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自古英雄出少年之四十七 不倦探索的爱因斯坦

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本文目录

  1. 爱因斯坦创新素材
  2. 在上个世纪科研条件那么匮乏,爱因斯坦是怎样想出光电理论和相对论和其他的一些理论
  3. 爱因斯坦创新事例
  4. 爱因斯坦的优点

爱因斯坦创新素材

爱因斯坦新素材。

1900年,著名教授普朗克和儿子在自己的花园里散步。他神情沮丧,很遗憾地对儿子说:“孩子,十分遗憾,今天有个发现。它和牛顿的发现同样重要。”

他提出了量子力学假设及普朗克公式。他沮丧这一发现破坏了他一直崇拜并虔诚地信奉为权威的牛顿的完美理论。他终于宣布取消自己的假设。人类本应因权威而受益,却不料竟因权威而受害,由此使物理学理论停滞了几十年。

25岁的爱因斯坦敢于冲破权威圣圈,大胆突进,赞赏普朗克假设并向纵深引申,提出了光量子理论,奠定了量子力学的基础。随后又锐意破坏了牛顿的绝对时间和空间的理论,创立了震惊世界的相对论,一举成名,成了一个更伟大的新权威。

在上个世纪科研条件那么匮乏,爱因斯坦是怎样想出光电理论和相对论和其他的一些理论

我们用今天的眼光来看上个世纪的环境,自然会觉得上世纪的科研条件很匮乏,不过如果换一个角度来看,将20世纪与更早的时代来比较,就会发现科学研究环境大大的改善了。从政治的角度来看,民族国家已经兴起并走向现代化,传统的依附于贵族个人兴趣的科研体系也已经不复存在,现代的大学(德国洪堡所开创的「研究型大学」的传统)也已经建立;而从经济的角度看,两次工业革命让资本家们意识到了新技术能创造的巨大利润,资本家们愿意为科学研究进行投资。

从科学的角度来看,爱因斯坦所出的时代也是一个很好的时代,一方面,旧有的体系已经很完整地被建立起来了,另一方面,科学家们有了许许多多源源不断的新发现——例如最早的诺贝尔物理学奖就颁发给了发现X射线的伦琴,在19到20世纪的世纪之交,有许多科学发现都在暗示着原子核物理和量子论即将呼之欲出,新的问题看起来并不是那么遥不可及(例如开尔文所提到的「两朵乌云」)。在这样的背景下,相对论的提出在当时也已经成为了必然。

相对论本身就是电动力学的一部分。这个逻辑很简单,当研究电磁波的传播时,光速就是一个绕不过去的问题。因为有了无线电的发明,当我们考虑空中传输着的电磁波时,很自然会想到一个问题,如果我沿着(或者逆着)电磁波的传播方向运动,我会更迟(或者更早)收到电磁波中所带来的电磁波信号吗?在爱因斯坦之前,1904年洛伦兹提出了洛伦兹变换,使得描述电磁场的麦克斯韦方程组从一个惯性系变换到另一个惯性系时能够保持不变,他在《科学与假设》(1902年)中提到没有绝对的时间和空间:「不仅我们对两个持续时间段相等没有直接的直觉,而且我们甚至对发生在不同地点的两个事件的同时性也没有直接的直觉。」可以看到,我们甚至已经可以认为洛伦兹已经完全提出了相对论。

另一种观点,为什么爱因斯坦会想到光速跟测量之间的关系?因为爱因斯坦在专利局负责电磁发明的技术鉴定,这些发明可能千奇百怪,从电动的打字机到砂石的分选器,而不难想到,在二十世纪初,专利局收到的电磁方面的专利申请还有很多跟电信号传输以及电学—力学信号的同步有关,这些来源于工程应用的发明或许也对爱因斯坦是一种启发,因为它们都已经开始触及到光速的极限以及狭义相对论中关于测量的有关问题,而这些也成为爱因斯坦本人思想实验的基本元素。

爱因斯坦创新事例

爱因斯坦曾发明过“绿色冰箱”,以酒精为动力

爱因斯坦的优点

1.不拘成见,勇于创新

例子:爱因斯坦和牛顿一样并不早慧,他到3岁还不会说话,在整个学习期间也无"神童"的表现,甚至在教师眼里显得平庸迟钝,他主要是对教师的呆板教学方法感到不满,而具有很强的独立自主、勤奋自学的探索能力。他在中学时代就自学了包括微积分在内的基础数学及某些理论物理知识,进入大学后,他经常缺课,独自修读了经典理论物理,研究了麦克斯韦电磁理论。

2.坚持不懈的毅力

例子:一次,有个青年人请教爱因斯坦成功的秘诀,爱因斯坦给他写下了一个公式:A=X+Y+Z。他解释说,A代表成功,X代表你付出的努力和劳动,Y代表你对所研究问题的兴趣,而Z表示少说空话,要谦虚谨慎。爱因斯坦有句名言:"科学研究好像钻木板,有人喜欢钻薄的,而我喜欢钻厚的。"

3.对科学有强烈的好奇心和对科学认真负责的态度

在爱因斯坦上学之前,他父亲给了他一个罗盘(指北针),罗盘的指针总要指着南北极,使小爱因斯坦研究和着迷了很久,直到成年,他都还记得这件使他印象深刻的事。另一次经历给他的印象也很深刻。在上学几年后,他领到一本欧几里德几何学课本,书中论证得无可置疑的许多公理,使他产生了强烈的好奇心,以至于无法按照课程进度学习,而是一口气就将它学完。

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