愛因斯坦對(duì)天文學(xué)有哪些主要貢獻(xiàn)

【專家解說】：　　愛因斯坦在天文方面的貢獻(xiàn)的詳細(xì)資料：

　　劃時(shí)代的大科學(xué)家，現(xiàn)代物理學(xué)的開創(chuàng)者和奠基人。他的工作對(duì)天文學(xué)和天體物理學(xué)有巨大的影響。

　　1879年3月14日生于德國(guó)烏爾姆鎮(zhèn)，在瑞士度過青年時(shí)代。1900年畢業(yè)于蘇黎世工業(yè)大學(xué)。畢業(yè)后即失業(yè)。經(jīng)過兩年的努力，才在伯爾尼的專利局找到固定工作。他早期的一系列有歷史意義的貢獻(xiàn)都是在這里完成的。1909年他開始在大學(xué)任教，1914年被邀請(qǐng)回到德國(guó)，任威廉皇家物理研究所所長(zhǎng)兼柏林大學(xué)教授。1933年希特勒上臺(tái)，愛因斯坦因是猶太人，又堅(jiān)決捍衛(wèi)民主，就首遭迫害，被迫遷居到美國(guó)的普林斯頓。1940年入美國(guó)國(guó)籍。1955年4月18日在普林斯頓逝世。

　　十九世紀(jì)末葉是物理學(xué)的變革時(shí)期，新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果沖擊著伽利略、牛頓以來所建立的經(jīng)典物理學(xué)體系。以洛倫茲等為代表的老一代理論物理學(xué)家力圖在原有的理論框架內(nèi)解決舊理論同新事實(shí)之間的矛盾。愛因斯坦則從實(shí)驗(yàn)事實(shí)出發(fā)重新考查了物理學(xué)的最基本的概念，拋棄了一些熟知的、但并不正確的觀念，在理論上作出根本性的突破。他的一些主要成就都大大地推動(dòng)了天文學(xué)的發(fā)展。

　　愛因斯坦的一項(xiàng)開創(chuàng)性貢獻(xiàn)是發(fā)展了量子論。量子論是普朗克于1900年為解決黑體輻射譜而提出的一個(gè)假說。他認(rèn)為物體發(fā)出輻射時(shí)所放出的能量不是連續(xù)的，而是量子化的。然而，大多數(shù)人，包括普朗克本人在內(nèi)，都不敢把能量不邊續(xù)概念再向前推進(jìn)一步，甚至一再企圖把這一概念納入經(jīng)典物理學(xué)體系。愛困斯坦的態(tài)度則截然不同，他預(yù)感到量子論帶來的，不是小的修正，而是整個(gè)物理學(xué)的根本變革。他把量子論推向前進(jìn)，利用量子概念分析輻射的傳播和吸收，提出光量子概念，完滿地解釋了經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的光電效應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，從而動(dòng)搖了光的波動(dòng)論的正統(tǒng)地位。光量子概念的提出在人類認(rèn)識(shí)自然界的歷史第一次揭示了光同時(shí)具有波動(dòng)性和粒子性（今通稱二象性），它直接為德布羅意的物質(zhì)波理論的建立，以及隨后的量子力學(xué)的建立開辟了道路。這項(xiàng)工作獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。愛因斯坦于1906年又把量子論擴(kuò)展到物體內(nèi)部的振動(dòng)上去，成功地說明了低溫時(shí)固體的比熱同溫度變化的關(guān)系。1916年他繼續(xù)發(fā)展量子論，從玻爾的量子躍遷概念導(dǎo)出黑體輻射。在這項(xiàng)研究中他把統(tǒng)計(jì)物理概念和量子論結(jié)合起來，提出自發(fā)發(fā)射及受激發(fā)射等概念。從量子論的基礎(chǔ)直到受激發(fā)射概念，對(duì)天體物理學(xué)，特別是理論天體物理學(xué)都有很大的影響。理論天體物理學(xué)的第一個(gè)成熟的方面--恒星大氣理論，就是在量子理論和輻射理論的基礎(chǔ)上建立起來的。

　　作為愛因斯坦終生事業(yè)的標(biāo)志是他的相對(duì)論。他在1905年發(fā)表的題為《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》的論文中，完整地提出了狹義相對(duì)論。他根據(jù)慣性參考系的相對(duì)性和光速的不變性這兩個(gè)具有普遍意義的概括，改造了經(jīng)典物理學(xué)中的時(shí)間、空間及運(yùn)動(dòng)等基本概念。否定了絕對(duì)靜止空間的存在，否定了同時(shí)概念的絕對(duì)性。在這一體系中，運(yùn)動(dòng)的尺要縮短，運(yùn)動(dòng)的鐘要變慢。狹義相對(duì)論最出色的成果之一是揭示了能量與質(zhì)量之間的聯(lián)系。著名的關(guān)系式E=mc^2成為打開核能源理論的金鑰匙。核能的發(fā)現(xiàn)，使長(zhǎng)期存在的恒星能源的疑難最終獲得了滿意的解決。近年來發(fā)現(xiàn)越來越多的高能天體物理現(xiàn)象，狹義相對(duì)論已成為解釋這種現(xiàn)象的一種最基本的理論工具。

　　狹義相對(duì)論確立之后，愛因斯坦開始致力于引力理論的研究。他也象在建立狹義相對(duì)論的工作一樣，抓住一個(gè)眾所周知的基本事實(shí)，即：慣性質(zhì)量同引力質(zhì)量之比是一個(gè)與物性無關(guān)的普遍常數(shù)。根據(jù)這一點(diǎn)，他提出等效原理。經(jīng)過多年的努力，終于在1915年建立了本質(zhì)上與牛頓引力理論完全不同的引力理論---廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論從一開始就與天文現(xiàn)象有密切的關(guān)系。廣義相對(duì)論的一系列關(guān)鍵性的檢驗(yàn)，都是在宇宙“實(shí)驗(yàn)室”中完成的。根據(jù)廣義相對(duì)論，愛因斯坦推算出水星近日點(diǎn)的（反常）進(jìn)動(dòng)，解決了一個(gè)天文學(xué)上多年不解之謎。同時(shí)，他推斷光線在引力場(chǎng)中要彎曲。這一預(yù)言于1919年由愛丁頓等通過日食的觀測(cè)而得到證實(shí)。在六十二年后的1978年，測(cè)定了射電脈沖星雙星PSR1913+16的周期變化，許多人認(rèn)為它完全符合引力波阻尼理論所作的預(yù)言，對(duì)廣義相對(duì)論可能是又一個(gè)有力的證明。在強(qiáng)引力場(chǎng)情況下，廣義相對(duì)論有許多獨(dú)特的結(jié)論。例如奧本海默根據(jù)廣義相對(duì)論預(yù)言，恒星在核能用盡之后，如果質(zhì)量足夠大，就不可避免地會(huì)演變成黑洞。1967年發(fā)現(xiàn)脈沖星并證實(shí)為中子星后，人們認(rèn)識(shí)到到空中的確存在著強(qiáng)場(chǎng)天體?，F(xiàn)在，天鵝座X-1被認(rèn)為可能就是一個(gè)黑洞。上述這一切構(gòu)成相對(duì)論天體物理學(xué)的基本內(nèi)容，它是目前天體物理學(xué)中最活躍的分支之一。

　　最能代表愛因斯坦對(duì)天文學(xué)有重大影響的莫過于他的宇宙學(xué)理論了。愛因斯坦在確立了廣義相對(duì)論之后，緊接著就轉(zhuǎn)向了對(duì)宇宙的考察。1917年，愛因斯坦發(fā)表他的第一篇宇宙論文《根據(jù)廣義相對(duì)論對(duì)宇宙學(xué)所作的考察》。象他多次以一篇論文開創(chuàng)一個(gè)領(lǐng)域一樣，這篇論文宣告了相對(duì)論誕生。雖然時(shí)間已經(jīng)過去六十多年了，但是，這篇論文所引進(jìn)的許多觀念至今仍富有生命力。在探索宇宙中，愛因斯坦首先指出無限宇宙與牛頓理論二者這間存在著難以克服的內(nèi)在矛盾。在原則上，根據(jù)牛頓力學(xué)不能建立無限宇宙這一物理體系的動(dòng)力學(xué)。從牛頓理論和無限宇宙這兩點(diǎn)出發(fā)，根本得不到一個(gè)自洽的宇宙模型。因此，必然是：或者修改牛頓理論，或者修改無限空間觀念，或者對(duì)二者都加以修改。愛因斯坦放棄了傳統(tǒng)的宇宙空間三維歐幾里得幾何的無限性。他根據(jù)廣義相對(duì)論建立了靜態(tài)有限無邊的自洽的動(dòng)力學(xué)宇宙模型。在這個(gè)模型中，宇宙就其空間廣延來說是一個(gè)閉合的連續(xù)區(qū)。這個(gè)連續(xù)區(qū)的體積是有限的，但它是一個(gè)彎曲的封閉體，因而是沒有邊界的。

　　愛因斯坦在宇宙學(xué)的研究中引進(jìn)用動(dòng)力學(xué)建立宇宙模型的方法，引進(jìn)了宇宙學(xué)原理、彎曲空間等新概念。而且他主張，宇宙的體積是無限的或有限的這個(gè)問題，只有依靠科學(xué)而不是依靠信仰才能解決。這種崇尚科學(xué)的態(tài)度，繼承了由哥白尼等開創(chuàng)的科學(xué)探索精神。他曾說：“科學(xué)研究能破除迷信，因?yàn)樗膭?lì)人們根據(jù)因果關(guān)系來思考和觀察事物?！彼挠钪鎸W(xué)研究，體現(xiàn)了這種反對(duì)迷信的精神。因此，無論是同意或反對(duì)他的宇宙觀念的人，都有不能不承認(rèn)，愛因斯坦在宇宙學(xué)中也寫下了十分光輝的一頁。