1、當代物理學是相對于什么而言？當代物理學兩大支柱是什么？分別是由誰提出?相對于牛頓典型物理學(力學)而言;量子論和相對論是當代物理學兩大支柱;德國理論物理學家普朗克和美籍德國科學家愛因斯坦第1頁第1頁當代物理學兩大代表人物第2頁第2頁 年是愛因斯坦去世50周年，同時也是他提出狹義相對論100周年。1前，年僅26歲愛因斯坦，以他卓越思考力、不凡洞察力，提出了狹義相對論，老式典型物理學由此徹底改變。為紀念相對論誕生100周年暨愛因斯坦去世50周年，聯(lián)合國大會將年擬定為“國際物理年”，這是聯(lián)合國初次為一個學科擬定全球規(guī)模紀念活動。愛因斯坦，這位在許多國度千年人物(1001)評選中都居榜首俊杰，絕不但僅

2、是由于在物理學上成就。他既是偉大科學家、當代物理學開創(chuàng)者和奠基人，更是杰出思想家，他是一幅視野開闊思想寬銀幕。第3頁第3頁 第5課 20世紀科學偉人愛因斯坦第4頁第4頁阿爾伯特愛因斯坦Albert Einstein 生于：1879年3月14日 卒于：1955年4月18日 著名理論物理學家，相對論創(chuàng)建者，19諾貝爾物理學獎取得者.(量子力學-光電效應(yīng))第5頁第5頁一、成長歷程 阿爾伯特愛因斯坦（18791955） 1879年出生于德國小鎮(zhèn)烏爾姆一個猶太人家庭。1895年到瑞士，1896年考人瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學師范系理論物理專業(yè)學習，19畢業(yè)。190219在瑞士伯爾尼專利局任技術(shù)員，創(chuàng)建狹義相

3、對論。加入瑞士國籍。19任柏林大學專家。19創(chuàng)建廣義相對論。1933年10月遷居美國，1940年加入美國國籍， 1955年去世于美國普林斯頓。第6頁第6頁1、童年時代：小時候不愿和其它孩子在一起玩耍，總喜歡一個人玩，并且老是陷在沉思之中，如癡如呆。第7頁第7頁2、少年時代愛因斯坦：很少發(fā)言，善于思考。羅盤針故事“書讀得太多，而腦筋用得太少人，都會落入懶得思考習慣。” 愛因斯坦 “不是我聰明，只是我和問題周旋得比較久。” 愛因斯坦 3、中學時代愛因斯坦“不守紀律、心不在焉、想入非非”“生性孤僻、智力遲鈍”中學老師給愛因斯坦評語：學校也斷言：愛因斯坦將“一事無成”并將他趕出學校。愛因斯坦進入慕尼黑

4、路提波德中學。他喜歡上了數(shù)學，并開始自學高等數(shù)學。沒過多久，數(shù)學老師已經(jīng)不是他對手了，經(jīng)常被小愛問得張口結(jié)舌。有一次，數(shù)學老師公開對他說：“假如班上沒有你這個學生，我會非常愉快。”小愛迷惑地說：“我并沒有做對不起老師事呀！”“但是，你提問題經(jīng)常使我心神不定。” 在某次吃晚飯時候，愛因斯坦打破了沉默，他說“這湯太燙了。”這下他父母才放心，然后問他為何之前不說話。愛因斯坦答道：“由于到現(xiàn)在為止一切都很正常。” 第8頁第8頁 1896年，愛因斯坦成為一個無國籍人，并考進了瑞士蘇黎世聯(lián)邦工業(yè)大學。大學期間，愛因斯坦迷上了物理學，一方面，他閱讀了德國著名物理學家基爾霍夫、赫茲等人著作，鉆研了麥克斯韋電磁

5、理論和馬赫力學，并經(jīng)常去理論物理學專家家中請教。另一方面，他大部分時間是去物理實驗室去做實驗，迷戀于直接觀測和測量 4、大學時代第9頁第9頁 “知識是死，而學校卻要為活人服務(wù)。”這是愛因斯坦對于學校教育基本見解。他反對把學校僅僅看做是傳授知識工具，更反對把學生“當作死工具來看待”。他認為：“學校目的始終應(yīng)當是：青年人在離開學校時，是作為一個友好人，而不是作為一個專家。”第10頁第10頁早期工作瑞士伯爾尼專利局技術(shù)員 第11頁第11頁17世紀，牛頓創(chuàng)建典型力學。 當?shù)聡锢韺W家普朗克年輕時向他老師討教，是選擇音樂還是物理學作為自己終身職業(yè)時，得到回復(fù)是：“物理學基本是一門已經(jīng)完畢了科學，因此

6、，對于物理學研究事實上是不會有多大結(jié)果。” 當初許多物理學家認為：物理學大廈已經(jīng)落成，人類對自然界結(jié)識已經(jīng)到了盡頭。第12頁第12頁典型物理學危機17至18世紀典型物理學已經(jīng)發(fā)展到了完整、系統(tǒng)和成熟階段 ，一些科學家還依據(jù)萬有引力定律計算出了海王星和冥王星位置，證實了典型物理學準確性、科學性和可預(yù)見性。但是，典型物理學是以日常生活中常見低速運動物質(zhì)為研究對象，一旦進入光速運動時，典型物理學一些結(jié)論就變得不準確。 以牛頓力學為代表典型物理學無法解釋19世紀末以來物理學新發(fā)覺，如：微觀世界，原子，宇宙放射線，高速光學元素放射性、電子運動、黑體輻射、光電效應(yīng)等，看來典型物理學絕對時空觀已經(jīng)不合時宜。

7、 這種情況伴隨20世紀以來科學研究不斷進一步而日益顯現(xiàn)，如神秘“以太”始終不能被證實是存在、高速運動微觀粒子發(fā)生現(xiàn)象非典型力學所能解釋等。物理學只有來一番徹底革命，才干適應(yīng)科學研究新形勢。在這種背景下，相對論與量子論應(yīng)運而生。第13頁第13頁二、主要奉獻1、狹義相對論提出空間、時間、物體、和物體運動四者是統(tǒng)一，在運動中一切都會發(fā)生改變。第14頁第14頁狹義相對論（19提出） 狹義相對論認為時間不是絕正確（即固定不變）。愛因斯坦指出，伴隨物體（觀測者所見到）線性運動速度加快，時間會變慢。使用同時原子鐘已證實了這個結(jié)論正確性，將一個鐘表留在地面上，而攜帶另一個以不久速度移動（如在噴氣式飛機上），隨

8、后進行比較，靜止鐘表總比另一個稍微快一點。 第15頁第15頁 愛因斯坦19提出相對論，以后稱作狹義相對論，以光速永不改變、相對性原則來推論，得到“時間”會因速度快慢而改變結(jié)論。 相對論例子：一卷錄音帶，假如在地面上播放需要一個小時；在快速飛行宇宙飛船里播放，宇宙飛船里人測定也是一個小時。不過由地面上人員，來測定在宇宙飛船中播放時間呢？依據(jù)牛頓理論，因為時間是絕正確，因此也是一小時；不過愛因斯坦理論則認為應(yīng)該是一個多小時，因為時間是相正確，在不同速度下測量時間，長度是不同。 什么是狹義相對論？第16頁第16頁二、主要奉獻1、狹義相對論提出時間：19標志：論物體電動力學基本原理：相對性；光速不變意

9、義:改變了牛頓力學時空觀念，揭發(fā)了物質(zhì)和能量相稱性，為原子能利用奠定了理論基礎(chǔ)，是近代物理學領(lǐng)域一次偉大革命。第17頁第17頁二、主要奉獻2、廣義相對論第18頁第18頁廣義相對論（19提出） 19，愛因斯坦發(fā)表了他廣義相對論。他解釋了引力作用和加速度作用沒有差別原因。他還解釋了引力是如何和時空彎曲聯(lián)系起來，利用數(shù)學，愛因斯坦指出物體使周圍空間、時間彎曲，在物體含有很大相對質(zhì)量（比如一顆恒星）時，這種彎曲可使從它旁邊通過任何其它事物，即使是光線，改變路徑。 第19頁第19頁 地球周圍引力場和時空結(jié)構(gòu)拖曳扭曲時情景。科學家通過度析兩枚繞地球軌道人造衛(wèi)星運營軌跡，發(fā)覺由于地球旋轉(zhuǎn)所造成特異空間結(jié)構(gòu)，

10、使這些衛(wèi)星大約每年出現(xiàn)大約2米軌道偏離現(xiàn)象。宇宙中黑洞旋轉(zhuǎn)引起時空扭曲效應(yīng)，以及黑洞物質(zhì)猛烈噴發(fā)情景。第20頁第20頁二、主要奉獻2、廣義相對論標志-19廣義相對論基礎(chǔ)基本原理：等效原理；廣義相對性意義：改變了人們對宇宙結(jié)識，在廣義相對論指導(dǎo)下，天體和宇宙演化觀測研究及理論探討前所未有地蓬勃開展起來。第21頁第21頁一個真實故事19，愛因斯坦完畢了長篇論文廣義相對論基礎(chǔ)愛因斯坦預(yù)言，遙遠星光假如掠過太陽表面將會發(fā)生一點七秒偏轉(zhuǎn)。第22頁第22頁195月29日清晨，巴西南部一個叫做索不拉爾偏僻村莊里。太陽剛剛升起。上帝賜予了當?shù)厝擞谰脤庫o，在他們眼中，世界但是是藍天，麥田，草原，綿羊，僅此而已。

11、甚至剛結(jié)束硝煙彌漫第一次世界大戰(zhàn)仿佛也是天邊傳說。 但他們還是一大早就被人吵醒了，門口來了一隊行裝古怪外國人。有操著蹩足葡萄牙語向他們問好，有打著手勢借水喝，更多人在忙著架設(shè)天文望遠鏡和照相機。 中午時分，燦爛陽光慢慢開始變暗，本世紀一次著名日全食發(fā)生了。圍觀人群騷動了起來，紛紛在胸口畫著十字，有些人急忙去找牧師，而那些外國人則胸有成竹地開始進行觀測。 他們是一支天文觀測隊，來自遙遠英國，此行目的是驗證一個德國人奇怪理論。 不久數(shù)據(jù)得到了處理，并且底片也沖出來了。 領(lǐng)隊專家是一個原則英格蘭紳士，即使紳士們最推崇沉著冷靜作風，但是專家目光明顯流露出期待和不安。當他將濕漉漉底片放在燈下時，不久專家

12、先生手連同大胡子都激動地抖了起來，宇宙有界還是無界，我們所屬空間平直還是彎曲，牛頓思想勝利還是被顛覆，都取決這幾張小小底片了。他深吸一口氣，睜大了眼睛。 不久，即使離屋子五十米以外地方都能夠聽到一聲毫無風度嚎叫：“我上帝，莫非那個叫愛因斯坦德國人到底說中了？！“ 在兩張重疊底片上能夠清楚地看到一條筆直星光在穿過陰影中太陽時，居然發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角是1.7秒。一個真實故事:第23頁第23頁英國皇家學會大廳里，坐滿了英倫三島科學精英。他們有也許意識到這會是個不平凡日子，特地換上節(jié)日才穿西裝。 但是當著名天文學家愛丁頓勛爵，這次天文測量總領(lǐng)隊出席在會場時，下面頓時靜了下來。他滿臉風塵，聲音低啞并且發(fā)

13、言簡短，但縱使會場離他最遠人也聽清了這樣幾句，“鐵普通事實光線彎曲了與愛因斯坦博士計算結(jié)果完全一致” 無論是贊成派還是反對派，都清楚這確實是主要一天，不但二十世紀物理學一代巨人就此崛起，并且是他，愛因斯坦，親手掄起大槌，將牛頓苦心創(chuàng)建，業(yè)已竣工百年典型物理學大廈砸開第一道裂紋。 牛頓也錯了？物理學就此混亂？末日就此到來？呵，依撒克牛頓，我們心中神祗，我們都是你忠實追隨者，你會如何批示我們呢？人們紛紛把目光投向大廳正中牛頓巨幅畫像上。 牛頓不說話，他只是高深莫測地笑著。 第24頁第24頁 由于相對論觀點與人們?nèi)粘＝?jīng)驗不太一致，甚至有著鋒利沖突，相對論從一開始就受到包括一些科學家在內(nèi)諸多人反對。1

14、9愛因斯坦取得了諾貝爾獎，當初不少德國諾貝爾獎取得者威脅說，假如給相對論授獎，他們就要退回已取得獎?wù)拢Y(jié)果評選委員會只好讓愛因斯坦作為光電效應(yīng)理論建立者得獎，相對論始終沒有取得諾貝爾獎。但相對論在物理學上卻非常合理且為試驗所證實。想一想:上述現(xiàn)象闡明了什么問題?給我們什么啟發(fā)?闡明：象許多事物同樣，科學發(fā)展道路也并非一帆風順，往往會碰到諸多阻力。啟示：要敢于懷疑常識，敢于創(chuàng)新，由于即使生活中習認為常、看起來無懈可擊規(guī)律也也許是不科學。第25頁第25頁 相對論奉獻長期不被人所注重，以至于沒有給他諾貝爾獎金，而光電效應(yīng)是他第一次明確地指出光既是波動又是粒子性質(zhì)，這個得到了諾貝爾獎金委員會認可，因此

15、愛因斯坦得到諾貝爾獎金是光電效應(yīng)，其中沒有相對論。 第26頁第26頁3、推動量子力學發(fā)展 愛因斯坦利用量子論成功地解釋了光電效應(yīng)出現(xiàn)現(xiàn)象及光本質(zhì)，進一步推動了量子力學發(fā)展。 19因光電效應(yīng)研究獲諾貝爾物理學獎。二、主要奉獻第27頁第27頁愛因斯坦相對論創(chuàng)建是不是意味著牛頓力學消亡？牛頓力學研究是宏觀下物體低速運動狀態(tài)；愛因斯坦相對論研究是微觀世界下物體高速運動狀態(tài)因此相對論對典型力學是修正和互補第28頁第28頁三、愛因斯坦其它奉獻1、和平堅定捍衛(wèi)者一戰(zhàn)時:發(fā)起成立反戰(zhàn)團隊“新祖國同盟”一戰(zhàn)后：積極致力于恢復(fù)各國人民互相諒解二戰(zhàn)時:提議羅斯福搶在納粹之前研制原子彈 痛心原子彈爆炸引起大量平民傷害

16、冷戰(zhàn)時:發(fā)表了反核戰(zhàn)羅素-愛因斯坦宣言2、偉大人格力量平凡簡樸生活作風謙遜善良純樸偉大人格不崇敬偶像、漠視獎勵做人準則第29頁第29頁有高度社會責任感愛因斯坦： 1939年8月2日，愛因斯坦出于對人類命運極大關(guān)注，寫信給羅斯福總統(tǒng)，提議美國務(wù)必搶在法西斯德國之前制造出原子彈；以后，當原子彈真從潘多拉魔盒里跳出來后，愛因斯坦陷入了巨大后悔與痛苦之中，自認一生最大錯誤就是提議研制原子彈。他痛心地說，“早知如此，我寧可當個修表匠！”愛因斯坦針對核武器問題后悔，代表了人類良知高度，是人類良心發(fā)出最強音。聽愛因斯坦自責之聲，我們明白了人類良知之珍貴！愛因斯坦向電視觀眾簡介核武器對人類巨大危害。第30頁第

17、30頁科學技術(shù)本身是一把雙刃劍。科技能造福人類，推動生產(chǎn)力水平提升，但假如利用不妥，也能危害人類。第31頁第31頁愛因斯坦在普林斯頓住所愛因斯坦和夫人 第32頁第32頁拉小提琴愛因斯坦(1941年)第33頁第33頁最偉大科學家風格 淡泊名利簡樸無華生活 不修邊幅很節(jié)儉人 很珍惜時間 不擺架子 第34頁第34頁1、成功艱苦勞動正確辦法少談空話。 2、一個人價值，應(yīng)當看他奉獻什么，而不應(yīng)當看他取得什么。 3、我從來不把安逸和高興看作是生活目的本身-這種倫理基礎(chǔ)，我叫它豬欄抱負。 4、對一切來說，只有熱愛才是最好老師，它遠遠勝過責任感。 5、凡在小事上對真理持輕率態(tài)度人，在大事上也是不可信任。 愛因

18、斯坦名言：第35頁第35頁愛因斯坦去世與葬禮： 1955年4月18日愛因斯坦病逝于普林斯頓。遵循他遺囑，不發(fā)訃造，不舉辦公開葬禮，不建墳?zāi)梗涣⒓o念碑。火化時按照他書面遺囑：免去所有花卉布置以及所有音樂典禮。骨灰撒在永遠對人保密地方，為是不使任何地方成為圣地。遺囑執(zhí)行者用歌德哀悼席勒詩結(jié)束了那樸素葬禮： 我們?nèi)极@益不淺， 全世界都感謝他教導(dǎo)； 那專屬他個人東西， 早已傳遍廣大人群。 他像行將隕滅彗星， 光華四射， 把無限光輝同他光輝永相連結(jié)。愛因斯坦宣誓加入美國國籍第36頁第36頁在20世紀思想家畫廊中，愛因斯坦就是公正、善良、真理化身。他品格與天地日月相輝映，他科學奉獻，人類將萬世景仰。第

19、37頁第37頁愛因斯坦大腦有何不同? 愛因斯坦主治醫(yī)生托馬斯哈維博士認為如此偉大大腦，應(yīng)該進行研究，因此他便把愛因斯坦大腦保留了下來。最新結(jié)論是： 哈維曾初次接受美國國家地理頻道專訪，徹底曝光整個事件絕對內(nèi)幕。如今91歲高齡哈維稱，為了以便研究，他竟將愛因斯坦大腦切成了240塊！ 首先是愛因斯坦大腦左右半球頂下葉區(qū)域異常發(fā)達，比普通人平均厚度多出一厘米，這造成愛因斯坦大腦寬度超出普通人 15% 左右。 愛因斯坦大腦另一明顯特性是其缺乏常人大腦中一個皺溝。這使神經(jīng)元彼此間更容易建立起聯(lián)系，因而使思維更為活躍。 科學趣聞：第38頁第38頁“相對論”妙解： 有一次，群眾包圍了從德國移居美國科學家愛因斯坦住宅，要他用“最簡樸話”解釋清楚他“相對論”。當初，聽說全世界只有幾種高明科學家看得懂他關(guān)于“相對論”著作。 愛因斯坦走出住宅，對大家說：“比方這樣說你同你最親人坐在火爐邊，一個鐘頭過去了