愛因斯坦一生有什么成就？

【專家解說】：早期工作 1900年，愛因斯坦從蘇黎世工業(yè)大學(xué)畢業(yè)。由于他對(duì)某些功課不熱心，以及對(duì)老師態(tài)度冷漠，被拒絕留校。他找不到工作，靠做家庭教師和代課教師過活。在失業(yè)一年半以后，關(guān)心并了解他才能的同學(xué)馬塞爾·格羅斯曼向他伸出了援助的手。格羅斯曼設(shè)法說服自己的父親把愛因斯坦介紹到瑞士專利局去作一個(gè)技術(shù)員。 愛因斯坦終身感謝格羅斯曼對(duì)他的幫助。在悼念格羅斯曼的信中，他談到這件事時(shí)說，當(dāng)他大學(xué)畢業(yè)時(shí)，“突然被一切人拋棄，一籌莫展的面對(duì)人生。他幫助了我，通過他和他的父親，我后來才到了哈勒(時(shí)任瑞士專利局局長(zhǎng))那里，進(jìn)了專利局。這有點(diǎn)象救命之恩，沒有他我大概不致于餓死，但精神會(huì)頹唐起來?！? 1902年2月21日，愛因斯坦取得了瑞士國(guó)籍，并遷居伯爾尼，等待專利局的招聘。1902年6月23日，愛因斯坦正式受聘于專利局，任三級(jí)技術(shù)員，工作職責(zé)是審核申請(qǐng)專利權(quán)的各種技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造。1903年，他與大學(xué)同學(xué)米列娃·瑪麗克結(jié)婚。 1900年－1904年，愛因斯坦每年都寫出一篇論文，發(fā)表于德國(guó)《物理學(xué)雜志》。頭兩篇是關(guān)于液體表面和電解的熱力學(xué)，企圖給化學(xué)以力學(xué)的基礎(chǔ)，以后發(fā)現(xiàn)此路不通，轉(zhuǎn)而研究熱力學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)。1901年提出統(tǒng)計(jì)力學(xué)的一些基本理論，1902年－1904年間的三篇論文都屬于這一領(lǐng)域。 1904年的論文認(rèn)真探討了統(tǒng)計(jì)力學(xué)所預(yù)測(cè)的漲落現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)能量漲落取決于玻爾茲曼常數(shù)。它不僅把這一結(jié)果用于力學(xué)體系和熱現(xiàn)象，而且大膽地用于輻射現(xiàn)象，得出輻射能漲落的公式，從而導(dǎo)出維恩位移定律。漲落現(xiàn)象的研究，使他于1905年在輻射理論和分子運(yùn)動(dòng)論兩方面同時(shí)做出重大突破。 1905年的奇跡 1905年，愛因斯坦在科學(xué)史上創(chuàng)造了一個(gè)史無前例奇跡。這一年他寫了六篇論文，在3月到9月這半年中，利用在專利局每天八小時(shí)工作以外的業(yè)余時(shí)間，在三個(gè)領(lǐng)域做出了四個(gè)有劃時(shí)代意義的貢獻(xiàn)，他發(fā)表了關(guān)于光量子說、分子大小測(cè)定法、布朗運(yùn)動(dòng)理論和狹義相對(duì)論這四篇重要論文。 1905年3月，愛因斯坦將自己認(rèn)為正確無誤的論文送給了德國(guó)《物理年報(bào)》編輯部。他靦腆的對(duì)編輯說：“如果您能在你們的年報(bào)中找到篇幅為我刊出這篇論文，我將感到很愉快?！边@篇“被不好意思”送出的論文名叫《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)推測(cè)性觀點(diǎn)》。 這篇論文把普朗克1900年提出的量子概念推廣到光在空間中的傳播情況，提出光量子假說。認(rèn)為：對(duì)于時(shí)間平均值，光表現(xiàn)為波動(dòng)；而對(duì)于瞬時(shí)值，光則表現(xiàn)為粒子性。這是歷史上第一次揭示了微觀客體的波動(dòng)性和粒子性的統(tǒng)一，即波粒二象性。 在這文章的結(jié)尾，他用光量子概念輕而易舉的解釋了經(jīng)典物理學(xué)無法解釋的光電效應(yīng)，推導(dǎo)出光電子的最大能量同入射光的頻率之間的關(guān)系。這一關(guān)系10年后才由密立根給予實(shí)驗(yàn)證實(shí)。1921年，愛因斯坦因?yàn)椤肮怆娦?yīng)定律的發(fā)現(xiàn)”這一成就而獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 這才僅僅是開始，阿爾伯特·愛因斯坦在光、熱、電物理學(xué)的三個(gè)領(lǐng)域中齊頭并進(jìn)，一發(fā)不可收拾。1905年4月，愛因斯坦完成了《分子大小的新測(cè)定法》，5月完成了《熱的分子運(yùn)動(dòng)論所要求的靜液體中懸浮粒子的運(yùn)動(dòng)》。這是兩篇關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的研究的論文。愛因斯坦當(dāng)時(shí)的目的是要通過觀測(cè)由分子運(yùn)動(dòng)的漲落現(xiàn)象所產(chǎn)生的懸浮粒子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，來測(cè)定分子的實(shí)際大小，以解決半個(gè)多世紀(jì)來科學(xué)界和哲學(xué)界爭(zhēng)論不休的原子是否存在的問題。 三年后，法國(guó)物理學(xué)家佩蘭以精密的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了愛因斯坦的理論預(yù)測(cè)。從而無可非議的證明了原子和分子的客觀存在，這使最堅(jiān)決反對(duì)原子論的德國(guó)化學(xué)家、唯能論的創(chuàng)始人奧斯特瓦爾德于1908年主動(dòng)宣布：“原子假說已經(jīng)成為一種基礎(chǔ)鞏固的科學(xué)理論”。 1905年6月，愛因斯坦完成了開創(chuàng)物理學(xué)新紀(jì)元的長(zhǎng)論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》，完整的提出了狹義相對(duì)論。這是愛因斯坦10年醞釀和探索的結(jié)果，它在很大程度上解決了19世紀(jì)末出現(xiàn)的古典物理學(xué)的危機(jī)，改變了牛頓力學(xué)的時(shí)空觀念，揭露了物質(zhì)和能量的相當(dāng)性，創(chuàng)立了一個(gè)全新的物理學(xué)世界，是近代物理學(xué)領(lǐng)域最偉大的革命。 狹義相對(duì)論不但可以解釋經(jīng)典物理學(xué)所能解釋的全部現(xiàn)象，還可以解釋一些經(jīng)典物理學(xué)所不能解釋的物理現(xiàn)象，并且預(yù)言了不少新的效應(yīng)。狹義相對(duì)論最重要的結(jié)論是質(zhì)量守恒原理失去了獨(dú)立性，他和能量守恒定律融合在一起，質(zhì)量和能量是可以相互轉(zhuǎn)化的。其他還有比較常講到的鐘慢尺縮、光速不變、光子的靜止質(zhì)量是零等等。而古典力學(xué)就成為了相對(duì)論力學(xué)在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的一種極限情況。這樣，力學(xué)和電磁學(xué)也就在運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上統(tǒng)一起來。 1905年9月，愛因斯坦寫了一篇短文《物體的慣性同它所含的能量有關(guān)嗎？》，作為相對(duì)論的一個(gè)推論。質(zhì)能相當(dāng)性是原子核物理學(xué)和粒子物理學(xué)的理論基礎(chǔ)，也為20世紀(jì)40年代實(shí)現(xiàn)的核能的釋放和利用開辟了道路。 在這短短的半年時(shí)間，愛因斯坦在科學(xué)上的突破性成就，可以說是“石破天驚，前無古人”。即使他就此放棄物理學(xué)研究，即使他只完成了上述三方面成就的任何一方面，愛因斯坦都會(huì)在物理學(xué)發(fā)展史上留下極其重要的一筆。愛因斯坦撥散了籠罩在“物理學(xué)晴空上的烏云”，迎來了物理學(xué)更加光輝燦爛的新紀(jì)元。 廣義相對(duì)論的探索 狹義相對(duì)論建立后，愛因斯坦并不感到滿足，力圖把相對(duì)性原理的適用范圍推廣到非慣性系。他從伽利略發(fā)現(xiàn)的引力場(chǎng)中一切物體都具有同一加速度這一古老實(shí)驗(yàn)事實(shí)找到了突破口，于1907年提出了等效原理。在這一年，他的大學(xué)老師、著名幾何學(xué)家閔可夫斯基提出了狹義相對(duì)論的四維空間表示形式，為相對(duì)論進(jìn)一步發(fā)展提供了有用的數(shù)學(xué)工具，可惜愛因斯坦當(dāng)時(shí)并沒有認(rèn)識(shí)到它的價(jià)值。 等效原理的發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦認(rèn)為是他一生最愉快的思索，但以后的工作卻十分艱苦，并且走了很大的彎路。1911年，他分析了剛性轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，意識(shí)到引力場(chǎng)中歐氏幾何并不嚴(yán)格有效。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)洛倫茨變化不是普適的，等效原理只對(duì)無限小區(qū)域有效……。這時(shí)的愛因斯坦已經(jīng)有了廣義相對(duì)論的思想，但他還缺乏建立它所必需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。 1912年，愛因斯坦回到蘇黎世母校工作。在他的同班同學(xué)、母校任數(shù)學(xué)教授的格羅斯曼幫助下，他在黎曼幾何和張量分析中找到了建立廣義相對(duì)論的數(shù)學(xué)工具。經(jīng)過一年的奮力合作，他們于1913年發(fā)表了重要論文《廣義相對(duì)論綱要和引力理論》，提出了引力的度規(guī)場(chǎng)理論。這是首次把引力和度規(guī)結(jié)合起來，使黎曼幾何獲得實(shí)在的物理意義。 不過他們當(dāng)時(shí)得到的引力場(chǎng)方程只對(duì)線性變換是協(xié)變的，還不具有廣義相對(duì)論原理所要求的任意坐標(biāo)變換下的協(xié)變性。這是由于愛因斯坦當(dāng)時(shí)不熟悉張量運(yùn)算，錯(cuò)誤的認(rèn)為，只要堅(jiān)持守恒定律，就必須限制坐標(biāo)系的選擇，為了維護(hù)因果性，不得不放棄普遍協(xié)變的要求。