爱因斯坦

生活

早年生活

1879年3月14日，爱因斯坦出生在德国符腾堡州的乌尔姆。他的家庭是犹太人，但不是很虔诚。然而，在后来的生活中，爱因斯坦对他的犹太教非常感兴趣。爱因斯坦直到2岁时才开始说话。据他的妹妹玛雅说，"他在语言方面有很大的困难，周围的人都担心他永远学不会"。在爱因斯坦4岁左右的时候，父亲给了他一个磁性罗盘。他很努力地想明白，为什么指针似乎可以自己移动，使它总是指向北方。针是在一个封闭的箱子里，所以明明没有任何像风一样的东西可以推动针移动，但它却在移动。所以这样一来，爱因斯坦就对研究科学和数学产生了兴趣。他的指南针给了他探索科学世界的想法。

当他长大后，他去了瑞士的一所学校。毕业后，他在那里的专利局找到了一份工作。在那里工作时，他写了一些论文，使他作为一个伟大的科学家第一次出名。

1903年1月，爱因斯坦与20岁的塞尔维亚女子米列娃-马里奇结婚。

1917年，爱因斯坦生了一场大病，几乎丧命。他的表妹爱尔莎-罗文塔尔护理他恢复了健康。此事发生后，爱因斯坦于1919年2月14日与米列娃离婚，1919年6月2日与爱尔莎结婚。

儿童

爱因斯坦的第一个女儿是"Lieserl"（没有人知道她的真名）。她于1902年头几个月出生在奥匈帝国伏伊伏丁那的诺维萨德。她在塞尔维亚祖父母的照顾下度过了她短暂的一生（据说不到两年）。据信她是死于猩红热。有些人认为她可能天生就患有唐氏综合症，尽管它从来没有被证明。没有人知道她的存在，直到1986年，爱因斯坦的孙女发现了一个鞋盒，里面有54封情书（大部分是爱因斯坦写的），是米列娃和爱因斯坦从1897年到1903年9月之间交换的。

爱因斯坦的两个儿子是汉斯-阿尔伯特-爱因斯坦和爱德华-泰特-爱因斯坦。汉斯1904年5月出生于瑞士伯尔尼，爱德华1910年7月出生于瑞士苏黎世。爱德华因中风死于苏黎世精神病大学医院，享年55岁。他因精神分裂症而终生出入精神病院。

晚年生活

就在第一次世界大战开始前，他搬回德国，成为那里一所学校的校长。他一直在柏林生活，直到纳粹政府上台。纳粹憎恨犹太人或来自犹太家庭的人，他们指责爱因斯坦帮助创造了"犹太物理学"。他们指责爱因斯坦帮助创造了"犹太物理学"，德国物理学家试图证明他的理论是错误的。

1933年，在纳粹的死亡威胁下，在纳粹控制的德国新闻界的痛恨下，爱因斯坦和爱尔莎搬到了美国新泽西州的普林斯顿，1940年他成为了美国公民。

二战期间，爱因斯坦和莱奥-斯齐亚德写信给美国总统富兰克林-罗斯福，说美国应该发明原子弹，这样纳粹政府就打不过他们。他是唯一一个在信上签字的人。然而，他并没有参与曼哈顿计划，而曼哈顿计划就是制造原子弹的项目。

爱因斯坦是犹太人，但不是以色列公民，他在1952年被邀请担任主席，但他拒绝了，他说："我们以色列国的邀请让我深受感动，但同时又为我不能接受而感到悲伤和羞愧。"据报道，埃胡德-奥尔默特曾考虑将主席一职交给另一位非以色列人埃利-维瑟尔，但据说他"非常不感兴趣"。

他在新泽西州普林斯顿高等研究院教授物理学，直到1955年4月18日因主动脉瘤爆裂去世。他去世前几个小时还在写关于量子物理学的文章。他被授予诺贝尔物理学奖。

狭义相对论

狭义相对论是爱因斯坦于1905年在《论运动物体的电动力学》一文中发表的。它说，距离测量和时间测量在接近光速时都会发生变化。这意味着，当人们越来越接近光速（接近每秒30万公里）时，长度显得越来越短，时钟的滴答声也越来越慢。爱因斯坦说，狭义相对论是基于两个观点。第一个是物理定律对于所有相对不动的观察者都是一样的。

以同样的速度向同一方向前进的事物被称为"惯性框架"。

在同一"框架"中的人，衡量一件事发生所需的时间。他们的时钟保持着相同的时间，但在另一个"框架"中，他们的时钟以不同的速度移动。但在另一个"框架"中，他们的时钟以不同的速度移动。这种情况发生的原因如下。无论观察者如何移动，如果他测量从那颗恒星射来的光速，它永远是同一个数字。

想象一下，一个宇航员独自一人在另一个宇宙中。它只有一个宇航员和一艘飞船。他是在移动吗？他是静止的吗？这些问题没有任何意义。为什么这么说？因为当我们说我们在移动的时候，我们的意思是，我们可以在不同的时间里测量我们与其他东西的距离。如果数字变大，我们就在移动。如果数字变小，我们就在靠近。要有运动，你必须至少有两样东西。一架飞机可以以每小时几百公里的速度移动，但乘客却说："我只是坐在这里。"

假设有些人在飞船上，他们想做一个精确的时钟。在一端他们放了一面镜子，在另一端他们放了一台简单的机器。它向镜子射出一束短光，然后等待。光线打在镜子上，然后反弹回来。当它击中机器上的光检测器时，机器说："计数=1"，它同时向镜子射出另一束短光，当那束光回来时，机器说："计数=2"。他们决定，一定数量的弹跳将被定义为一秒钟，他们让机器在每次检测到该数量的弹跳时改变秒计数器。每当它改变秒计数器的时候，它还会通过机器下面的一个舷窗向外闪出一道光。所以，外面的人可以看到每秒钟闪烁的光。

每个小学生都学过公式d=rt（距离等于速率乘以时间）。我们知道了光速，我们可以很容易地测量机器和镜子之间的距离，然后将其乘以光的传播距离。所以我们有了d和r，我们可以很容易地计算出t，飞船上的人把他们的新"光钟"与他们的各种腕表和其他时钟进行比较，他们满意地发现，他们可以用新的光钟很好地测量时间。

现在，这艘飞船恰好开得非常快。他们看到太空船上的时钟有一个闪光，然后他们又看到另一个闪光。只不过这两个闪光并不是一秒之间的事。而是以较慢的速度出现。光总是以相同的速度前进，d=rt.这就是为什么飞船上的时钟对外界观察者来说不是一秒钟闪一次。

狭义相对论还将能量与质量联系起来，在爱因斯坦的E=^mc2公式中。

来自两颗恒星的光被测量为具有相同的速度。


行走的距离是相对于不同的参考标准而言的。


光钟静止时快，运动时慢

质量-能量等效

E=^mc2，也叫质能相等，是爱因斯坦最著名的东西之一。它是物理学和数学中的一个著名方程，它说明了质量变为能量或能量变为质量时的情况。等式中的"E"代表能量。能量是一个数字，你给物体的能量取决于它们能改变其他事物的程度。例如，一块砖头挂在鸡蛋上，可以把足够的能量放到鸡蛋上，使其破碎。挂在鸡蛋上的羽毛没有足够的能量来伤害鸡蛋。

能量有三种基本形式：势能、动能、静能。从上面的例子和摆的例子中可以看出这两种形式的能量。

一颗炮弹挂在铁环的绳子上。一匹马把炮弹拉到右边。当炮弹被释放后，它会如图所示来回移动。除了绳子在铁环中的运动和在其他地方的摩擦会引起摩擦外，它会一直这样做，而摩擦会一直带走一点能量。如果我们忽略摩擦造成的损失，那么马提供的能量就会以势能的形式给炮弹。(它之所以有能量，是因为它在高处，可以往下掉。)当炮弹往下荡的时候，它的速度越来越快，所以越接近底部，它的速度越快，如果你站在它的前面，它就会越用力地打你。然后，它的动能又变成了势能，就会慢下来。"动能"只是指事物因为运动而具有的能量。"势能"只是指某物因为处于比其他事物更高的位置而具有的能量。

当能量从一种形式转移到另一种形式时，能量的数量总是保持不变。它不能被制造或破坏。这一规律被称为"能量守恒定律"。例如，当你投掷一个球时，当你释放球时，能量会从你的手转移到球上。但原来在你手上的能量，和现在在球上的能量，是同一个数字。长久以来，人们以为能量守恒就可以谈了。

当能量转化为质量时，能量的量也不会保持不变。当质量转化为能量时，能量的量也不会保持不变。但是，物质和能量的量是不变的。能量转化为质量，质量转化为能量的方式，由爱因斯坦方程定义，E=^mc2。

爱因斯坦方程中的"m"代表质量。质量是指某个物体中物质的数量。如果你知道一块物质（比如一块砖）中质子和中子的数量，那么你就可以计算出它的总质量是所有质子和所有中子的质量之和。(电子太小了，几乎可以忽略不计。)质量会互相拉扯，像地球这样的质量非常大，对附近的东西拉扯非常大。你在木星上会比在地球上重得多，因为木星是如此巨大。你在月球上的重量会少得多，因为它的质量只有地球的六分之一。重量与砖头（或人）的质量和任何在弹簧秤上把它拉下来的东西的质量有关--弹簧秤可能比太阳系中最小的月亮小，或者比太阳大。

质量而不是重量，可以转化为能量。表达这一观点的另一种方式是说，物质可以转化为能量。质量单位是用来衡量某物中物质的数量的。某物的质量或物质的数量决定了该物可以转化为多少能量。

能量也可以转化为质量。如果你推着一辆婴儿车以慢步走，发现很容易推，但以快步走推，发现很难移动，那么你就会怀疑婴儿车有什么问题。那么如果你试着跑，发现用再快的速度移动越野车，就像在推砖墙一样，你会非常惊讶。事实上，当一个东西被移动时，那么它的质量就会增加。人类通常不会注意到这种质量的增加，因为在人类通常移动的速度下，质量的增加几乎不存在。

当速度越来越接近光速的时候，那么质量的变化就不可能不注意到。我们在日常生活中都有一个基本的经验，那就是我们越是用力推动像汽车这样的东西，就能让它走得越快。但是当我们推动的东西已经以光速的某一大部分速度前进时，我们会发现它的质量不断增加，所以要让它走得更快会越来越难。让任何质量以光速前进是不可能的，因为这样做需要无限的能量。

有时，质量会转变为能量。我们称之为放射性的元素的常见例子是镭和铀。一个铀原子可以失去一个α粒子（氦的原子核），成为一个原子核较轻的新元素。那么这个原子就会放出两个电子，但它还不稳定。它会发出一系列的α粒子和电子，直到最后变成Pb元素，也就是我们所说的铅。通过抛出这些有质量的粒子，它使自己的质量变小了。它还产生了能量。

在大多数放射性中，某物的全部质量并不会转变为能量。在原子弹中，铀被转化为氪和钡。所产生的氪和钡的质量和原来铀的质量有一点差别，但变化所释放的能量是巨大的。表达这一思想的一种方法是把爱因斯坦的方程写成：。

E = (_铀-_氪和钡) ^c2

公式中的^c2代表光速的平方。平方的意思就是把它乘以自己，所以如果要把光速平方，那就是每秒299,792,458米，乘以299,792,458米/秒，大约是
（3-108）²=（9-¹⁰¹⁶米²）/秒²=
90,000,000,000,000米²/秒
2所以一千克产生的能量是。
E=1千克-90,000,000,000,000米²/秒
2E=90,000,000,000,000千克米²/秒²
或
E=90,000,000,000,000焦耳
或。
E=90,000太焦耳

在广岛上空爆炸的原子弹释放了大约60兆焦耳。因此，当铀变成氪和钡的时候，原子弹中约三分之二的放射性质量肯定已经损失（转化为能量）。

阿尔伯特-爱因斯坦，1921年


爱因斯坦获得诺贝尔奖后的照片，1921年。

BEC

波斯-爱因斯坦凝结物的想法来自于S.N.Bose和爱因斯坦教授的合作。爱因斯坦本人并没有发明它，而是对这一想法进行了改进，并帮助它得到了普及。

零点能量

零点能量的概念是由德国的爱因斯坦和奥托-斯特恩在1913年提出的。

动量、质量和能量

在经典物理学中，动量用方程来解释。

p = mv

哪儿

p代表动量

m代表质量

v代表速度

当爱因斯坦将经典物理学概括为包括运动物质速度导致的质量增加时，他得出了一个方程，预测能量由两部分组成。其中一个分量涉及"静止质量"，另一个分量涉及动量，但动量并不是以经典的方式定义的。该方程的两个分量的值通常大于零。

^E2 = (^m0c2)² + (pc)²

哪儿

E代表粒子的能量

_m0代表粒子不移动时的质量。

p代表粒子运动时的动量。

c代表光速。

这个方程有两种特殊情况。

光子没有静止质量，但它有动量。(从镜面反射的光推动镜面的力是可以测量的)。在光子的情况下，由于其_m0=0，那么。

^E2=0+(pc)²

E = pc

p = E/c

光子的能量可以通过它的频率ν或波长λ来计算，它们之间的关系是普朗克关系，E=hν=hc/λ，其中h是普朗克常数（6.626×10^-34焦耳-秒）。知道了频率或波长，就可以计算出光子的动量。

在有质量的无运动粒子的情况下，由于p=0，那么。

^E02 = (^m0c2)²+0

这只是

_E0=^m0c2

因此，爱因斯坦方程中使用的量"_m0"有时被称为"静止质量"。("0"提醒我们，我们谈论的是速度为0时的能量和质量)。这个著名的"质能关系"公式（通常写的时候不加"0"）表明，质量具有大量的能量，所以也许我们可以将一些质量转化为更有用的能量形式。核电工业就是基于这个想法。

爱因斯坦说，用动量与速度有关的经典公式p=mv并不是一个好主意，但如果有人想这样做，他就必须使用随速度变化的粒子质量m。

^mv2 = ^m02 / (1 - ^v2/^c2)

在这种情况下，我们可以说E=^mc2对运动粒子也是如此。

爱因斯坦晚年


以色列科学与人文学院的爱因斯坦雕像。

广义相对论

系列文章的一部分

广义相对论

G μν +Λ g μν = 8 π G c 4 T μν {\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8 /pi G over c^{4}}T_{mu \nu }}。

·           介紹 历程 数学公式 ·           测试

基本概念 相对论原理 相对论 参考框架 惯性参照系 休息架 动量中心框架 等价原则 质量-能量等效 狭义相对论 双狭义相对论 德西特不变狭义相对论 世界线 黎曼几何学

现象 引力电磁学 开普勒问题 重力 引力场 重力井 引力透镜 引力波 引力红移 Redshift Blueshift 时间膨胀 引力时间膨胀 夏皮罗时间延迟 引力势 重力压缩 引力崩塌 帧拖动 大地测量效应 引力奇点 活动范围 裸露的奇点 黑洞 白洞 时空 空间 时间 时空图 闵科夫斯基时空 闭合时间曲线(CTC) 虫洞 埃利斯虫洞

方程式 形式主义 方程式 线性化重力 爱因斯坦场方程 弗里德曼 大地测量学 马蒂森-帕佩特鲁-狄克逊 Hamilton-Jacobi-Einstein 曲率不变性 洛伦兹歧管 形式主义 ADM BSSN 后牛顿 高级理论 卡卢扎-克莱因理论 量子引力 超重力

解决办法 Schwarzschild（内部） Reissner-Nordström 哥德尔 Kerr Kerr-Newman 卡斯纳 Lemaître-Tolman Taub-NUT 米尔尼 Robertson-Walker 声波 凡士多粉尘 韦尔-刘易斯-帕佩特鲁 真空解 真空溶液

科学家 爱因斯坦 洛伦茨 希尔伯特 波卡雷 Schwarzschild de Sitter Reissner Nordström Weyl 爱丁顿 弗里德曼 米尔尼 茨威基 Lemaître 哥德尔 惠勒 Robertson Bardeen 沃克 Kerr Chandrasekhar 埃尔斯 彭罗斯 霍金 Raychaudhuri 泰勒 Hulse van Stockum 陶布 纽曼 丘 索恩 其他

·         v ·         t ·         e

广义相对论发表于1915年，比狭义相对论的创立晚了十年。爱因斯坦的广义相对论使用了时空的概念。时空是指我们有一个四维的宇宙，有三个空间（空间）维度和一个时间（时间）维度。任何物理事件都发生在这三个空间维度内的某个地方，以及时间的某个时刻。根据广义相对论，任何质量都会导致时空弯曲，而任何其他质量都会遵循这些曲线。更大的质量会导致更多的弯曲。这是解释引力（重力）的一种新方法。

广义相对论解释了引力透镜，即光在靠近一个巨大物体时发生弯曲。这个解释在一次日食中被证明是正确的，当时由于日食的黑暗，可以测量到太阳对来自遥远恒星的星光的弯曲。

广义相对论也为宇宙学（我们的宇宙在大距离和长时间内的结构理论）奠定了基础。爱因斯坦认为，宇宙在空间和时间上都可能会有一点曲线，所以宇宙一直存在，而且永远会存在，所以如果一个物体在宇宙中移动而没有碰到任何东西，它将在很长一段时间后，从另一个方向回到它的起点。他甚至改变了他的方程，加入了一个"宇宙学常数"，以允许一个不变的宇宙的数学模型。广义相对论还允许宇宙永远扩散（变大、变小），大多数科学家认为天文学已经证明了这是事实。当爱因斯坦意识到即使没有宇宙学常数，也可以建立好的宇宙模型时，他把对宇宙学常数的使用称为他的"最大的失误"，这个常数也经常被排除在理论之外。然而，现在许多科学家认为，宇宙学常数是需要的，以适应我们现在对宇宙的所有了解。

宇宙学的一个流行理论叫做大爆炸。根据大爆炸理论，宇宙形成于150亿年前，是在一个所谓的"引力奇点"中形成的。这个奇点很小，很密集，而且非常热。根据这个理论，我们今天所知道的所有物质都来自于这个点。

爱因斯坦本人并没有"黑洞"的概念，但后来的科学家们用这个名字来形容宇宙中的一种物体，这种物体将时空弯曲得很厉害，甚至连光都无法逃脱。他们认为，这些超高密度的物体是在巨型恒星（至少是我们太阳大小的三倍）死亡时形成的。这一事件可能发生在所谓的超新星之后。黑洞的形成可能是引力波的一个主要来源，所以寻找引力波的证据已经成为一个重要的科学追求。

信念

许多科学家只关心他们的工作，但爱因斯坦也经常谈论和写下关于政治和世界和平的文章。他喜欢社会主义和全世界只有一个政府的想法。他还为犹太复国主义工作，即试图建立以色列这个新国家的努力。

爱因斯坦的家庭是犹太人，但爱因斯坦从未认真信奉过这种宗教。他喜欢犹太哲学家巴鲁克-斯宾诺莎的思想，也认为佛教是一个好的宗教。^[]

尽管爱因斯坦想到了很多帮助科学家更好地理解世界的想法，但他不同意其他科学家喜欢的一些科学理论。量子力学理论讨论的是只有在一定概率下才能发生的事情，无论我们掌握多少信息，都无法较准确地预测。这种理论追求与统计力学不同，爱因斯坦在统计力学中做了重要工作。爱因斯坦不喜欢量子理论中否定任何东西的部分，他认为只要我们有正确的理论和足够的信息，就会发现某件事情的概率是真的，他认为应该可以预测任何东西。他曾经说过："我不相信上帝与宇宙玩骰子"。

由于爱因斯坦对科学的帮助很大，他的名字现在被用在几种不同的事情上。光化学中使用的一个单位就是以他的名字命名的。它等于阿伏加德罗的数字乘以一个光子的能量。化学元素爱因斯坦ium也是以这位科学家的名字命名的。在俚语中，我们有时把一个非常聪明的人称为"爱因斯坦"。

批评

大多数科学家认为，爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论非常有效，他们在自己的工作中使用了这些思想和公式。爱因斯坦不同意量子力学中的现象可以出于纯粹的偶然性。他认为，所有的自然现象都有不包括纯偶然的解释。他晚年的大部分时间都在试图找到一个"统一场论"，包括他的广义相对论、麦克斯韦的电磁学理论，或许还有更好的量子理论。大多数科学家不认为他的这一尝试成功了。