.,1,愛因斯坦與相對論,.,2,相對論是關(guān)于時(shí)空和引力的基本理論，分為狹義相對論和廣義相對論。,.,3,物理學(xué)的開端,.,4,探究事物原理，從而獲得知識,.,5,浮力定律：浸在液體里的物體受到向上的浮力，浮力大小等于物體排開液體所受的重力。杠桿原理：給我一個支點(diǎn)，我就可以把地球撬動。,.,6,真正的物理學(xué)開始于中世紀(jì)后期,伽利略使物理學(xué)成為一門實(shí)驗(yàn)和測量的科學(xué)。伽利略的成就：重述慣性定律用科學(xué)的語言闡述相對性原理自由落體定律,.,7,1.慣性定律：任何物體在不受任何外力的作用下，總保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。,.,8,2.相對性原理：,.,9,3.自由落體實(shí)驗(yàn)：,.,10,自然哲學(xué)數(shù)學(xué)原理光學(xué),.,11,關(guān)于光學(xué)問題：牛頓微粒說胡克和惠更斯波動說,.,12,一.兩朵烏云二.狹義相對論三.彎曲的時(shí)空廣義相對論四.相對論的進(jìn)展五.愛因斯坦的成就與影響,.,13,一.兩朵烏云,1900，開爾文勛爵：物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成，未來的物理學(xué)家只需要做些修修補(bǔ)補(bǔ)的工作就行了。但是，明朗的天空還有兩朵烏云：一朵與黑體輻射有關(guān)，另一朵與邁克爾遜實(shí)驗(yàn)有關(guān)。,.,14,第一朵烏云：黑體輻射量子論第二朵烏云：邁克爾遜實(shí)驗(yàn)相對論,1900,1905,.,15,量子論的誕生,.,16,量子說光子說愛因斯坦解釋光電效應(yīng),1905,.,17,愛因斯坦生平（）1879.3.14誕生于德國烏爾姆中，小學(xué)時(shí)代德國慕尼黑1895-1896瑞士阿勞中學(xué)一年1896-1900蘇黎士工業(yè)大學(xué)學(xué)習(xí)1900-1902艱辛求職，四面碰壁,.,18,愛因斯坦對學(xué)校教育持批評態(tài)度，一生中除了在阿勞中學(xué)那一年的補(bǔ)習(xí)班外，對學(xué)校教育沒有好印象。他高度評價(jià)阿勞中學(xué)的教學(xué)：“這個中學(xué)用它的自由精神和那些不仗外界權(quán)勢的教師的純樸熱情，培養(yǎng)了我的獨(dú)立精神和創(chuàng)造精神。正是阿勞中學(xué)，成為了孕育相對論的土壤”,.,19,1902-1909伯爾尼發(fā)明專利局工作初期科研情況：1901-1篇論文1902-2篇論文1903-1篇論文1904-1篇論文,.,20,希爾伯特：沒有比專利局對愛因斯坦更適合的工作單位了空閑、寬容,.,21,愛因斯坦的豐收年（26歲）1905-5篇3月解釋光電效應(yīng)光子說（6月發(fā)表）4月博士論文：測定分子大小的新方法（4月提交）,.,22,5月解釋布朗運(yùn)動（7月發(fā)表）6月“論運(yùn)動物體的電動力學(xué)”狹義相對論（9月發(fā)表）9月（11月發(fā)表）,.,23,愛因斯坦生平（）1909-1914進(jìn)入大學(xué)工作（蘇黎士，布拉格等地）1914-1933柏林大學(xué)教授，德國物理研究所所長、院士1915提出廣義相對論（36歲）1933-1955美國普林斯頓大學(xué)高級研究所研究員1955年4月18日逝世,.,24,二.狹義相對論,光波是“以太”的彈性振動。以太相對于地球運(yùn)動嗎？光行差現(xiàn)象（1728，1810）：以太相對于地球有運(yùn)動。邁克爾遜實(shí)驗(yàn)（1881，1887）：沒有測出這一運(yùn)動。,.,25,洛倫茲的解釋：以太相對于絕對空間靜止。洛倫茲收縮：,.,26,x=x-vty=yz=zt=t,伽利略變換（速度疊加的平行四邊形法則）,.,27,洛倫茲變換：相對于絕對空間的變換,.,28,愛因斯坦的新理論相對性原理光速不變原理,洛倫茲變換,不存在絕對空間，一切運(yùn)動都是相對的,洛倫茲變換是任意兩個慣性系之間的變換,V是相對速度,愛因斯坦：,.,29,洛倫茲反對愛因斯坦的觀點(diǎn)，給愛因斯坦的理論起了個名字：相對論,.,30,相對論認(rèn)為“同時(shí)”是相對的動尺收縮：空間是相對的動鐘變慢：時(shí)間是相對的質(zhì)能關(guān)系：,.,31,雙生子佯謬,.,32,.,33,愛因斯坦的創(chuàng)新之處：（1）堅(jiān)持相對性原理（2）認(rèn)識到光速是絕對的（最困難的思想突破）（3）時(shí)間能量空間動量,.,34,究竟是誰創(chuàng)造了相對論？,.,35,歷史：1892洛倫茲斐茲杰惹收縮（1892）（1889，1893）1902彭卡萊否認(rèn)絕對空間，絕對時(shí)間（但仍承認(rèn)有以太）批評相對于絕對空間的動尺收縮假設(shè)，認(rèn)為“相對性原理”適用于電磁理論,.,36,1904洛倫茲部分接受彭卡萊批評提出地方時(shí)間（非真實(shí)時(shí)間）給出洛倫茲變換（1887佛格特，1898拉摩）電子質(zhì)量公式,.,37,1904彭卡萊正確表述“相對性原理”提到用光信號對鐘，但認(rèn)為得到的是地方時(shí)間，不是真實(shí)時(shí)間。推測真空中光速c是常數(shù)，且可能是極限速度；,.,38,1905愛因斯坦發(fā)表相對論（論運(yùn)動物體的電動力學(xué)）只有他認(rèn)識到（1）必須徹底拋棄絕對空間（以太）必須徹底拋棄絕對時(shí)間（同時(shí)的絕對性）（2）“同時(shí)”是相對的，可以用光來對鐘，定義“同時(shí)”（3）新理論是一個時(shí)空理論,.,39,楊振寧教授洛倫茲只有近距離眼光，沒有遠(yuǎn)距離眼光洛倫茲（只重視解釋實(shí)驗(yàn)與觀測結(jié)果）局部修改物理理論，不從哲學(xué)角度考慮彭卡萊只有遠(yuǎn)距離眼光，沒有近距離眼光彭卡萊只從哲學(xué)和數(shù)學(xué)的角度來考查問題,不從實(shí)驗(yàn)和測量的角度考查愛因斯坦具有自由的眼光，既近距離又遠(yuǎn)距離觀察問題既重視實(shí)驗(yàn)和觀測，又注重哲學(xué)探討（馬赫著作，“奧林匹亞學(xué)院”）洛倫茲是技術(shù)型的，彭卡萊是哲學(xué)型的，愛因斯坦是物理型的。,.,40,三.彎曲的時(shí)空廣義相對論,（1）慣性系無法定義（2）萬有引力定律納不進(jìn)相對論體系,.,41,伽利略受審,.,42,牛頓與蘋果落地,.,43,.,44,引力場=慣性場(局域)等效原理廣義相對性原理,廣義相對論,.,45,萬有引力不是真正的力，而是時(shí)空彎曲的表現(xiàn)行星繞日運(yùn)動是慣性運(yùn)動（伽利略的“錯誤”）地球上的自由落體運(yùn)動是慣性運(yùn)動,.,46,彎曲的時(shí)空,.,47,.,48,時(shí)間能量空間動量,時(shí)空曲率,物質(zhì),.,49,愛因斯坦與格羅斯曼合作得到場方程：,愛因斯坦與希爾伯特討論后得到正確的場方程：,數(shù)學(xué)家對愛因斯坦的幫助,.,50,廣義相對論的三個實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（1）引力紅移（2）水星進(jìn)動（3）光線偏折,.,51,水星軌道近日點(diǎn)的進(jìn)動,5600.730.41/百年，（觀測）5557.620.20/百年，（計(jì)算）,43.11/百年的進(jìn)動無法解釋,廣義相對論的回答：43/百年,勒維葉的猜測，火神星（勒維葉與亞當(dāng)斯發(fā)現(xiàn)海王星）,.,52,.,53,光線偏折,廣義相對論：=1.75牛頓理論：=0.875實(shí)驗(yàn)觀測：（1918年：愛丁頓西非普林西比;巴西，陰雨）=1.980.12今天：=1.89,.,54,.,55,愛因斯坦說：狹義相對論如果我不發(fā)現(xiàn)，五年之內(nèi)就會有人發(fā)現(xiàn)。廣義相對論如果我不發(fā)現(xiàn)，50年之內(nèi)也不會有人發(fā)現(xiàn)！,.,56,四、相對論的進(jìn)展,.,57,相對論的進(jìn)展,引力波現(xiàn)代宇宙學(xué)黑洞奇性定理時(shí)空隧道與時(shí)間機(jī)器規(guī)范場,.,58,引力波廣義相對論預(yù)言：有引力波，以光速傳播J.H.Taylar,R.A.Hulse發(fā)現(xiàn)脈沖雙星（PSR1913+16）軌道周期每年減少約萬分之一秒，恰好可用引力輻射來解釋。（由于對脈沖雙星研究的貢獻(xiàn)獲1993年諾貝爾物理獎，但未明確指明發(fā)現(xiàn)引力波。）,.,59,.,60,現(xiàn)代宇宙學(xué)愛因斯坦：有限，無邊的靜態(tài)宇宙模型加入宇宙項(xiàng),（宇宙項(xiàng)）,.,61,.,62,暗物質(zhì)與暗能量,物質(zhì),亮星,暗物質(zhì),暗能量,重子,熱暗物質(zhì)(中微子),冷暗物質(zhì),起源于,動力學(xué)暗能量,廣義相對論在宇觀尺度失效,0.5%,4%,0.3%,29%,65%,.,63,黑洞,r,(視界）r=0奇點(diǎn),tr洞外時(shí)間空間洞內(nèi)空間時(shí)間,.,64,.,65,.,66,信息疑難2004年7月21日,霍金“我輸了”,霍金(S.W.Hawking),索恩(Kip.Throne),普瑞斯基(JohnPreskill),.,67,奇性疑難,彭若斯與霍金的奇性定理:時(shí)間一定有開始和結(jié)束,.,68,宇宙中的蟲洞,時(shí)空隧道與時(shí)間機(jī)器,.,69,規(guī)范場：1、愛因斯坦統(tǒng)一場論的思想2、魏爾（H.Weyl）的尺度變換理論規(guī)范場3、愛因斯坦的反對意見4、福克與倫敦對魏爾理論的修正5、楊振寧對規(guī)范場的貢獻(xiàn)6、引力規(guī)范理論,.,70,五、愛因斯坦的學(xué)術(shù)成就與影響,E=mc2,狹義相對論,博士論文,獲諾貝爾獎之作,導(dǎo)致Perrin獲諾貝爾獎,1905,愛因斯坦:怎樣獲得諾貝爾獎？,.,74,提名Einstein的領(lǐng)域,相對論；量子論；引力論；布朗運(yùn)動；光量子；統(tǒng)計(jì)力學(xué)；臨界乳光；比熱；數(shù)學(xué)物理；光電效應(yīng)；愛因斯坦德哈斯效應(yīng)等。提名最多的領(lǐng)域是相對論，包括狹義和廣義相對論。但是，獲獎的卻是光電效應(yīng)。,.,75,1921光電效應(yīng),得獎年：1921得獎人：A.Einstein得獎項(xiàng)目：forhisservicestotheoreticalphysics,andespeciallyforhisdiscoveryofthelawofthephotoelectriceffect瑞典皇家科學(xué)院秘書的信：“但是沒有考慮您的相對論和引力理論一旦得到證實(shí)所應(yīng)獲得的評價(jià)”,.,76,檢驗(yàn)愛因斯坦理論或與愛因斯坦理論密切相關(guān)的研究工作而獲諾貝爾獎的,.,77,1926布朗運(yùn)動,得獎年：1926得獎人：J.B.Perrin得獎項(xiàng)目：forhisworkonthediscontinuousstructureofmatter,andespeciallyforhisdiscoveryofsedimentationequilibrium說明：首次實(shí)驗(yàn)證明Einstein的布朗運(yùn)動理論,.,78,1927康普頓效應(yīng),得獎年：1927得獎人：A.H.Compton得獎項(xiàng)目：forhisdiscoveryoftheeffectnamedafterhim說明：首次證明光子同時(shí)具有能量、動量、頻率、波長“E=h,p=h/”,1951E=mc2,得獎年：1951得獎人：SirJ.D.Cockcroft&E.T.S.Walton得獎項(xiàng)目：fortheirpioneerworkonthetransmutationofatomicnucleibyartificiallyacceleratedatomicparticles說明：“averificationwasprovidedbythisanalysisforEinsteinslawconcerningtheequivalenceofmassandenergy”,1964受激輻射,得獎年：1964得獎人：C.H.Townes,N.G.Basov,A.M.Prochorov得獎項(xiàng)目：forfundamentalworkinthefieldofquantumelectronics,whichhasledtotheconstructionofoscillatorsandamplifiersbasedonthemaser-laserprinciple說明：maserlaserbasedon受激輻射,.,81,1993引力波,得獎年：1993得獎人：R.A.Hulse,J.H.Taylor,Jr得獎項(xiàng)目：forthediscoveryofanewtypeofpulsar,adiscoverythathasopenedupnewpossibilitiesforthestudyofgravitation說明：驗(yàn)證了引力波,2001BoseEinstein凝聚,得獎年：2001得獎人：E.A.Cornell,W.Ketterle,C.E.Wieman得獎項(xiàng)目：fortheachievementofBose-Einsteincondensationindilutegasesofalkaliatoms,andforearlyfundamentalstudiesofthepropertiesofthecondensates,.,83,愛因斯坦的工作還會導(dǎo)致哪些諾貝爾獎？,.,84,量子信息學(xué)與量子糾纏,EPReffectEntanglement量子信息學(xué)量子計(jì)算機(jī),.,85,類星體與引力透鏡效應(yīng),1979：Walsh，Carswell，Weymann發(fā)現(xiàn)了首個類星體（0957561）的引力透鏡現(xiàn)象。隨后，一大批引力透鏡現(xiàn)象（包括愛因斯坦環(huán)、愛因斯坦弧等）被發(fā)現(xiàn)。,.,86,微波背景輻射各向異性的發(fā)現(xiàn),COBE衛(wèi)星WMAP衛(wèi)星導(dǎo)致精確宇宙學(xué)、和諧宇宙學(xué)的建立,.,87,黑洞物理及其觀測,黑洞物理以及黑洞天體物理黑洞吸積及輻射黑洞觀測與證認(rèn),.,88,引力波的探測,間接檢驗(yàn)引力波已有HulseTaylor工作（已獲獎）雙脈沖星觀測已有許多方案和衛(wèi)星設(shè)計(jì)直接觀測引力波（很可能會導(dǎo)致新獎）,.,89,宇宙學(xué)與宇宙常數(shù),愛因斯坦宇宙宇宙常數(shù)萬有斥力宇宙常數(shù)三起三落宇宙年齡減速因子加速膨脹的發(fā)現(xiàn)暗能量精確宇宙學(xué)、和諧宇宙學(xué)大突破的前夕,.,90,愛因斯坦的主要成就,1905狹義相對論（受馬赫思想啟發(fā)）光子說1915廣義相對論（受馬赫思想啟發(fā)，得到格羅思曼與希爾伯特的幫助）其他成就：分子運(yùn)動論，量子統(tǒng)計(jì)，激光原理，統(tǒng)一場論，與哥本哈根學(xué)派的論戰(zhàn),.,91,愛因斯坦是人而不是神他曾經(jīng)：不同意膨脹宇宙模型；不同意白矮星存在質(zhì)量上限；不同意有黑洞存在；不同意H.Weyl的規(guī)范場論；始終不同意量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)解釋這些不同意見有對有錯，他從正反兩方面推動了物