繼伽利略、牛頓之后最偉大的物理學家：愛因斯坦
阿爾伯特·愛因斯坦（德語/英語：Albert Einstein，1879年3月14日—1955年4月18日），出生于德國巴登－符騰堡州烏爾姆市，畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦理工學院，現(xiàn)代物理學家。?[1-4]
愛因斯坦出生于德國烏爾姆市的一個猶太人家庭（父母均為猶太人）。1900年畢業(yè)于瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院，入瑞士國籍?[1-4]?。1905年，愛因斯坦獲蘇黎世大學物理學博士學位，并提出光子假設、成功解釋了光電效應（因此獲得1921年諾貝爾物理獎）?[1-4]?；同年創(chuàng)立狹義相對論，1915年創(chuàng)立廣義相對論，1933年移居美國、在普林斯頓高等研究院任職，1940年加入美國國籍同時保留瑞士國籍?[1-4]?。1955年4月18日，愛因斯坦于美國新澤西州普林斯頓逝世，享年76歲?[1-4]?。1999年12月，愛因斯坦被美國《時代周刊》評選為20世紀的“世紀偉人（Person of the Century）”。
愛因斯坦的理論為核能的開發(fā)奠定了理論基礎，為幫助對抗納粹，他曾在利奧·西拉德等人的協(xié)助下曾致信美國總統(tǒng)富蘭克林·羅斯福、直接促成了曼哈頓計劃的啟動，而二戰(zhàn)后他積極倡導和平、反對使用核武器，并簽署了《羅素—愛因斯坦宣言》?[4-8]?。愛因斯坦開創(chuàng)了現(xiàn)代科學技術新紀元，被公認為是繼伽利略、牛頓之后最偉大的物理學家。
因光電效應研究獲諾貝爾獎
光電效應由德國物理學家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，而正確的理論解釋則由愛因斯坦提出。愛因斯坦主張，光的能量并非均勻分布，而是負載于離散的光量子，而光子的能量和其所組成的光的頻率有關。這個突破性的理論不但能夠解釋光電效應，也推動了量子力學的誕生。
1905年，愛因斯坦提出光子假設，成功解釋了光電效應，因此獲得1921年諾貝爾物理獎。?[2]?[16]?[14]
光照射到金屬上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。這類光變至電的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應（Photoelectric effect）。?[2]
光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏特效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱為內(nèi)光電效應。?[14]
赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)光電效應，愛因斯坦第一個成功的解釋了光電效應（金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應，發(fā)射出來的電子叫做光電子）。光波長小于某一臨界值時方能發(fā)射電子，即極限波長，對應的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決于金屬材料，而發(fā)射電子的能量取決于光的波長而與光強度無關，這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面。可事實是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規(guī)定的能量單位（即光子或光量子）所組成。?[2]
光電效應里，電子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金屬表面射出，與光照方向無關，光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場，振幅很小，不會對電子射出方向產(chǎn)生影響。?[14]
廣義相對論
廣義相對論（General Relativity） 是描述物質(zhì)間引力相互作用的理論。其基礎由愛因斯坦于1915年完成，1916年正式發(fā)表。這一理論首次把引力場解釋成時空的彎曲。
在廣義相對論中，引力被描述為時空的曲率，而這種時空曲率與處于時空中的物質(zhì)與輻射能量直接聯(lián)系，其聯(lián)系方式即是愛因斯坦的引力場方程。
愛因斯坦曾經(jīng)一度試圖把萬有引力定律納入相對論的框架，幾經(jīng)失敗后，他終于認識到，狹義相對論容納不了萬有引力定律。于是，他將狹義相對性原理推廣到廣義相對性，又利用在局部慣性系中萬有引力與慣性力等效的原理，建立了用彎曲時空的黎曼幾何描述引力的廣義相對論理論。
狹義相對論與廣義相對論：狹義相對論的時空背景是平直的四維時空，而廣義相對論則適用于任意偽黎曼空間，它的時空背景是彎曲的黎曼時空。
1907年，愛因斯坦撰寫了關于狹義相對論的長篇文章《關于相對性原理和由此得出的結論》，在這篇文章中愛因斯坦第一次提到了等效原理，此后，愛因斯坦關于等效原理的思想又不斷發(fā)展。他以慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量成正比的自然規(guī)律作為等效原理的根據(jù)，提出在無限小的體積中均勻的引力場完全可以代替加速運動的參照系。愛因斯坦并且提出了封閉箱的說法：在一封閉箱中的觀察者，不管用什么方法也無法確定他究竟是靜止于一個引力場中，還是處在沒有引力場卻在作加速運動的空間中，這是解釋等效原理最常用的說法，而慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等是等效原理一個自然的推論。?[14]
1915年11月，愛因斯坦先后向普魯士科學院提交了四篇論文，在這四篇論文中，他提出了新的看法，證明了水星近日點的進動，并給出了正確的引力場方程。至此，廣義相對論的基本問題都解決了，廣義相對論誕生了。
1916年，愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎》，在這篇文章中，愛因斯坦首先將以前適用于慣性系的相對論稱為狹義相對論，將只對于慣性系物理規(guī)律同樣成立的原理稱為狹義相對性原理，并進一步表述了廣義相對性原理：物理學的定律必須對于無論哪種方式運動著的參照系都成立。?[14]
相對論的意義：狹義相對論和廣義相對論建立以來，已經(jīng)過去了很長時間，它經(jīng)受住了實踐和歷史的考驗，是人們普遍承認的真理。相對論對于現(xiàn)代物理學的發(fā)展和現(xiàn)代人類思想的發(fā)展都有巨大的影響。相對論從邏輯思想上統(tǒng)一了經(jīng)典物理學，使經(jīng)典物理學成為一個完美的科學體系。狹義相對論在狹義相對性原理的基礎上統(tǒng)一了牛頓力學和麥克斯韋電動力學兩個體系，指出它們都服從狹義相對性原理，都是對洛倫茲變換協(xié)變的，牛頓力學只不過是物體在低速運動下很好的近似規(guī)律。廣義相對論又在廣義協(xié)變的基礎上，通過等效原理，建立了局域慣性長與普遍參照系數(shù)之間的關系，得到了所有物理規(guī)律的廣義協(xié)變形式，并建立了廣義協(xié)變的引力理論，而牛頓引力理論只是它的一級近似。這就從根本上解決了以前物理學只限于慣性系的問題，從邏輯上得到了合理的安排。相對論嚴格地考察了時間、空間、物質(zhì)和運動這些物理學的基本概念，給出了科學而系統(tǒng)的時空觀和物質(zhì)觀，從而使物理學在邏輯上成為完美的科學體系。?[14]
狹義相對論給出了物體在高速運動下的運動規(guī)律，并提示了質(zhì)量與能量相當，給出了質(zhì)能關系式。這兩項成果對低速運動的宏觀物體并不明顯，但在研究微觀粒子時卻顯示了極端的重要性。因為微觀粒子的運動速度一般都比較快，有的接近甚至達到光速，所以粒子的物理學離不開相對論。質(zhì)能關系式不僅為量子理論的建立和發(fā)展創(chuàng)造了必要的條件，而且為原子核物理學的發(fā)展和應用提供了根據(jù)。?[14]
對于愛因斯坦引入的這些全新的概念，當時地球上大部分物理學家，其中包括相對論變換關系的奠基人洛侖茲，都覺得難以接受。甚至有人說“當時全世界只有兩個半人懂相對論”。舊的思想方法的障礙，使這一新的物理理論直到一代人之后才為廣大物理學家所熟悉，就連瑞典皇家科學院，1922年把諾貝爾物理學獎授予愛因斯坦時，也只是說“由于他對理論物理學的貢獻，更由于他發(fā)現(xiàn)了光電效應的定律。”對愛因斯坦的諾貝爾物理學獎頒獎辭中竟然對于愛因斯坦的相對論只字未提。（注：相對論沒有獲諾貝爾獎，一個重要原因就是還缺乏大量事實驗證。）?[14]
參考資料
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5.Albert Einstein??．原子能基金會官網(wǎng)[引用日期2019-08-08]
6.The Einstein-Szilard Letter - 1939??．原子能基金會官網(wǎng)[引用日期2019-08-09]
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12.（美）愛因斯坦著；許良英，李寶恒，趙中立，范岱年編譯. 愛因斯坦文集 第3卷[M]. 2017：400
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34.還原科學巨人的人生 "愛因斯坦展覽"來京??．人民網(wǎng)．2010-06-01[引用日期2020-05-07]
