牛頓與愛因斯坦

牛頓與愛因斯坦第一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日

同樣的眼神，不同的世界牛頓PK愛因斯坦第二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日艾薩克·牛頓國籍：英格蘭出生地：英格蘭林肯郡出生日期：1964年1月4逝世日期：1727年3月31日職業(yè)：科學(xué)家，物理學(xué)家，數(shù)學(xué)家，哲學(xué)家榮譽(yù)：英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)長、法國科學(xué)院會(huì)員個(gè)人簡歷：牛頓1661年進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，1665年因鼠疫回到家鄉(xiāng)，1669年任盧卡斯講座教授，1672年，29歲的牛頓當(dāng)選為皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1689年當(dāng)學(xué)國會(huì)中的大學(xué)代表。作為國會(huì)議員，牛頓逐漸開始疏遠(yuǎn)給他帶來巨大成就的科學(xué)。1703年擔(dān)任皇家學(xué)會(huì)會(huì)長，1705年牛頓被封為貴族。

阿爾伯特·愛因斯坦國籍：美國、瑞士雙重國籍出生地：德國烏爾姆市出生日期：1879年3月14日逝世日期：1955年4月18日職業(yè)：物理學(xué)家，思想家，哲學(xué)家榮譽(yù)：諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)個(gè)人簡歷：愛因斯坦1900年畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，入瑞士國籍。1905年獲蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。曾在伯爾尼專利局任職，在蘇黎世工業(yè)大學(xué)、布拉格德意志擔(dān)任大學(xué)教授。1913年返德國，任柏林威廉皇帝物理研究所所長和柏林洪堡大學(xué)教授，并當(dāng)選為普魯士科學(xué)院院士。1933年因受納粹政權(quán)迫害，遷居美國，任普林斯頓高級研究所教授，從事理論物理研究，1940年入美國國籍。第三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日

牛頓的成就

力學(xué)方面的貢獻(xiàn)

牛頓在伽利略等人工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行深入研究，總結(jié)出了物體運(yùn)動(dòng)的三個(gè)基本定律（牛頓三大定律）：第一定律（慣性定律）任何一個(gè)物體在不受任何外力或受到的力平衡時(shí)，總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有作用在它上面的外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。第二定律物體的加速度跟物體所受的合外力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。第三定律兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力，總數(shù)同時(shí)在同一條直線上，大小相等方向相反

第四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日這三個(gè)非常簡單的物體運(yùn)動(dòng)定律，為力學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并對其他學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。第一定律的內(nèi)容伽利略曾提出過，后來R.笛卡兒作過形式上的改進(jìn)，伽利略也曾非正式地提到第二定律的內(nèi)容。第三定律的內(nèi)容則是牛頓在總結(jié)C·雷恩、J·沃利斯和C·惠更斯等人的結(jié)果之后得出的。牛頓是萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)者。在開普勒行星運(yùn)動(dòng)定律以及其他人的研究成果上，他用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出了萬有引力定律。牛頓把地球上物體的力學(xué)和天體力學(xué)統(tǒng)一到一個(gè)基本的力學(xué)體系中，創(chuàng)立了經(jīng)典力學(xué)理論體系。正確地反映了宏觀物體低速運(yùn)動(dòng)的宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了自然科學(xué)的第一次大統(tǒng)一。第五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日

數(shù)學(xué)

牛頓為解決運(yùn)動(dòng)問題，才創(chuàng)立這種和物理概念直接聯(lián)系的數(shù)學(xué)理論的————微積分。微積分的創(chuàng)立是牛頓最卓越的數(shù)學(xué)成就。與此同時(shí)，他還在1676年首次公布了他發(fā)明的二項(xiàng)式展開定理。牛頓利用它還發(fā)現(xiàn)了其他無窮級數(shù)，并用來計(jì)算面積、積分、解方程等等。1707年，牛頓的代數(shù)講義經(jīng)整理后出版，定名為《普遍算術(shù)》。他主要討論了代數(shù)基礎(chǔ)及其(通過解方程)在解決各類問題中的應(yīng)用。第六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日光學(xué)他用三棱鏡研究日光，得出結(jié)論：白光是由不同顏色(即不同波長)的光混合而成的，不同波長的光有不同的折射率。牛頓的這一重要發(fā)現(xiàn)成為光譜分析的基礎(chǔ)，揭示了光色的秘密。他創(chuàng)立了光的“微粒說”，從一個(gè)側(cè)面反映了光的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)

熱學(xué)牛頓確定了冷卻定律，即當(dāng)物體表面與周圍有溫差時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)從單位面積上散失的熱量與這一溫差成正比。

天文學(xué)牛頓1672年創(chuàng)制了反射望遠(yuǎn)鏡。

哲學(xué)牛頓的哲學(xué)思想基本屬于自發(fā)的唯物主義，他承認(rèn)時(shí)間、空間的客觀存在《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》牛頓最重要的著作，1687年出版。該書總結(jié)了他一生中許多重要發(fā)現(xiàn)和研究成果，其中包括上述關(guān)于物體運(yùn)動(dòng)的定律。他說，該書“所研究的主要是關(guān)于重、輕流體抵抗力及其他吸引運(yùn)動(dòng)的力的狀況，所以我們研究的是自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理?！钡谄唔摚捕隧?，編輯于2023年，星期日

愛因斯坦的成就

相對論

相對論的提出是物理學(xué)領(lǐng)域的一次重大革命。它否定了經(jīng)典力學(xué)的絕對時(shí)空觀，深刻地揭示了時(shí)間和空間的本質(zhì)屬性。它也發(fā)展了牛頓力學(xué)，將其概括在相對論力學(xué)之中，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展到一個(gè)新的高度。

狹義相對論：狹義相對論所根據(jù)的是兩條原理：相對性原理和光速不變原理。對于一切慣性系，運(yùn)用該參照系的空間和時(shí)間所表達(dá)的物理規(guī)律，它們的形式都是相同的，這就是相對性原理，嚴(yán)格地說是狹義的相對性原理。相對論認(rèn)為，光速在所有慣性參考系中不變，它是物體運(yùn)動(dòng)的最大速度。由于相對論效應(yīng)，運(yùn)動(dòng)物體的長度會(huì)變短，運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)間膨脹。但由于日常生活中所遇到的問題，運(yùn)動(dòng)速度都是很低的（與光速相比），看不出相對論效應(yīng)。愛因斯坦在時(shí)空觀的徹底變革的基礎(chǔ)上建立了相對論力學(xué)，指出質(zhì)量隨著速度的增加而增加，當(dāng)速度接近光速時(shí)，質(zhì)量趨于無窮大。他并且給出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：E=mc^2，質(zhì)能關(guān)系式對后來發(fā)展的原子能事業(yè)起到了指導(dǎo)作用。第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日廣義相對論1916年，愛因斯坦完成了長篇論文《廣義相對論的基礎(chǔ)》，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(jìn)一步表述了廣義相對性原理：物理學(xué)的定律必須對于無論哪種方式運(yùn)動(dòng)著的參照系都成立。愛因斯坦的廣義相對論認(rèn)為，由于有物質(zhì)的存在，空間和時(shí)間會(huì)發(fā)生彎曲，而引力場實(shí)際上是一個(gè)彎曲的時(shí)空。廣義相對論的第二大預(yù)言是引力紅移，即在強(qiáng)引力場中光譜向紅端移動(dòng)，廣義相對論的第三大預(yù)言是引力場使光線偏轉(zhuǎn)。第九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日

光電效應(yīng)1905年，愛因斯坦提出光子假設(shè)，成功解釋了光電效應(yīng)，因此獲得1921年諾貝爾物理獎(jiǎng)。光照射到金屬上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。這類光變致電的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)（Photoelectriceffect）。宇宙常數(shù)愛因斯坦在提出相對論的時(shí)候，曾將宇宙常數(shù)（為了解釋物質(zhì)密度不為零的靜態(tài)宇宙的存在﹐他在引力場方程中引進(jìn)一個(gè)與度規(guī)張量成比例的項(xiàng)﹐用符號Λ表示。該比例常數(shù)很小﹐在銀河系尺度范圍可忽略不計(jì)。只在宇宙尺度下﹐Λ才可能有意義﹐所以叫作宇宙常數(shù)。即所謂的反引力的固定數(shù)值）代入他的方程。第十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日經(jīng)典力學(xué)總結(jié)了低速物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，它反映了牛頓的絕對時(shí)空觀。絕對時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間和空間是兩個(gè)獨(dú)立的觀念，彼此之間沒有聯(lián)系，分別具有絕對性。絕對時(shí)空觀認(rèn)為時(shí)間與空間的度量與慣性參照系的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。牛頓認(rèn)為“絕對的、真正的和數(shù)學(xué)的時(shí)間自身在流逝著，而a且由于其本性而均勻地、與任何其他外界事物無關(guān)地流逝著”；“絕對的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關(guān)而永遠(yuǎn)是相同的和不動(dòng)的”。這就是牛頓力學(xué)的“絕對時(shí)間”和“絕對空間”。牛頓關(guān)于“絕對空間”和“絕對時(shí)間”的概念，為他的運(yùn)動(dòng)理論提供了一個(gè)有效的時(shí)空框架．這種絕對時(shí)空觀，在承認(rèn)空間和時(shí)間的客觀性質(zhì)上是正確的，但由于把空間和時(shí)間看做是與物質(zhì)運(yùn)動(dòng)無關(guān)的，因而具有很大的局限性。絕對時(shí)空觀第十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日在愛因斯坦的相對論中，否定了牛頓的絕對時(shí)空觀，提出相對時(shí)空觀。在相對時(shí)空觀中，時(shí)間和空間被聯(lián)系在一起，它們互相聯(lián)系又互相制約，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)對時(shí)間和空間有一定的影響。愛因斯坦還把時(shí)間看作第四維，與三維的空間一起組成了四維空間。相對時(shí)空觀的總結(jié)：1.時(shí)間，空間有著密切的聯(lián)系，時(shí)間、空間和物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)時(shí)不可分割的；2不同慣性系各有自己的時(shí)間坐標(biāo)，并互相發(fā)現(xiàn)對方的鐘走慢了；3、不同慣性系各有自己的空間坐標(biāo)，并相互發(fā)現(xiàn)對方的尺縮短了；4作相對運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)慣性坐標(biāo)系中測得的物體運(yùn)動(dòng)的速度，不僅在相對運(yùn)動(dòng)的方向上的分量不同，而且在垂直于相對運(yùn)動(dòng)方向上的分量也不同；5、光在任何慣性坐標(biāo)系中傳播的速度都等于c，并且是任何物體運(yùn)動(dòng)速度的最高極限；6、在一個(gè)慣性系中的同時(shí)發(fā)生的兩件事情，在另一慣性系中可能是不同時(shí)的。相對時(shí)空觀第十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第十八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第十九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第二十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第二十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第二十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第二十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日第二十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期日現(xiàn)在了物理界認(rèn)