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1、第三章 相对论与量子论第1页，本讲稿共50页 物理学简介 什么是物理学？什么是物理学？物理学是研究物质的最基本、最普遍的运动形式以及物质的基本结构的科学。物理学是研究物质的最基本、最普遍的运动形式以及物质的基本结构的科学。物理学与其它科学地关系：物理学与其它科学地关系：1、物理学是最基本的科学。、物理学是最基本的科学。2、物理学是最古老、然而、物理学是最古老、然而发展最快的科学。发展最快的科学。3、物理学提供最多、最基本的科学研究手段。、物理学提供最多、最基本的科学研究手段。物理学已成为物理学已成为实验物理、理论物理、计算物理实验物理、理论物理、计算物理三足鼎立的科学。三足鼎立的科学。经典力学
2、（牛顿力学）经典力学（牛顿力学）物理学的重大基础理论：物理学的重大基础理论：统计力学（热力学）统计力学（热力学）电磁学电磁学 相对论相对论 量子论量子论经典物理学经典物理学1619世纪世纪现代物理学现代物理学（19世纪末、世纪末、20世纪初开始）世纪初开始）第2页，本讲稿共50页第一节第一节揭开现代物理学发展序揭开现代物理学发展序幕的幕的“三大发现三大发现”19世纪末，物理学实验中的两朵乌云：世纪末，物理学实验中的两朵乌云：（1）热辐射实验热辐射实验中出现的中出现的“紫外灾难紫外灾难”问题；问题；（2）迈克尔逊莫雷实验迈克尔逊莫雷实验所研究的所研究的“以太以太”问题。问题。真空放电真空放电实验
3、实验阴极射线阴极射线发现发现X射线射线和电子和电子研究研究放射性放射性对对X射线射线的研究的研究第3页，本讲稿共50页美国物理学家。曾任芝加哥大学美国物理学家。曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席、美国教授，美国科学促进协会主席、美国科学院院长；还被选为法国科学院院科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，士和伦敦皇家学会会员，1931年年5月月9日在帕萨迪纳逝世。日在帕萨迪纳逝世。主要从事主要从事光学和光谱学光学和光谱学方面的研方面的研究，以毕生精力从事光速的精密测究，以毕生精力从事光速的精密测量。量。1887年他与莫雷合作，进行了著年他与莫雷合作，进行了著名的名的迈克耳孙迈
4、克耳孙-莫雷实验莫雷实验，这是一个，这是一个最重大的否定性实验，它否定了最重大的否定性实验，它否定了“以太以太”的存在。的存在。迈克耳逊迈克耳逊迈克尔逊在迈克尔逊在1907年荣获诺贝尔物年荣获诺贝尔物理学奖。理学奖。第4页，本讲稿共50页一、一、一、一、X X射线的发现射线的发现射线的发现射线的发现二、天然放射性的发现二、天然放射性的发现 放射性放射性是指物质能自发放射出某种射线的性质。是指物质能自发放射出某种射线的性质。1896年初，法国科学院院士、著名物理学家年初，法国科学院院士、著名物理学家彭加勒。彭加勒。1895年，德国维尔茨堡大学校长兼物理所所长、物理学教授年，德国维尔茨堡大学校长兼
5、物理所所长、物理学教授伦琴伦琴在重在重复阴极射线实验时，发现了复阴极射线实验时，发现了X射线。射线。X射线实质上是一种波长很短的电磁波。射线实质上是一种波长很短的电磁波。1901年，伦琴获得第一个诺贝尔物理学奖。年，伦琴获得第一个诺贝尔物理学奖。法国物理学家法国物理学家贝克勒尔贝克勒尔铀盐的放射性铀盐的放射性居里夫人和丈夫居里居里夫人和丈夫居里放射性元素钚和镭放射性元素钚和镭镭的放射性比铀强镭的放射性比铀强200200多万倍。多万倍。贝克勒尔、居里和居里夫人共同荣获贝克勒尔、居里和居里夫人共同荣获19031903年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。第5页，本讲稿共50页法国物理学家朗之万第6页
6、，本讲稿共50页三、电子的发现三、电子的发现三、电子的发现三、电子的发现放射性放射性天然放射性天然放射性元素自发放射的性质。天然放射性天然放射性元素自发放射的性质。如：铀、镭等如：铀、镭等人工放射性通过核反应，利用反应堆、加速人工放射性通过核反应，利用反应堆、加速 器造出的放射性物质。器造出的放射性物质。英国剑桥大学卡文迪什实验室的教授汤姆逊英国剑桥大学卡文迪什实验室的教授汤姆逊1897年，汤姆逊和他的学生通过实验测量证实：年，汤姆逊和他的学生通过实验测量证实：阴极射线是由带负电微粒组成的粒子流。阴极射线是由带负电微粒组成的粒子流。这种这种“微粒微粒”即电子。即电子。1906年，汤姆逊由于发现
7、电子而荣获诺贝尔物理学奖。他被誉为年，汤姆逊由于发现电子而荣获诺贝尔物理学奖。他被誉为“最先打开通向粒最先打开通向粒子物理学大门的伟人。子物理学大门的伟人。”1909年，美国物理学家密立根年，美国物理学家密立根密立根油滴实验密立根油滴实验测得了电子电荷的精确值测得了电子电荷的精确值e e，算出电子的质量，算出电子的质量m m。证明了一个电子所带的电量是电荷的最基本单位。证明了一个电子所带的电量是电荷的最基本单位。三大发现把人们的视野由三大发现把人们的视野由宏观领域宏观领域引向引向微观领域微观领域。第7页，本讲稿共50页第二节第二节相对论与现代时空观相对论与现代时空观相对论相对论狭义相对论狭义相
8、对论-一种一种新的时空理论新的时空理论广义相对论广义相对论-一种一种新的引力理论新的引力理论一、狭义相对论一、狭义相对论 1、狭义相对论的创立、狭义相对论的创立 2、狭义相对论的两个基本原理、狭义相对论的两个基本原理（1）相对性原理：）相对性原理：一切物理定律（包括力学、电学等）在所有一切物理定律（包括力学、电学等）在所有 惯性系中均成立。惯性系中均成立。（2）光速不变原理：）光速不变原理：光在真空中总是以确定的速度光在真空中总是以确定的速度 C=3m/s传播。传播。与光源的运动无关。与光源的运动无关。第8页，本讲稿共50页3、狭义相对论的关键思想、狭义相对论的关键思想爱因斯坦爱因斯坦同时性同
9、时性的定义的定义 （2）在高速运动中，）在高速运动中，光信号传播所用的时间不能忽略光信号传播所用的时间不能忽略不计。不计。0pr说明说明（1）时间时间和和空间空间是密是密 不不可分的，可分的，是相对的是相对的。C第9页，本讲稿共50页4、狭义相对论的狭义相对论的核心方法核心方法-洛仑兹变换洛仑兹变换伽利略变换伽利略变换x=xvty=yz=zt=tyOxPkv0ykxzZ洛仑兹变换洛仑兹变换洛仑兹收缩因子洛仑兹收缩因子爱因斯坦爱因斯坦同时性因子同时性因子第10页，本讲稿共50页当当vcc时，时，时，时，洛仑兹变换洛仑兹变换伽利略变换伽利略变换x=xvty=yz=zt=t洛仑兹变换洛仑兹变换伽利略
10、变换伽利略变换同时，在洛仑兹变换中同时，在洛仑兹变换中只能取不为只能取不为零的实数，表明零的实数，表明真空中的光速是物质运动的上真空中的光速是物质运动的上限速度。限速度。可见，相对论包含了可见，相对论包含了牛顿力学。牛顿力学。第11页，本讲稿共50页5 5、狭义相对论的时空观：、狭义相对论的时空观：空间的相对性空间的相对性空间的相对性空间的相对性-动尺变短。动尺变短。动尺变短。动尺变短。时间的相对性时间的相对性-动钟变慢。动钟变慢。同时的相对性。同时的相对性。在在K系同时系同时tt=0,=0,不同地点不同地点XX0发生发生,则则tt0,即在即在 k 系，不再是同时发系，不再是同时发生。生。对于
11、一只静止在对于一只静止在K系中的时钟，系中的时钟，它的位置是不变的，即它的位置是不变的，即XX=0=0，所以运动的时钟变慢了。所以运动的时钟变慢了。尺静止在尺静止在 kk系中，在系中，在 k k系中的系中的观察者看来，运动的尺变短了。观察者看来，运动的尺变短了。XX为运动长度，为运动长度，xx静止长度静止长度第12页，本讲稿共50页6、狭义相对论的主要结论、狭义相对论的主要结论 质速关系质速关系 质能关系质能关系m0为物体的静止质量，为物体的静止质量，m为为物体的运动质量物体的运动质量在相对论中，物体的质量随在相对论中，物体的质量随着运动速度的增加而增加着运动速度的增加而增加EE运动而增加的能
12、量，运动而增加的能量，mm-运动而增加的质量。运动而增加的质量。1Kg物体包含的静止能量物体包含的静止能量1Kg汽油的燃烧值汽油的燃烧值质能关系表明：一个质量为质能关系表明：一个质量为m的物体，具有的物体，具有的能量。的能量。第13页，本讲稿共50页质能关系能关系的巨大意义的巨大意义50克物质全部转克物质全部转化为能量，可以化为能量，可以将整个西湖里的将整个西湖里的水加热到沸腾；水加热到沸腾；1千克核物质反应千克核物质反应放出的能量相当放出的能量相当于于1000多吨多吨TNT炸药爆炸放出的炸药爆炸放出的能量。能量。质能关系的产生，意味着原子能时代的到来，然而科学是双韧质能关系的产生，意味着原子
13、能时代的到来，然而科学是双韧剑，如何保证原子能的和平利用，是人类特别应当重视的问题。剑，如何保证原子能的和平利用，是人类特别应当重视的问题。原子弹原子弹第14页，本讲稿共50页二、广义相对论二、广义相对论 1、广义相对论的两个基本原理、广义相对论的两个基本原理 广义协变原理：广义协变原理：自然规律对于任何参照系而言都应具有自然规律对于任何参照系而言都应具有 相同的数学形式。相同的数学形式。等效原理：等效原理：匀加速参照系与引力场中静止的参照系等效。匀加速参照系与引力场中静止的参照系等效。即：非惯性系与某一引力场等效。即：非惯性系与某一引力场等效。2、广义相对论的主要结论、广义相对论的主要结论
14、（1）引力大的地方时钟走的慢；）引力大的地方时钟走的慢；（2）引力导致空间弯曲。）引力导致空间弯曲。第15页，本讲稿共50页3、广义相对论的描述：广义相对论的描述：空间的结构和性质取决于物质的分布，现实存在的空间的结构和性质取决于物质的分布，现实存在的空间不是平坦的欧几里得空间，而是空间不是平坦的欧几里得空间，而是四维弯曲的黎曼空四维弯曲的黎曼空间间，空间的曲率体现着引力场的强度。，空间的曲率体现着引力场的强度。广义相对论是牛顿广义相对论是牛顿万有引力定律万有引力定律的相对论推广，它的相对论推广，它成功地解释了牛顿万有引力所不能解释的引力现象成功地解释了牛顿万有引力所不能解释的引力现象-水星轨
15、道近日点的进动水星轨道近日点的进动;它所预言的它所预言的光线弯曲效应和引力光线弯曲效应和引力辐射效应辐射效应已被实验观测所证实；它所预言的已被实验观测所证实；它所预言的中子星、引中子星、引力透镜、黑洞力透镜、黑洞等天体也已有了许多证据；它对宇宙论中等天体也已有了许多证据；它对宇宙论中的的“宇宙大爆炸模型宇宙大爆炸模型”，给出了宇宙演化的一种图象。，给出了宇宙演化的一种图象。第16页，本讲稿共50页关于相对论和爱因斯坦关于相对论和爱因斯坦爱因斯坦是世纪最伟大的科学家爱因斯坦是世纪最伟大的科学家逻辑结构之完美逻辑结构之完美实验预言之精确实验预言之精确理论容量之深广理论容量之深广在人类思想史和科学史
16、上是空前的在人类思想史和科学史上是空前的第17页，本讲稿共50页第三节第三节第三节第三节量子理论与现代高新技术量子理论与现代高新技术量子理论与现代高新技术量子理论与现代高新技术一、量子论的创立一、量子论的创立1、创立的时代背景、创立的时代背景2、量子论的诞生、量子论的诞生（1900年，普朗克提出）年，普朗克提出）二、量子理论的主要内容：二、量子理论的主要内容：1、爱因斯坦的光量子理论（、爱因斯坦的光量子理论（1905年）年）光的波粒二象性。光的波粒二象性。2、德布罗意物质波理论（、德布罗意物质波理论（1924年）年）1924年，年，32岁的法国青年物理学家德布罗意提出：岁的法国青年物理学家德布
17、罗意提出：实物粒子：静止质量不为零的微观粒子称为实物粒子。实物粒子：静止质量不为零的微观粒子称为实物粒子。一切实物粒子都具有波粒二象性一切实物粒子都具有波粒二象性。德布罗意于德布罗意于19291929年获诺贝尔奖，年获诺贝尔奖，19331933年当选为法国科学院院士。年当选为法国科学院院士。第18页，本讲稿共50页3 3、海森堡不确定关系、海森堡不确定关系、海森堡不确定关系、海森堡不确定关系海森堡海森堡矩阵的方式矩阵的方式矩阵力学矩阵力学不确定关系不确定关系量子力学量子力学薛定谔薛定谔微分方程的形式微分方程的形式波动力学波动力学薛定谔方程薛定谔方程海森堡于海森堡于1932年获诺贝尔奖，年获诺贝
18、尔奖，薛定谔于薛定谔于1933年获诺贝尔奖。年获诺贝尔奖。量子力学的创立（量子力学的创立（19251925年）年）4、波函数与薛定谔方程、波函数与薛定谔方程第19页，本讲稿共50页三、量子力学是现代高科技发展的重要基石三、量子力学是现代高科技发展的重要基石三、量子力学是现代高科技发展的重要基石三、量子力学是现代高科技发展的重要基石量子力学的创立对当代科学技术发展的意义：量子力学的创立对当代科学技术发展的意义：量子力学的创立，揭示了微观世界的基本规律，为原子量子力学的创立，揭示了微观世界的基本规律，为原子物理学、固体物理学、核物理学、粒子物理学和半导体物理物理学、固体物理学、核物理学、粒子物理学
19、和半导体物理学的发展奠定了理论基础。量子能带理论的建立，使人们对学的发展奠定了理论基础。量子能带理论的建立，使人们对半导体的性能有了认识，导致了晶体管和大规模集成电路的半导体的性能有了认识，导致了晶体管和大规模集成电路的产生，引导了产生，引导了20世纪微电子技术、激光技术、通信技术等现世纪微电子技术、激光技术、通信技术等现代高新技术的空前发展。同时，也为超导电性的研究、液晶代高新技术的空前发展。同时，也为超导电性的研究、液晶研究和介观物理研究打开了一扇大门。研究和介观物理研究打开了一扇大门。相对论和量子论，不仅是现代物理学而且也是整个自然相对论和量子论，不仅是现代物理学而且也是整个自然科学的两
20、大基石。科学的两大基石。第20页，本讲稿共50页20世纪最伟大的科学家爱因斯坦一、爱因斯坦的贡献二、爱因斯坦的一生三、爱因斯坦的思想第21页，本讲稿共50页一、爱因斯坦的贡献有史以来最杰出的十位物理学家：有史以来最杰出的十位物理学家：1.爱因斯坦爱因斯坦(美籍德国人，美籍德国人，1921*)1921*)2.2.牛顿牛顿(英国英国)3.3.麦克斯韦麦克斯韦(英国英国)4.4.玻尔玻尔(丹麦，丹麦，1922)1922)5.5.海森伯海森伯(德国，德国，1932)1932)6.6.伽利略伽利略(意大利意大利)7.7.费因曼费因曼(美国，美国，1965)1965)8.8.狄拉克狄拉克(英国，英国，19
21、33)1933)9.9.薛定谔薛定谔(奥地利，奥地利，1933)1933)10.10.卢瑟福卢瑟福(新，新，1908)1908)第22页，本讲稿共50页主要贡献主要贡献（1）提出光量子假说，解释了）提出光量子假说，解释了光电效应光电效应。获得。获得1921年年诺贝尔物理奖。诺贝尔物理奖。（2)分子运动理论，分子运动理论，1905年年4月、月、5月、月、12月他发表了月他发表了三篇有三篇有三篇有三篇有关布朗运动关布朗运动关布朗运动关布朗运动的论文，为解决半个多世纪来科学界和哲学界的论文，为解决半个多世纪来科学界和哲学界争论不休的争论不休的原子原子原子原子是否存在的问题做出了突出贡献。是否存在的问
22、题做出了突出贡献。（3)创立创立狭义相对论狭义相对论爱因斯坦写了一篇开创物理学纪元的长论文爱因斯坦写了一篇开创物理学纪元的长论文论动体的论动体的论动体的论动体的电动力学电动力学电动力学电动力学，完整地提出狭义相对论。这是他，完整地提出狭义相对论。这是他10年酝酿和探索年酝酿和探索的结果，解决了的结果，解决了19世纪末出现的古典物理学的危机，推动了整世纪末出现的古典物理学的危机，推动了整个物理学理论的革命。个物理学理论的革命。第23页，本讲稿共50页（4）创立）创立广义相对论广义相对论(5)建立建立质能关系质能关系1905年年9月，爱因斯坦写月，爱因斯坦写了一篇短文了一篇短文物体的惯性同它物体的
23、惯性同它物体的惯性同它物体的惯性同它所含的能量有关吗？所含的能量有关吗？所含的能量有关吗？所含的能量有关吗？，作为，作为相对论的一个推论，揭示了质相对论的一个推论，揭示了质量量(m)和能量和能量(E)的相当性：的相当性：E=mc2，并由此解释了放射，并由此解释了放射性元素（如镭）所以能释放性元素（如镭）所以能释放出大量能量的原因。出大量能量的原因。1932年年爱因斯坦在因斯坦在讲解著名解著名方程方程E=mc2第24页，本讲稿共50页（6）激光基础理论）激光基础理论1916年爱因斯坦发表关于辐射的量子理论。年爱因斯坦发表关于辐射的量子理论。文章提出了激光辐射理论，而这正是激光理论的核心文章提出了
24、激光辐射理论，而这正是激光理论的核心基础。因此爱因斯坦被认为是基础。因此爱因斯坦被认为是激光之父激光之父激光之父激光之父。在这篇论文中，在这篇论文中，爱因斯坦区分了三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐爱因斯坦区分了三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐射。前两个概念是已为人所知的。射。前两个概念是已为人所知的。受激辐射受激辐射受激辐射受激辐射是爱因斯坦新发现。受激辐射的最大特点是爱因斯坦新发现。受激辐射的最大特点是由受激辐射产生的光子与引起受激辐射的原来的光子是由受激辐射产生的光子与引起受激辐射的原来的光子具有完全相同的状态。通过一次受激辐射，一个光子变具有完全相同的状态。通过一次受激辐射，一个
25、光子变为两个相同的光子。这意味着光被加强了，放大了。这为两个相同的光子。这意味着光被加强了，放大了。这正是产生激光的基本过程。正是产生激光的基本过程。第25页，本讲稿共50页（7）开创宇宙学）开创宇宙学 19171917年，爱因斯坦用广义相对论的结果来研究宇年，爱因斯坦用广义相对论的结果来研究宇宙的时空结构，发表了开创性的论文根据广义相对宙的时空结构，发表了开创性的论文根据广义相对论对宇宙所做的考察。论文分析了论对宇宙所做的考察。论文分析了“宇宙在空间上宇宙在空间上是无限的是无限的”这一传统观念，指出它同牛顿引力理论和这一传统观念，指出它同牛顿引力理论和广义相对论都是不协调的。他认为，可能的出
26、路是把广义相对论都是不协调的。他认为，可能的出路是把宇宙看作是一个具有有限空间体积的自身闭合的连续宇宙看作是一个具有有限空间体积的自身闭合的连续区，以科学论据推论宇宙在空间上是区，以科学论据推论宇宙在空间上是有限无边有限无边有限无边有限无边的，这的，这使宇宙学摆脱了纯粹猜想的思辨，进入现代科学领使宇宙学摆脱了纯粹猜想的思辨，进入现代科学领域。所以称爱因斯坦为域。所以称爱因斯坦为宇宙学之父。宇宙学之父。第26页，本讲稿共50页（8）统一场论的研究）统一场论的研究广义相对论建成后，爱因斯坦依然感到不满足，广义相对论建成后，爱因斯坦依然感到不满足，要把广义相对论再加以推广，使它不仅包括引力场，要把广
27、义相对论再加以推广，使它不仅包括引力场，也包括电磁场。他认为这是相对论发展的第三个阶段，也包括电磁场。他认为这是相对论发展的第三个阶段，即统一场论。即统一场论。1925年以后，爱因斯坦全力以赴去探索统一场论。开头年以后，爱因斯坦全力以赴去探索统一场论。开头几年他非常乐观，以为胜利在望；后来发现困难重重，他认几年他非常乐观，以为胜利在望；后来发现困难重重，他认为现有的数学工具不够用；为现有的数学工具不够用；1928年以后转入纯数学的探索。年以后转入纯数学的探索。他尝试着用各种方法，但都没有取得具有真正物理意义的结他尝试着用各种方法，但都没有取得具有真正物理意义的结果。果。第27页，本讲稿共50页
28、成功的密绝成功的密绝 一个美国记者曾问爱因斯坦关于他成功的秘一个美国记者曾问爱因斯坦关于他成功的秘决。他回答：决。他回答：“早在早在19011901年，我还是二十二岁的年，我还是二十二岁的青年时，我已经发现了成功的公式。我可以把这公青年时，我已经发现了成功的公式。我可以把这公式的秘密告诉你，那就是：式的秘密告诉你，那就是：A=X+Y+Z!A=X+Y+Z!A A就是成功，就是成功，X就是就是努力努力工作工作，Y Y是是懂得懂得休息休息，Z Z是是少说废话少说废话！这公式对我有用，我想对许多人！这公式对我有用，我想对许多人也是一样有用。也是一样有用。”第28页，本讲稿共50页二、爱因斯坦的一生爱因
29、斯坦出生的房子 阿尔伯特爱因斯坦(18791955)，是20世纪最伟大的自然科学家，物理学革命的旗手。爱因斯坦爱因斯坦18791879年年3 3月月1414日日生于德国生于德国乌耳姆乌耳姆乌耳姆乌耳姆一个经营电器一个经营电器作坊的小业主家庭。一年后，作坊的小业主家庭。一年后，随全家迁居随全家迁居慕尼黑慕尼黑慕尼黑慕尼黑。父亲和。父亲和叔父在那里合办一个为电站叔父在那里合办一个为电站和照明系统生产电机、弧光和照明系统生产电机、弧光灯和电工仪表的电器工厂。灯和电工仪表的电器工厂。第29页，本讲稿共50页爱因斯坦爱因斯坦的父母亲的父母亲爱因斯坦的母亲像大多数犹太女性一样，贤慧能干。爱因斯坦的母亲像大
30、多数犹太女性一样，贤慧能干。她的家境优裕，受过良好的教育，文化修养极高，爱她的家境优裕，受过良好的教育，文化修养极高，爱文文文文学学学学，更爱，更爱音乐音乐音乐音乐。共同的爱好使得爱因斯坦的父母间的关系非常。共同的爱好使得爱因斯坦的父母间的关系非常融洽，他们不仅营造了一个充满温馨和谐的爱之屋，更为爱因融洽，他们不仅营造了一个充满温馨和谐的爱之屋，更为爱因斯坦的诞生和成长孕育出品味极高的文化氛围。斯坦的诞生和成长孕育出品味极高的文化氛围。他的父亲是位平静、温顺的好心人，爱好他的父亲是位平静、温顺的好心人，爱好文学文学文学文学和和数学数学数学数学。非凡的思维能力、丰富的想象能力，就是爱因斯坦继承父
31、母非凡的思维能力、丰富的想象能力，就是爱因斯坦继承父母天赋的明证。天赋的明证。第30页，本讲稿共50页伟人的诞生伟人的诞生爱因斯坦刚出生时，后爱因斯坦刚出生时，后脑大得不同一般，而且头骨脑大得不同一般，而且头骨呈棱角形。爱因斯坦的母亲呈棱角形。爱因斯坦的母亲曾为头胎儿子的异样头骨而曾为头胎儿子的异样头骨而受惊，爱因斯坦的祖母看到受惊，爱因斯坦的祖母看到孙子，也低声嘀咕：孙子，也低声嘀咕：“太重太重了！了！”她担心一个弱小的身她担心一个弱小的身躯，如何支撑得住这个硕大躯，如何支撑得住这个硕大的脑袋？的脑袋？第31页，本讲稿共50页低能儿低能儿?爱因斯坦到了四五岁，还不大会说话。父爱因斯坦到了四五
32、岁，还不大会说话。父母亲心里着急：母亲心里着急：“难道小阿尔伯特是低能儿。难道小阿尔伯特是低能儿。”他请来了医生。孩子当然没有病。不善于说话，他请来了医生。孩子当然没有病。不善于说话，不喜欢说话，那不是病。不喜欢说话，那不是病。爱因斯坦曾对一位物理学界的同行说过：爱因斯坦曾对一位物理学界的同行说过：“空间时间是什么，别人在很小的时候就已经空间时间是什么，别人在很小的时候就已经搞清楚搞清楚 了；我智力发育迟，长大了还没有搞了；我智力发育迟，长大了还没有搞清楚，于是一直在揣摩这个问题，结果也就清楚，于是一直在揣摩这个问题，结果也就比别人钻研比别人钻研 得深一些。得深一些。”第32页，本讲稿共50页
33、童年童年时代时代童年时代的爱因斯坦独来独往，童年时代的爱因斯坦独来独往，时常故意躲开小伙伴、同学，即使同时常故意躲开小伙伴、同学，即使同亲人在一起，他也只是一个沉默的听亲人在一起，他也只是一个沉默的听众。谁要是破坏了他独处的心境，一众。谁要是破坏了他独处的心境，一向沉静的他会突然爆发出激烈的情绪。向沉静的他会突然爆发出激烈的情绪。爱因斯坦的爱因斯坦的妹妹妹妹妹妹妹妹后来回忆说：后来回忆说：“每逢那每逢那样的时刻，他会变得脸色苍白，鼻尖发白，样的时刻，他会变得脸色苍白，鼻尖发白，不能自制。不能自制。”爱因斯坦爱因斯坦5岁时，岁时，父母父母父母父母为为他请了一个他请了一个家庭女教师家庭女教师家庭女
34、教师家庭女教师。第一次上课。第一次上课时，爱因斯坦大概发现自己将失去自时，爱因斯坦大概发现自己将失去自由的个人世界，向老师扔椅子以示抗由的个人世界，向老师扔椅子以示抗议，父母只好结束这第一次还未开始议，父母只好结束这第一次还未开始的教育。的教育。第33页，本讲稿共50页逃离精神牢笼逃离精神牢笼 年月，爱因斯坦一家除爱因年月，爱因斯坦一家除爱因斯坦外，迁居意大利。斯坦外，迁居意大利。赫尔曼赫尔曼赫尔曼赫尔曼先生在意大先生在意大利人利人加罗尼加罗尼加罗尼加罗尼和弟弟和弟弟雅各布雅各布雅各布雅各布建议下把慕尼黑建议下把慕尼黑的工厂搬到意大利。的工厂搬到意大利。18951895年爱因斯坦年爱因斯坦16
35、16岁。根据法律，男孩只有在岁岁。根据法律，男孩只有在岁以前离开以前离开 德国才可以不必回来服兵役。由于对军国主义德国才可以不必回来服兵役。由于对军国主义深恶痛绝，爱因斯坦决定离开德国，去意大利与父母团深恶痛绝，爱因斯坦决定离开德国，去意大利与父母团 聚。但半途退学，将来拿不到文凭，情急生计。他请数学聚。但半途退学，将来拿不到文凭，情急生计。他请数学老师给他开了张证明，说他数学成绩优异，早达到大学水老师给他开了张证明，说他数学成绩优异，早达到大学水平。又从一个熟悉的医生那里弄来一张病假证明，说他神平。又从一个熟悉的医生那里弄来一张病假证明，说他神经衰弱，需要回家静养。结果训导主任勒令他退学。经
36、衰弱，需要回家静养。结果训导主任勒令他退学。第34页，本讲稿共50页奇迹之年爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦19051905年摄于伯尔年摄于伯尔年摄于伯尔年摄于伯尔尼专利局的办公室。正是爱尼专利局的办公室。正是爱尼专利局的办公室。正是爱尼专利局的办公室。正是爱因斯坦做出相对论等重大发因斯坦做出相对论等重大发因斯坦做出相对论等重大发因斯坦做出相对论等重大发现的现的现的现的“奇迹之年奇迹之年奇迹之年奇迹之年”。1905年年，爱因斯坦在，爱因斯坦在科学史上创造了一个无先科学史上创造了一个无先例的奇迹。这一年他写了例的奇迹。这一年他写了6 6篇论文篇论文篇论文篇论文，在，在3月到月到9月这半月这半年中
37、，利用在专利局每天年中，利用在专利局每天8小时工作以外的时间，小时工作以外的时间，在在三个领域三个领域作出了作出了四个贡四个贡献献,具有划时代的意义。具有划时代的意义。第35页，本讲稿共50页 质能质能关系关系关系关系 19051905年年年年9 9月，爱因斯坦写月，爱因斯坦写月，爱因斯坦写月，爱因斯坦写了一篇短文了一篇短文了一篇短文了一篇短文物体的惯性物体的惯性同它所含的能量有关吗？同它所含的能量有关吗？，作为相对论的一个推，作为相对论的一个推论，揭示了质量论，揭示了质量(m)和能量和能量(E)的相当性：的相当性：E=mc2，并，并由此解释了放射性元素由此解释了放射性元素（如镭）所以能释放出
38、大（如镭）所以能释放出大量能量的原因。量能量的原因。1932年年爱因斯坦在因斯坦在讲解著名解著名方程方程E=mc2第36页，本讲稿共50页第37页，本讲稿共50页普朗克是普朗克是PHYSIKPHYSIK杂志的主编，杂志的主编，他对爱因斯坦的工作他对爱因斯坦的工作给予了高度的评价。给予了高度的评价。在普朗克获博士学位五在普朗克获博士学位五在普朗克获博士学位五在普朗克获博士学位五十周年纪念会上普朗克向十周年纪念会上普朗克向十周年纪念会上普朗克向十周年纪念会上普朗克向爱因斯坦颁发普朗克奖章爱因斯坦颁发普朗克奖章爱因斯坦颁发普朗克奖章爱因斯坦颁发普朗克奖章第38页，本讲稿共50页超级巨星的生起超级巨星
39、的生起 纽约时报在这一年的纽约时报在这一年的纽约时报在这一年的纽约时报在这一年的 11 11 11 11月月月月10101010日宣布了日宣布了日宣布了日宣布了“爱因斯坦理爱因斯坦理爱因斯坦理爱因斯坦理论的胜利论的胜利论的胜利论的胜利”。布莱恩布莱恩布莱恩布莱恩在书中写道：在书中写道：在书中写道：在书中写道：“许多人都认为他是个许多人都认为他是个许多人都认为他是个许多人都认为他是个超人。不论是在当时还是现在，他的名字都是一种象征，一种超人。不论是在当时还是现在，他的名字都是一种象征，一种超人。不论是在当时还是现在，他的名字都是一种象征，一种超人。不论是在当时还是现在，他的名字都是一种象征，一种
40、人类智力极限的象征。人类智力极限的象征。人类智力极限的象征。人类智力极限的象征。”连续年任英国皇家学会会长连续年任英国皇家学会会长连续年任英国皇家学会会长连续年任英国皇家学会会长汤汤汤汤姆逊姆逊姆逊姆逊说：说：说：说：爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就爱因斯坦的相对论是人类思想史上最伟大的成就之一。之一。之一。之一。19191919年，英国天文学家年，英国天文学家A.S.A.S.爱爱爱爱丁顿丁顿丁顿丁顿等人的日全食观测结果证实了广等人的日全食观测结果证实了广义相对论。爱因斯坦和相对论在西方一义相对论。爱
41、因斯坦和相对论在西方一夜之间成了家喻户晓的名词。夜之间成了家喻户晓的名词。第39页，本讲稿共50页对中国对中国的印象的印象 在上海，爱因斯坦虽受到知识文在上海，爱因斯坦虽受到知识文化界的热烈欢迎，但租界的高楼大化界的热烈欢迎，但租界的高楼大厦与上海老城的破破厦与上海老城的破破 烂烂的木房子烂烂的木房子的对比太强烈！的对比太强烈！“他们比印度人更他们比印度人更乐观，也更认真。但他们大多数是乐观，也更认真。但他们大多数是负担沉重的：男男女女为每日分负担沉重的：男男女女为每日分钱的工资天天在敲石子。他们似乎钱的工资天天在敲石子。他们似乎鲁钝得不理解他们命运的可怕。鲁钝得不理解他们命运的可怕。在上海，
42、欧洲人形成一个统治阶级，在上海，欧洲人形成一个统治阶级，而中国人则是他们的奴仆。他们好而中国人则是他们的奴仆。他们好像是受折磨的、鲁钝的、不开化的像是受折磨的、鲁钝的、不开化的民族，而同他们国家的伟大文明的民族，而同他们国家的伟大文明的过去好像毫无关系。过去好像毫无关系。”爱因斯坦差点到北大爱因斯坦差点到北大第40页，本讲稿共50页 19241924年年1111月月2525日，日，德布罗意德布罗意德布罗意德布罗意在索邦审在索邦审定委员会上答辨了他的量子理论研究定委员会上答辨了他的量子理论研究博士论文。学位评审人朗之万把论文内容博士论文。学位评审人朗之万把论文内容告诉了爱因斯坦。素来喜欢对称性的
43、爱因告诉了爱因斯坦。素来喜欢对称性的爱因斯坦，立即意识到德布罗意思想的深远意斯坦，立即意识到德布罗意思想的深远意义。他赞赏道：义。他赞赏道：“厚幕的一角被德布罗意厚幕的一角被德布罗意厚幕的一角被德布罗意厚幕的一角被德布罗意揭开了揭开了揭开了揭开了”。爱因斯坦当时正着手将印度。爱因斯坦当时正着手将印度青年物理学家青年物理学家玻色玻色玻色玻色提出的光子统计理论推提出的光子统计理论推广到单原子理想气体，他立即吸收了德布罗广到单原子理想气体，他立即吸收了德布罗意的新理论。爱因斯坦的推荐，德布罗意的意的新理论。爱因斯坦的推荐，德布罗意的工作才引起了物理学界的广泛重视，特别是工作才引起了物理学界的广泛重视
44、，特别是对对薛定谔薛定谔薛定谔薛定谔产生了积极的影响，创立了波动产生了积极的影响，创立了波动力学。力学。伯乐伯乐第41页，本讲稿共50页别了，柏林别了，柏林1930年美国圣迭戈市年美国圣迭戈市 1930年接受美国加州理工年接受美国加州理工学院院长学院院长密立根密立根密立根密立根的邀请，每年的邀请，每年冬天去冬天去 讲学，为期年。离讲学，为期年。离开卡普特别墅时，爱因斯坦有开卡普特别墅时，爱因斯坦有预感似地对妻子说：预感似地对妻子说：“这次这次你好好看一眼你的别墅吧！你你好好看一眼你的别墅吧！你再也看不到它了。再也看不到它了。”艾尔莎艾尔莎艾尔莎艾尔莎笑了，她以为丈夫在说笑话。笑了，她以为丈夫在
45、说笑话。爱因斯坦没再做声，默默地上爱因斯坦没再做声，默默地上路了。路了。这一次离别，是在柏这一次离别，是在柏林创下丰功伟绩的爱因斯坦与林创下丰功伟绩的爱因斯坦与德国的生死离别。德国的生死离别。第42页，本讲稿共50页希特勒上台希特勒上台 希特勒的希特勒的“革命革命”开始了，他把德国投入了黑暗之中。开始了，他把德国投入了黑暗之中。他的他的“革命革命”手段特别彻底：烧手段特别彻底：烧 书、抄家、集中营、拷书、抄家、集中营、拷打、虐杀、暗杀、明杀打、虐杀、暗杀、明杀 希特勒的纳粹运动除了战争的叫嚣外，还有希特勒的纳粹运动除了战争的叫嚣外，还有非理性恶魔非理性恶魔非理性恶魔非理性恶魔对理性的残酷报复对
46、理性的残酷报复对理性的残酷报复对理性的残酷报复。作为犹太人和科学家的。作为犹太人和科学家的爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦爱因斯坦，自然成了法西斯主义的首要攻击目标。自然成了法西斯主义的首要攻击目标。1933年年1月月30日，就在爱因斯坦离开日，就在爱因斯坦离开柏林个多月后，柏林个多月后，魏玛共和国魏玛共和国魏玛共和国魏玛共和国寿终正寝了。寿终正寝了。86岁的共和国总统岁的共和国总统兴登堡兴登堡兴登堡兴登堡元帅把共和国元帅把共和国出卖给了出卖给了希特勒希特勒希特勒希特勒。第43页，本讲稿共50页痛痛恨恨法法西西斯斯 在战后重建问题上，他提出在战后重建问题上，他提出“我不赞成报复，但却赞我不赞成报复，但
47、却赞成这样一种政策，它能够最有把握地不让德国人重新具成这样一种政策，它能够最有把握地不让德国人重新具有侵略的可能性；这种保证决不是通过道义上的劝说所有侵略的可能性；这种保证决不是通过道义上的劝说所能达到的。能达到的。”从一味强调宽容到彻底的不宽恕，这其间，该凝聚了爱因从一味强调宽容到彻底的不宽恕，这其间，该凝聚了爱因斯坦多少痛苦的反思。斯坦多少痛苦的反思。二战使爱因斯坦对法西斯痛恨到二战使爱因斯坦对法西斯痛恨到极点。他甚至否定整个德国民族。极点。他甚至否定整个德国民族。因为因为希特勒希特勒希特勒希特勒已经在他的书中和演讲已经在他的书中和演讲中把他的可耻意图说中把他的可耻意图说 得一清二楚，得一
48、清二楚，没有一点可能发生误解之后，德没有一点可能发生误解之后，德国人民把他选举出来。国人民把他选举出来。第44页，本讲稿共50页国际主义者国际主义者 爱因斯坦因厌恶德国学校窒息自爱因斯坦因厌恶德国学校窒息自由思想的军国主义教育由思想的军国主义教育 1894 1894年自动放年自动放弃学籍和德国国籍。弃学籍和德国国籍。19011901年取得瑞士年取得瑞士国籍。国籍。19401940年他取得美国国籍。年他取得美国国籍。爱因斯坦被法西斯指责为卖国爱因斯坦被法西斯指责为卖国贼，其实他一直是反民族主义的国贼，其实他一直是反民族主义的国际主义战士，认为当今世界只有淡际主义战士，认为当今世界只有淡化民族概念
49、才能实现和平。化民族概念才能实现和平。爱因斯坦说：爱因斯坦说：“我从来就没有我从来就没有全心全意地属于过某个国家和地区，全心全意地属于过某个国家和地区，也不属于某个朋友圈子，甚至不属也不属于某个朋友圈子，甚至不属于我的家庭。于我的家庭。”第45页，本讲稿共50页巨星陨落 19551955年年 4 4月月1818日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。他日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。他留下遗嘱，要求不发讣告，不举行葬礼。他把自己的脑供留下遗嘱，要求不发讣告，不举行葬礼。他把自己的脑供给医学研究，身体火葬焚化，骨灰秘密的撒在不让人知道给医学研究，身体火葬焚化，骨灰秘密的撒在不让人知道的河里，不要有坟墓也
50、不想立碑。在把他的遗体送到火葬的河里，不要有坟墓也不想立碑。在把他的遗体送到火葬场火化的时候，随行的只有他最亲近的场火化的时候，随行的只有他最亲近的1212个人，而其他人个人，而其他人对于火化的时间和地点都不知道。对于火化的时间和地点都不知道。为的是不使任何地方成为圣地，把他为的是不使任何地方成为圣地，把他在普林斯顿梅塞街在普林斯顿梅塞街112112号的房子留给跟他工号的房子留给跟他工作了几十年的秘书作了几十年的秘书杜卡斯杜卡斯杜卡斯杜卡斯小姐，并且强调：小姐，并且强调：“不许把这房子变成博物馆。不许把这房子变成博物馆。”他不希他不希望把梅塞街变成一个朝圣地。望把梅塞街变成一个朝圣地。第46页