发生反应，触动警报器自动拉响。平坦的公路平坦的公路 回到家后你要开车去上班，你车轮下的回到家后你要开车去上班，你车轮下的平坦公路里也刻着爱因斯坦的功劳。在平坦公路里也刻着爱因斯坦的功劳。在爱因斯坦的博士论文中探讨了在不同溶爱因斯坦的博士论文中探讨

5、了在不同溶液中测量分子的新方法，这些方法后来液中测量分子的新方法，这些方法后来成为胶体化学的基本方法。建材工程师成为胶体化学的基本方法。建材工程师在建造公路时，就是利用他的研究成果。在建造公路时，就是利用他的研究成果。爱因斯坦的科学理论在现实生活中的应用爱因斯坦的科学理论在现实生活中的应用药物药物 倘若你身体有点小毛病，需要药物调理。许多药物制造倘若你身体有点小毛病，需要药物调理。许多药物制造得益于爱因斯坦那篇有关布朗运动的论文。得益于爱因斯坦那篇有关布朗运动的论文。英国植物学家罗伯特英国植物学家罗伯特布朗最先观察到，悬浮的液体中的布朗最先观察到，悬浮的液体中的微粒永远不停地做无规则运动。爱因

6、斯坦则利用布朗运动微粒永远不停地做无规则运动。爱因斯坦则利用布朗运动创立了将微观数量和宏观数量联系在一起的统计法。创立了将微观数量和宏观数量联系在一起的统计法。直到今天，这些统计法仍是全世界药剂师必须遵循的配直到今天，这些统计法仍是全世界药剂师必须遵循的配比法则。比法则。爱因斯坦的科学理论在现实生活中的应用爱因斯坦的科学理论在现实生活中的应用控制控制X射线的能量射线的能量 你长了一个肿瘤，幸亏是良性的，但因长你长了一个肿瘤，幸亏是良性的，但因长在胸腺上，手术后需要放射治疗。医生在在胸腺上，手术后需要放射治疗。医生在为你实施放射治疗前，需要估计为你实施放射治疗前，需要估计X射线可射线可能对你细胞

7、造成的伤害，根据就是爱因斯能对你细胞造成的伤害，根据就是爱因斯坦的坦的E=mc2。在在艾萨克艾萨克牛顿墓志铭牛顿墓志铭中，英国诗人亚历山大中，英国诗人亚历山大蒲伯写道：蒲伯写道：“大自然和自然定律都在黑暗中躲藏大自然和自然定律都在黑暗中躲藏 上帝说，让牛顿问世！于是一切大白于天光。上帝说，让牛顿问世！于是一切大白于天光。”英国现代派诗人斯奎尔（英国现代派诗人斯奎尔（J.CSquire 18841958）在）在其其讽刺诗体集讽刺诗体集中对蒲伯的上述两句诗做出了回应：中对蒲伯的上述两句诗做出了回应：“此情形并未能持久：魔鬼喝道此情形并未能持久：魔鬼喝道“嗬！嗬！让爱因斯坦问世！让爱因斯坦问世！”世

8、界又变得难以捉摸。世界又变得难以捉摸。”爱因斯坦爱因斯坦（18791955）美籍德国犹太人。他创立了代表美籍德国犹太人。他创立了代表现代科学的相对论，并为核能开发奠现代科学的相对论，并为核能开发奠定了理论基础，在现代科学技术和它定了理论基础，在现代科学技术和它的深刻影响及广泛应用方面开创了现的深刻影响及广泛应用方面开创了现代科学新纪元，被公认为自伽利略、代科学新纪元，被公认为自伽利略、牛顿以来最伟大的科学家、思想家。牛顿以来最伟大的科学家、思想家。1921年诺贝尔物理学奖获得者。现代年诺贝尔物理学奖获得者。现代物理学的开创者和奠基人，相对论物理学的开创者和奠基人，相对论“质能关系质能关系”的提

9、出者，的提出者，“决定论决定论量子力学诠释量子力学诠释”的捍卫者（振动的粒的捍卫者（振动的粒子）子）不掷骰子的上帝。不掷骰子的上帝。1999年年12月月26日，爱因斯坦被美国日，爱因斯坦被美国时代周时代周刊刊评选为评选为“世纪伟人世纪伟人”。1879年年3月月14日，爱因斯坦出日，爱因斯坦出生于德国东部的乌尔姆，犹生于德国东部的乌尔姆，犹太血统。他的父亲很有数学太血统。他的父亲很有数学天赋，但父母没钱供他上学，天赋，但父母没钱供他上学，只好弃学经商，爱因斯坦的只好弃学经商，爱因斯坦的母亲很有音乐天赋。他生长母亲很有音乐天赋。他生长在一个无忧无虑的家庭中，在一个无忧无虑的家庭中，父母对他十分宽容

10、的，循循父母对他十分宽容的，循循善诱地帮助他成长与发展。善诱地帮助他成长与发展。年幼时，爱因斯坦就开始学年幼时，爱因斯坦就开始学习音乐，六岁开始练习拉小习音乐，六岁开始练习拉小提琴，音乐几乎成了爱因斯提琴，音乐几乎成了爱因斯坦的坦的第二职业第二职业，小提琴终，小提琴终身陪伴着他。身陪伴着他。爱因斯坦和的妹妹玛伽爱因斯坦和的妹妹玛伽,他在整个一生中与他在整个一生中与他的妹妹玛亚始终保持十分密切的关系。他的妹妹玛亚始终保持十分密切的关系。他从这种家庭温暖中继承了善良与正直他从这种家庭温暖中继承了善良与正直.这是爱因斯坦出生地德国的乌尔姆镇大(Ulm)。爱因斯坦来到这世界已经3年了，三岁多还不会讲话

11、，并且直到九岁时讲话还不很通畅，所讲的每一句话都必须经过吃力但认真的思考。他不像其他孩子天真活泼，爱说爱笑。他总喜欢静静地歪着脑袋倾听母亲弹奏优美动人的音乐。爱因斯坦的父亲喜欢郊游，经常兴高采烈地带着全家人到野外去游玩。然而，他却不爱说话，不能用语言把一切表达出来。小爱因斯坦在常人眼里，并不是一个聪明的孩子，这一方面是因为他不大会说，一方面则因为他总是提出一些希奇古怪的问题，让人觉得有些低能、傻气，大人们甚至怀疑他的智商是否有障碍。爱因斯坦那被人误认为“平庸、低能”的小脑瓜里，充满了对这陌生世界的苦思冥想、百思不解，几乎没有安宁的时候。乌尔姆镇大会堂在爱因斯坦5岁的时候，一天，爸爸送给他一件小

12、玩具罗盘。对新鲜事物充满好奇的小阿尔伯特为此心花怒放，爱不释手地摆弄起来。无论他怎样转来转去，那根针就是不听指挥，红色的一端依然牢牢地指向北方。“太奇怪了”爱因斯坦不知所措地喃喃着，“这到底是为什么？”这个童年之迷就此深深刻印在他的记忆中，挥之不去。也许，爱因斯坦日后对电磁场的深入研究，其灵感就是源于童年时代那迷一样的小玩具罗盘呢。到了上学年龄，与同龄孩子相比，小爱因斯坦依然显得十分木讷，动作迟缓呆笨。他虽然很愚笨，然而却很善良。6岁时，爱因斯坦迷上了音乐，开始学小提琴。喜欢音乐，能用小提琴熟练地演奏莫扎特的奏鸣曲。然而，练习小提琴时机械、重复的弓法和指法又令他心生厌倦。爱因斯坦小时候学校的照

13、片爱因斯坦小时候学校的照片爱因斯坦小时候学校的照片爱因斯坦小时候学校的照片 爱因斯坦的学生时代10岁那年，小爱因斯坦告别了小学成了中学生。但岁那年，小爱因斯坦告别了小学成了中学生。但学业也不突出，除了数学很好以外，其他功课都不学业也不突出，除了数学很好以外，其他功课都不怎么样，尤其是拉丁文和希腊文，他对古典语言毫怎么样，尤其是拉丁文和希腊文，他对古典语言毫无兴趣。一次他的父亲来学校了解儿子的情况并问无兴趣。一次他的父亲来学校了解儿子的情况并问班主任老师班主任老师,他的儿子将来做什么合适。老师直言不他的儿子将来做什么合适。老师直言不讳地说讳地说“做什么都无关紧要做什么都无关紧要,你的儿子将是一事

14、无成你的儿子将是一事无成的的”。可是数学成了他中学时代的最大的业余爱好。可是数学成了他中学时代的最大的业余爱好。随着年龄的增大，爱因斯坦的眼界渐渐开阔，能使随着年龄的增大，爱因斯坦的眼界渐渐开阔，能使他产生兴趣的事物也越来越复杂。他产生兴趣的事物也越来越复杂。12岁时，他得到岁时，他得到一本几何教科书。竟然一口气把全书读完，深深为一本几何教科书。竟然一口气把全书读完，深深为几何定理的精密、明确和严密所折服。每当用自己几何定理的精密、明确和严密所折服。每当用自己特有的方法将定理再次予以证明，爱因斯坦总会高特有的方法将定理再次予以证明，爱因斯坦总会高兴得欣喜若狂。不久，他又自学了高等数学，中学兴得

15、欣喜若狂。不久，他又自学了高等数学，中学老师已不是他的对手。老师已不是他的对手。16岁那年，又一个极富挑战性的问题占据了他的头脑：假如某种光的接岁那年，又一个极富挑战性的问题占据了他的头脑：假如某种光的接受器，比如：人的眼睛或是摄影机，跟随在光的后面，用光速飞奔，那受器，比如：人的眼睛或是摄影机，跟随在光的后面，用光速飞奔，那么，会发生什么情形？他把问题捕捉住，记在本子上。正是这个令爱因么，会发生什么情形？他把问题捕捉住，记在本子上。正是这个令爱因斯坦日思夜想的高难问题，孕育了未来相对论的神奇萌芽。也许，这可斯坦日思夜想的高难问题，孕育了未来相对论的神奇萌芽。也许，这可以看作是小爱因斯坦向科学

16、堡垒发起的第一次勇敢进攻。以看作是小爱因斯坦向科学堡垒发起的第一次勇敢进攻。就是这样一位光彩夺目的人物，在整个中小学就是这样一位光彩夺目的人物，在整个中小学时代却常常被斥为时代却常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝生性孤僻、智力迟钝”，“不不守纪律、心不在焉、想入非非守纪律、心不在焉、想入非非”。中学毕业前夕，。中学毕业前夕，校方甚至断言他未来将校方甚至断言他未来将“一事无成一事无成”，勒令他退了，勒令他退了学。学。1616岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理岁那年，他以同等学历报考大学，尽管物理数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考砸了数学成绩很好，但由于需要死记硬背的科目考砸了锅，只得名落孙

17、山。第二年进入大学后，他仍然不锅，只得名落孙山。第二年进入大学后，他仍然不愿意强迫自己去适应那种被动的、刻板的、纯粹按愿意强迫自己去适应那种被动的、刻板的、纯粹按部就班的学习生活，他擅自部就班的学习生活，他擅自“刷掉了刷掉了”很多课程，很多课程，只以只以“极大的兴趣极大的兴趣”去听某些课和在家里自学。去听某些课和在家里自学。在四年大学生活中，他仍然不是在四年大学生活中，他仍然不是“好学生好学生”：曾被数学教授称为：曾被数学教授称为“懒狗懒狗”，曾因，曾因做实验出事故受到处分，还曾被物理教授认为不适宜学物理而应当改行。大学毕业时做实验出事故受到处分，还曾被物理教授认为不适宜学物理而应当改行。大学

18、毕业时几位同窗好友都留校当了助教，几位同窗好友都留校当了助教，由于他的落拓不羁的性格和独立思考的习惯，为教授由于他的落拓不羁的性格和独立思考的习惯，为教授们所不满，大学一毕业就失业，两年后才找到固定职业。们所不满，大学一毕业就失业，两年后才找到固定职业。这种种亲身经历，使爱因斯这种种亲身经历，使爱因斯坦对教育的总体印象一直不佳。正因为如此，成名后的爱因斯坦通过自身的体验和长坦对教育的总体印象一直不佳。正因为如此，成名后的爱因斯坦通过自身的体验和长期的观察，形成了一种与众不同的教育观点。期的观察，形成了一种与众不同的教育观点。“知识是死的，而学校却要为活人服务。知识是死的，而学校却要为活人服务。

19、”这是爱因斯坦对于学校教育的基本看这是爱因斯坦对于学校教育的基本看法。他反对把学校仅仅看做是传授知识的工具，更反对把学生法。他反对把学校仅仅看做是传授知识的工具，更反对把学生“当作死的工具来对待当作死的工具来对待”。他认为：。他认为：“学校的目的始终应当是：青年人在离开学校时，是作为一个和谐的人，学校的目的始终应当是：青年人在离开学校时，是作为一个和谐的人，而不是作为一个专家。而不是作为一个专家。”爱因斯坦没有通过大学的入学考试爱因斯坦没有通过大学的入学考试 而而所所谓谓“和和谐谐的的人人”，按按照照他他的的思思路路，就就是是既既富富有有个个性性又又有有益益于于社社会会的的人人。爱爱因因斯斯坦

20、坦的的上上述述基基本本教教育育思思想想，与与我我们们所所主主张张的的尊尊重重学学生生主主体体性性、促促进进学学生生健健康康成成长长的的素素质质教教育育思思想想是是完完全全一一致致的的。19051905年年，2626岁岁的的爱爱因因斯斯坦坦尚尚未未知知名名，小小人人物物写写出出了了大大文文章章。他他在在科科学学史史上上创创造造了了一一个个史史无无前前例例奇奇迹迹。这这一一年年他他写写了了六六篇篇论论文文，利利用用在在专专利利局局每每天天八八小小时时工工作作以以外外的的业业余余时时间间，在在三三个个领领域域做做出出了了四四个个有有划划时时代代意意义义的的贡贡献献，他他发发表表了了关关于于光光量量子

21、子说说、分分 子子 大大 小小 测测 定定 法法、布布 朗朗 运运 动动 理理 论论 和和 狭狭 义义 相相 对对 论论。年年仅仅2626岁岁的的爱爱因因斯斯坦坦，而而且且是是一一个个瑞瑞士士专专利利局局的的职职员员，在在大大学学里里老老师师都都不不大大看看得得起起他他，不不愿愿意意把把他他留留下下来来做做助助教教，他他几几次次去去请请求求，人人家家也也不不要要他他，他他甚甚至至于于有有几几次次几几乎乎要要失失业业了了，几几次次在在中中学学里里面面求求职职，最最后后在在专专利利局局里里面面找找到到一一个个职职位位，他他每每个个星星期期要要在在专专利利局局工工作作大大概概4040多多个个小小时时

22、。但但尽尽管管如如此此，这这一一年年是是他他最最辉辉煌煌的的时时期期，因因为为他他做做出出了了二二十十世世纪纪物物理理学学史史上上最最辉辉煌煌的的几几项项贡献。贡献。伯尔尼一条繁忙的街道和市内著名的钟楼景色。爱因斯坦在专利局的工作既有责任感也很有趣，并且他有时间从事自己的科学研究工作。爱因斯坦的相对论认爱因斯坦的相对论认为，光速在所有惯性参考为，光速在所有惯性参考系中不变，它是物体运动系中不变，它是物体运动的最大速度。由于相对论的最大速度。由于相对论效应，运动物体的长度会效应，运动物体的长度会变短，运动物体的时间膨变短，运动物体的时间膨胀。但由于日常生活中所胀。但由于日常生活中所遇到的问题，运

23、动速度都遇到的问题，运动速度都是很低的（与光速相比），是很低的（与光速相比），看不出相对论效应。看不出相对论效应。狭义相对论狭义相对论 1966年，科学家年，科学家在实验中测得在实验中测得子绕子绕圆形轨道高速运动时，圆形轨道高速运动时，其平均寿命比在地面其平均寿命比在地面上静止的上静止的子的平均子的平均寿命长。寿命长。1971年，科年，科学家们又观察到了放学家们又观察到了放在卫星上绕地球旋转在卫星上绕地球旋转的原子钟比地面上的的原子钟比地面上的原子钟走的慢得多的原子钟走的慢得多的现象。这些实验证明现象。这些实验证明了狭义相对论的正确了狭义相对论的正确性，同时也就间接解性，同时也就间接解释了释了

24、“双生子佯谬双生子佯谬”这个问题。这个问题。狭义相对论的证明狭义相对论的证明 狭义相对论最著名的推论是狭义相对论最著名的推论是质能公式质能公式E=mc2，它说明了，它说明了质量随能量的增加而增加。它也质量随能量的增加而增加。它也可以用来解释核反应所释放的巨可以用来解释核反应所释放的巨大能量，但它不是导致原子弹的大能量，但它不是导致原子弹的诞生的原因。诞生的原因。狭义相对论的副产品狭义相对论的副产品广义相对论的提出广义相对论的提出 1915年年11月月25日，日，爱因斯坦把题为爱因斯坦把题为“万有万有引力方程引力方程”的论文提交的论文提交给了柏林的普鲁士科学给了柏林的普鲁士科学院，完整地论述了广

25、义院，完整地论述了广义相对论。在这篇文章中相对论。在这篇文章中他不仅解释了天文观测他不仅解释了天文观测中发现的水星轨道近日中发现的水星轨道近日点移动之谜，而且还预点移动之谜，而且还预言：星光经过太阳会发言：星光经过太阳会发生偏折，偏折角度相当生偏折，偏折角度相当于牛顿理论所预言的数于牛顿理论所预言的数值的两倍。值的两倍。爱因斯坦指出物体爱因斯坦指出物体使周围空间、时间使周围空间、时间弯曲，在物体具有弯曲，在物体具有很大的相对质量很大的相对质量（例如一颗恒星）（例如一颗恒星）时，这种弯曲可使时，这种弯曲可使从它旁边经过的任从它旁边经过的任何其它事物，即使何其它事物，即使是光线，改变路径。是光线，

26、改变路径。地球周围引力场和时空结构地球周围引力场和时空结构拖曳扭曲时的情景。科学家通拖曳扭曲时的情景。科学家通过分析两枚绕地球轨道的人造过分析两枚绕地球轨道的人造卫星卫星1111年的运行轨迹，发现由年的运行轨迹，发现由于地球旋转所造成的特异的空于地球旋转所造成的特异的空间结构，使这些卫星大概每年间结构，使这些卫星大概每年出现大约出现大约2 2米的轨道偏离的现象。米的轨道偏离的现象。宇宙中黑洞旋转引起的时宇宙中黑洞旋转引起的时空扭曲效应，以及黑洞物空扭曲效应，以及黑洞物质猛烈喷发的情景。质猛烈喷发的情景。1916 1916年，爱因斯坦完成了长篇论文年，爱因斯坦完成了长篇论文广义相对论的基础广义相

27、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，并进一步表述了广义相对性原理：物理学的定为狭义相对论，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。爱因斯坦预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。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。19191919年，英国派出了两支远征队分赴两地观察日全食，经过认年，英国派出了两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

28、的确发生了一点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。英国皇家学会确认广义相对论的结论是正确的。七秒的偏转。英国皇家学会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：会上，著名物理学家、皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”，“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”。上面的实线代表真实的光线，下上面的实线代表真实的光线，下面的虚线代表星星的视位置面的虚线代表星星的视位置狭义与广义相对论的分野狭

29、义与广义相对论的分野 目前一般认为，狭义与广义相目前一般认为，狭义与广义相对论的区别在于所讨论的问题是对论的区别在于所讨论的问题是否涉及引力（弯曲时空），即狭否涉及引力（弯曲时空），即狭义相对论只涉及那些没有引力作义相对论只涉及那些没有引力作用或者引力作用可以忽略的问题，用或者引力作用可以忽略的问题，而广义相对论则是讨论有引力作而广义相对论则是讨论有引力作用时的物理学的。用相对论的语用时的物理学的。用相对论的语言来说，就是狭义相对论的背景言来说，就是狭义相对论的背景时空是平直的，即四维平凡流型时空是平直的，即四维平凡流型配以闵氏度规，其曲率张量为零，配以闵氏度规，其曲率张量为零，又称闵氏时空；

30、而广义相对论的又称闵氏时空；而广义相对论的背景时空则是弯曲的，其曲率张背景时空则是弯曲的，其曲率张量不为零。量不为零。佯谬问题佯谬问题 时钟双生子佯谬时钟双生子佯谬:相对论诞生相对论诞生后，曾经有一个令人极感兴趣的后，曾经有一个令人极感兴趣的疑难问题疑难问题双生子佯谬。一对双生子佯谬。一对双生子甲和乙，乙在地球上，甲双生子甲和乙，乙在地球上，甲乘火箭去做星际旅行，经过漫长乘火箭去做星际旅行，经过漫长岁月返回地球。爱因斯坦由相对岁月返回地球。爱因斯坦由相对论断言，二人经历的时间不同，论断言，二人经历的时间不同，重逢时甲将比乙年轻。比如在这重逢时甲将比乙年轻。比如在这一对孪生兄弟一对孪生兄弟20岁

31、时，甲乘飞船岁时，甲乘飞船作太空飞行，甲认为飞行时间只作太空飞行，甲认为飞行时间只有一年，在其返回地面时，甲只有一年，在其返回地面时，甲只有有21岁，但他却发现乙却已成了岁，但他却发现乙却已成了90多岁的老人了，亦即乙比甲年多岁的老人了，亦即乙比甲年老了许多。老了许多。量子论及其意义量子论及其意义 量子论最先由德国物理学家普郎克于量子论最先由德国物理学家普郎克于19001900年提出。年提出。他认为，物质的辐射能不是连续的，而是以最小的、他认为，物质的辐射能不是连续的，而是以最小的、不可再分的能量单位即能量量子的整数倍跳跃式地变不可再分的能量单位即能量量子的整数倍跳跃式地变化的。化的。随后英国

32、物理学家卢瑟福和丹麦物理学家玻尔把随后英国物理学家卢瑟福和丹麦物理学家玻尔把量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的量子论用于原子结构的研究，证实原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕原子核和带负电的电子组成。电子在不同轨道上围绕着原子核运动，当电子从外层轨道跳到内层轨道时就着原子核运动，当电子从外层轨道跳到内层轨道时就放出相应波长的电磁波。放出相应波长的电磁波。玻尔在此基础上创立了原子玻尔在此基础上创立了原子结构的理论。结构的理论。爱因斯坦利用原子论成功地解释了光电效应出现爱因斯坦利用原子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。的现

33、象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。由于诺贝尔在遗嘱中只要求将诺贝尔奖用于奖励那些在由于诺贝尔在遗嘱中只要求将诺贝尔奖用于奖励那些在物理学、化学、生理学或医学、文学及和平事业中物理学、化学、生理学或医学、文学及和平事业中“对对于人类做出最大贡献的人于人类做出最大贡献的人”，加之诺贝尔奖评选委员会，加之诺贝尔奖评选委员会坚持许多不合理的评选规则，致使二十世纪的一些最重坚持许多不合理的评选规则，致使二十世纪的一些最重大发现并未获得评选委员会的大发现并未获得评选委员会的“青睐青睐”。长期以来，诺。长期以来，诺贝尔奖评选档案一直处于保密状态，评选内幕自然不为贝尔奖评选档案一直处于保密状态，评选内幕

34、自然不为世人所知。直到世人所知。直到19741974年，根据已公开的诺贝尔奖评选档年，根据已公开的诺贝尔奖评选档案资料，在二十世纪的头二十年里，由于爱因斯坦提出案资料，在二十世纪的头二十年里，由于爱因斯坦提出相对论，几十名著名科学家一直提名他为诺贝尔物理奖相对论，几十名著名科学家一直提名他为诺贝尔物理奖候选人。但是，当时身为诺贝尔奖评审团成员、候选人。但是，当时身为诺贝尔奖评审团成员、19111911年年诺贝尔医学奖得主加尔斯特兰德却认为，相对论应接受诺贝尔医学奖得主加尔斯特兰德却认为，相对论应接受时间的考验，致使爱因斯坦连年落选。时间的考验，致使爱因斯坦连年落选。为何爱因斯坦未因相对论获得诺

35、贝尔奖为何爱因斯坦未因相对论获得诺贝尔奖?相对论贡献长期不被人所重视，相对论贡献长期不被人所重视，以至于没有给他诺贝尔奖金，而光以至于没有给他诺贝尔奖金，而光电效应是他第一次明确地指出光既电效应是他第一次明确地指出光既是波动又是粒子的性质，这个得到是波动又是粒子的性质，这个得到了诺贝尔奖金委员会的认可，所以了诺贝尔奖金委员会的认可，所以爱因斯坦得到诺贝尔奖金是光电效爱因斯坦得到诺贝尔奖金是光电效应，其中没有相对论。应，其中没有相对论。2001 2001年是人类社会告别年是人类社会告别2020世纪，进入新千年的第世纪，进入新千年的第1 1年。纵观已经过去的科学年。纵观已经过去的科学发展历史，人类

36、对自然世界的理解经历了极其曲折的认识道路。在公元前发展历史，人类对自然世界的理解经历了极其曲折的认识道路。在公元前500500年年之前，人们对自然世界的认识已经历了很长久的岁月时间，但仅仅是获得非常少之前，人们对自然世界的认识已经历了很长久的岁月时间，但仅仅是获得非常少的零碎经验。直到公元前的零碎经验。直到公元前500500年间，人们才正式建立起系统的理论体系。亚里士年间，人们才正式建立起系统的理论体系。亚里士多得在公元前多得在公元前300300年之前建立的物理学，曾经被人们延用到公元后的年之前建立的物理学，曾经被人们延用到公元后的1717世纪。在世纪。在整整整整20002000多年的人类社会

37、发展过程中，经院学者都认为自己掌握的系统理论是正多年的人类社会发展过程中，经院学者都认为自己掌握的系统理论是正确的科学知识。然而是伽利略确的科学知识。然而是伽利略,牛顿牛顿,爱因斯坦这三位近代科学大师无情地宣布了爱因斯坦这三位近代科学大师无情地宣布了经院科学的失败经院科学的失败,开拓创新了近代物理科学开拓创新了近代物理科学.科学（物理学）的发展历程科学（物理学）的发展历程源源于于古古希希腊腊亚亚里里士士多多德德的著作的著作物理学物理学 物理学物理学physicsphysics古希腊文明时代：古希腊文明时代：1.1.亚里士多德亚里士多德2.2.欧几里德欧几里德:几何学几何学;托勒密托勒密:地心说

38、地心说 阿基米德阿基米德:力学力学近代文艺复兴时期：近代文艺复兴时期：哥白尼哥白尼伽利略伽利略牛顿牛顿伽利略的发现及他所应用的科学的伽利略的发现及他所应用的科学的推理方法是推理方法是“人类思想史上最伟大的成人类思想史上最伟大的成就之一。它标志着物理学的真正开端就之一。它标志着物理学的真正开端”爱因斯坦爱因斯坦伽利略伽利略成就：成就：宣传宣传“日心说日心说”望远镜望远镜温度计温度计落体定律落体定律Galileo15641642牛顿牛顿（Newton 1642Newton 164217271727）英国）英国自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理 三大定律和万有引力定律三大定律和万有引力定律 “我之

39、所以能比别人看得远些，是因为我我之所以能比别人看得远些，是因为我站在巨人们的肩上。站在巨人们的肩上。”牛顿牛顿 当德国著名的物理学家普朗克年轻时向他的老师求教，当德国著名的物理学家普朗克年轻时向他的老师求教，是选择音乐还是物理学作为自己终身的职业时，得到的答是选择音乐还是物理学作为自己终身的职业时，得到的答复是：复是：“物理学基本是一门已经完成了的科学，因此，对物理学基本是一门已经完成了的科学，因此，对于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。于物理学的研究实际上是不会有多大成果的。”当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经落成，人当时许多物理学家认为：物理学的大厦已经落成，人类对自然界的认识已经

40、到了尽头。类对自然界的认识已经到了尽头。十九世纪末十九世纪末 物理学的新突破物理学的新突破三大发现三大发现 1.X1.X光光 1895 1895 伦琴伦琴.(.(阴极射线阴极射线)2.2.电子电子 1898 1898 汤姆逊汤姆逊(x(x射线的荷质比射线的荷质比)3.3.放射性放射性 1896 1896 贝克勒尔：铀贝克勒尔：铀(深究深究x x光光)1898 1898 居里夫人：镭居里夫人：镭 1717至至1818世纪经典物理学已经发世纪经典物理学已经发展到了完整、系统和成熟阶段展到了完整、系统和成熟阶段 ，一些科学家还根据万有引力，一些科学家还根据万有引力定律计算出了海王星和冥王星定律计算出

41、了海王星和冥王星的位置，证明了经典物理学的的位置，证明了经典物理学的准确性、科学性和可预见性。准确性、科学性和可预见性。但是，经典物理学是以日常生但是，经典物理学是以日常生活中常见的低速运动的物质为活中常见的低速运动的物质为研究对象的，一旦进入光速运研究对象的，一旦进入光速运动时，经典物理学的某些结论动时，经典物理学的某些结论就变得不准确。就变得不准确。以牛顿力学为代表的经典物以牛顿力学为代表的经典物理学无法解释理学无法解释1919世纪末以来的物世纪末以来的物理学新发现，如：微观世界，原理学新发现，如：微观世界，原子，宇宙放射线，高速光学元素子，宇宙放射线，高速光学元素的放射性、电子运动、黑体

42、辐射、的放射性、电子运动、黑体辐射、光电效应等，看来经典物理学的光电效应等，看来经典物理学的绝对时空观已经不合时宜。绝对时空观已经不合时宜。这种状况随着这种状况随着2020世纪以来科世纪以来科学研究的不断深入而日益显现，学研究的不断深入而日益显现，如神秘的如神秘的“以太以太”一直不能被证一直不能被证明是存在的、高速运动的微观粒明是存在的、高速运动的微观粒子发生的现象非经典力学所能解子发生的现象非经典力学所能解释等。物理学只有来一番彻底的释等。物理学只有来一番彻底的革命，才能适应科学研究的新形革命，才能适应科学研究的新形势。在这种背景下，相对论与量势。在这种背景下，相对论与量子论应运而生。子论应

43、运而生。经典物理学的危机经典物理学的危机关于光的性质，还有很多谜，直到关于光的性质，还有很多谜，直到现在也无法用科学解释。光是怎样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、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，不可少？对于这许许多多的问题，科学已经做出了部分解释，但归根科学已经做出了部分解释，但归根结底，这些问题尚未解答。不过，结底，这些问题尚未解答。不过，20世纪初，在人们了解光、研究光世纪初，在人们了解光、研究光的过程中，带来了物理

44、学的两场革的过程中，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，许多科学家都立这两个理论体系，许多科学家都做出了重要贡献，他们都是一些杰做出了重要贡献，他们都是一些杰出的物理学大师，其中最为突出的出的物理学大师，其中最为突出的是爱因斯坦。是爱因斯坦。爱因斯坦和量子理论的创始人普朗克爱因斯坦和量子理论的创始人普朗克 现代物理学的现代物理学的两大代表人物两大代表人物这位当年的年轻物理学家几乎仅靠这位当年的年轻物理学家几乎仅靠单枪匹马之力便让经典物理学大厦单枪匹马之力便让经典物理学大厦轰然倒塌。轰然倒塌。1 1、和平的坚定捍卫者、和平的坚定捍卫者

45、一战时一战时:发起成立反战团体发起成立反战团体“新祖国同盟新祖国同盟”二战时二战时:建议罗斯福抢在纳粹之前研制原子弹建议罗斯福抢在纳粹之前研制原子弹 痛心原子弹爆炸引起的大量平民伤害痛心原子弹爆炸引起的大量平民伤害冷战时冷战时:发表了反核战的发表了反核战的罗素罗素-爱因斯坦宣言爱因斯坦宣言2 2、伟大的人格力量、伟大的人格力量平凡简朴的生活作风平凡简朴的生活作风谦逊善良纯朴的伟大人格谦逊善良纯朴的伟大人格不崇拜偶像、漠视奖励的做人准则不崇拜偶像、漠视奖励的做人准则原子弹蘑菇云原子弹蘑菇云他为原子弹懊悔终身他为原子弹懊悔终身 他的和平主义思想并未能阻止他研究原子他的和平主义思想并未能阻止他研究原

46、子弹的强烈愿望。但原子弹在日本投下后，弹的强烈愿望。但原子弹在日本投下后，他又痛心地说，这是他一生中最大的错误他又痛心地说，这是他一生中最大的错误和遗憾。和遗憾。1939年年8月月2日，爱因斯坦给当时日，爱因斯坦给当时的美国总统罗斯福写信警告说，原子弹这的美国总统罗斯福写信警告说，原子弹这种武器的确有可能制造出来，而且德国也种武器的确有可能制造出来，而且德国也许也正在研制。正是在这封信的帮助下，许也正在研制。正是在这封信的帮助下，美国启动了制造原子弹的美国启动了制造原子弹的“曼哈顿工程曼哈顿工程”。然而，爱因斯坦痛心地说，当初致信罗斯然而，爱因斯坦痛心地说，当初致信罗斯福提议研制核武器，是他一

47、生中最大的错福提议研制核武器，是他一生中最大的错误和遗憾。他甚至懊悔当初从事科研，误和遗憾。他甚至懊悔当初从事科研，“早知如此，我宁可当个修表匠。早知如此，我宁可当个修表匠。”他向美国总统罗斯福建议制造原子他向美国总统罗斯福建议制造原子弹一事，对人类带来的是福是祸，弹一事，对人类带来的是福是祸，多少年来也成为争论不休的话题。多少年来也成为争论不休的话题。爱因斯坦对物理学的贡献无庸置疑，爱因斯坦对物理学的贡献无庸置疑，但他对人类历史最大的影响或许更但他对人类历史最大的影响或许更在于他曾经推动了一项自己不曾参在于他曾经推动了一项自己不曾参与、却为其后果抱憾终身的计划。与、却为其后果抱憾终身的计划。

48、19391939年年8 8月月2 2日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗日，爱因斯坦出于对人类命运的极大关注，写信给罗斯福总统，建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹；后斯福总统，建议美国务必抢在法西斯德国之前制造出原子弹；后来，当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨来，当原子弹真的从潘多拉魔盒里跳出来后，爱因斯坦陷入了巨大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。大的后悔与痛苦之中，自认一生最大错误就是建议研制原子弹。爱因斯坦针对核武器问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人爱因斯坦针对核武器问题的懊悔，代表了人类良知的高度，是人类良心发出的最强音。听爱

49、因斯坦的自责之声，我们明白了人类类良心发出的最强音。听爱因斯坦的自责之声，我们明白了人类良知之宝贵！良知之宝贵！爱爱因因斯斯坦坦向向电电视视观观众众介介绍绍核核武武器器对人类的巨大危害。对人类的巨大危害。有高度社会责任感的爱因斯坦：有高度社会责任感的爱因斯坦：拉小提琴的爱因斯坦（拉小提琴的爱因斯坦（19411941）如果你把他当作一个人而不是一个圣人来看待，或如果你把他当作一个人而不是一个圣人来看待，或许爱因斯坦的一生将会显得更加的灿烂。许爱因斯坦的一生将会显得更加的灿烂。爱因斯坦与第二任妻子爱因斯坦与第二任妻子与以色列第一任总理班古里昂会面与以色列第一任总理班古里昂会面与印尼总理尼赫鲁在普林

50、斯顿与印尼总理尼赫鲁在普林斯顿大学会面大学会面和查理和查理卓别林在一起卓别林在一起他是个行为古怪的人。有着那样一头发他是个行为古怪的人。有着那样一头发型，谁又说他不是呢？型，谁又说他不是呢？他的那幅吐出舌头的照片已成为一种社他的那幅吐出舌头的照片已成为一种社会文化符号。难怪卡通画家也喜欢他。会文化符号。难怪卡通画家也喜欢他。他非常热情，总是散发出独特的他非常热情，总是散发出独特的幽默感；他还是一位梦想家，同幽默感；他还是一位梦想家，同时对这个世界和人抱以极大的关时对这个世界和人抱以极大的关注；他还是一位早期的嬉皮士，注；他还是一位早期的嬉皮士，他从来不穿袜子。他从来不穿袜子。谁数学最棒？谁数学