最伟大3位科学巨匠

    牛顿揭示的是宇宙中观世界的科学规律,爱因斯坦揭示的是微观世界和宏观世界的规律,霍金揭示的是宏观世界尤其是黑洞的规律,研究成果已经接近宇宙的真正起源。人类科学的一切都是踩着他们的臂膀,确切地说是踩着牛顿的臂膀。他们是科学界的领航员、哥伦布。

                   牛   顿  

   
   牛顿,1642年出生在英国,是世界近代科学技术史上伟大的物理学家、天文学家和数学家。他由于发现了万有引力定律创立了天文学,由于提出了二项式定理和无限理论创立了数学,由于认识了力的本性创立了力学。他是人类认识自然界漫长历程中的一个重要人物,他的科学贡献已成为人类认识自然的里程碑。它创立了科学的光学,在光学研究中夺得了丰硕成果,单凭他在光学研究中做出的贡献,就可以称得上近代科技史上的伟大人物。牛顿对光进行研究,是从去掉望远镜中的色彩和歪曲形象入手的。那是在1665年,牛顿让一束太阳光通过三棱镜,结果阳光被分解成了赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色。这是一个重大发现,它证明普通的光是由七色组成的。牛顿还用一个凸透镜把七色光合成了白光,更加证实了这一点。牛顿还进一步测定了不同颜色的光的折射率,从而发现了不同色光的折射角度,是按着赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫的顺序加大,物质的色彩是由不同颜色的光在不同物体上有不同的折射率造成的。牛顿立即把上述发现用到制造望远镜上,一举制成了不带颜色的折射望远镜,奠定了现代大型光学天文望远镜的基础。 

               爱因斯坦 

 

    爱因斯坦是20世纪最伟大的自然科学家,物理学革命的旗手。1879年 3月14日生于德国乌耳姆一个经营电器作坊的小业主家庭。一年后,随全家迁居慕尼黑。父亲和叔父在那里合办一个为电站和照明系统生产电机、弧光灯和电工仪表的电器工厂。在任工程师的叔父等人的影响下,爱因斯坦较早地受到科学和哲学的启蒙。1894年,他的家迁到意大利米兰,继续在慕尼黑上中学的爱因斯坦因厌恶德国学校窒息自由思想的军国主义教育,自动放弃学籍和德国国籍,只身去米兰。1895年他转学到瑞士阿劳市的州立中学;1896年进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理学,1900年毕业。由于他的落拓不羁的性格和独立思考的习惯,为教授们所不满,大学一毕业就失业,两年后才找到固定职业。1901年取得瑞士国籍。1902年被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员,从事发明专利申请的技术鉴定工作。他利用业余时间开展科学研究,于1905年在物理学三个不同领域中取得了历史性成就,特别是狭义相对论的建立和量子论的提出,推动了物理学理论的革命。同年,以论文《分子大小的新测定法》取得苏黎世大学的博士学位。1908年兼任伯尔尼大学编外讲师,从此他才有缘进入学术机构工作。1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。1911年任布拉格德语大学理论物理学教授,1912年任母校苏黎世联邦工业大学教授。1914年,应M.普朗克和W.能斯脱的邀请,回德国任威廉皇帝物理研究所所长兼柏林大学教授,直到1933年。1920年应H.A.洛伦兹和P.埃伦菲斯特(即P.厄任费斯脱)的邀请,兼任荷兰莱顿大学特邀教授。回德国不到四个月,第一次世界大战爆发,他投入公开的和地下的反战活动。他经过8年艰苦的探索,于1915年最后建成了广义相对论。他所作的光线经过太阳引力场要弯曲的预言,于1919年由英国天文学家A.S.爱丁顿等人的日全食观测结果所证实,全世界为之轰动,爱因斯坦和相对论在西方成了家喻户晓的名词,同时也招来了德国和其他国家的沙文主义者、军国主义者和排犹主义者的恶毒攻击。1933年1月纳粹攫取德国政权后,爱因斯坦是科学界首要的迫害对象,幸而当时他在美国讲学,未遭毒手。3月他回欧洲后避居比利时,9月9日发现有准备行刺他的盖世太保跟踪,星夜渡海到英国,10月转到美国普林斯顿,任新建的高级研究院教授,直至1945年退休。1940年他取得美国国籍。1939年他获悉铀核裂变及其链式反应的发现,在匈牙利物理学家L.西拉德推动下,上书罗斯福总统,建议研制原子弹,以防德国占先。第二次世界大战结束前夕,美国在日本两个城市上空投掷原子弹,爱因斯坦对此强烈不满。战后,为开展反对核战争的和平运动和反对美国国内法西斯危险,进行了不懈的斗争。1955年4月18日因主动脉瘤破裂逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱,不举行任何丧礼,不筑坟墓,不立纪念碑,骨灰撒在永远对人保密的地方,为的是不使任何地方成为圣地。

    他一生科研成果卓著,其中最卓著的是他用实验证实了原子的存在,创立了相对论,并发展了普朗克提出的量子假说。德国著名物理学家爱因斯坦,一生为现代物理学发展做出了卓绝贡献。其最卓绝的成就是他突破牛顿经典物理学的框架,创立了适用于微观高速运动领域的相对论。
  在爱因斯坦之前,人们自古以来都认为,虽然物质在时间和空间中存在,它们的运动受时间和空间的制约,但时间和空间都是不受物质的分布及其运动影响的。由此,把时间、空间、物质、运动完全割裂孤立开来。天才的物理学家牛顿也相信这一看法,据之提出了绝对时间、绝对空间和绝对运动观念。爱因斯坦不同意牛顿的绝对时空观和绝对运动观,从光速有限出发,提出宇宙间的时间同时性都是相对的,是相对于某一参照系来说的,如月球上事件发生的时间是相对于地球这个参照系来说的。在同时性是相对的基础上,他否定了牛顿的绝对时间、绝对空间和绝对运动概念。因为时间的同时性都是相对于某一参照系来说的,所以都是相对的;而运动又是与时间紧密相连的,所以运动也都是相对的,孤立地看地球,它的运动是不存在的;空间和时间是紧密相连的,所以绝对空间也是不存在的。从而,爱因斯坦把看起来似乎是彼此无关的时间和空间联系了起来,使它们成了相互密切联系的对立统一体,于1905年创立了狭义相对论。
  1916年,爱因斯坦又经过10年探索,进一步完成了广义相对论创立工作。广义相对论是一种没有引力的新引力理论,是适用于所有参照系的物理定律。它与狭义相对论不同,狭义相对论仅仅适用于不存在引力的物理过程。研究的是直线、匀速相对运动的参照系;而广义相对论研究的是作任何运动的参照系,既适应直线、匀速运动的参照系,又适应加速运动和旋转运动的参照系,因而它是相对论大厦的第二层楼房。广义相对论进一步表明,时间和空间并不是孤立的,物质的分布和运动也反过来决定时间和空间的结构。它们之间也相互影响,是对立统一体。爱因斯坦的相对论,是近代科学技术在幻世纪取得的最重大成果,它导致了古老物理学的彻底革命,完成了物理学第三次理论大综合,进一步奠定了现代物理学发展的基石。

得益于爱因斯坦理论的重大发明 


    1.太阳能电池、防盗报警器和照相机的测光表都是以光电效应为基础的。 
  2.核能利用了这样一个物理现象:当铀原子发生裂变时,总质量的微量损失可以转变成能量,其依据正是爱因斯坦的著名等式E=Mc2。如今,核能为英国提供了25%的电力。 
  3.全球定位系统之所以能将物体的位置精确到米,正是根据爱因斯坦的相对论对地球卫星发出的信号进行了修正。 
  4.狭义相对论与量子理论相结合,指出了反物质的存在。科学家们利用正电子,即反物质“电子”,通过X射线层析照相术研究大脑活动。 
  5.亚原子粒子的特性是相对论的直接结果,其存在可以解释从化学元素的特性到磁铁作用的多种现象。 
  6.爱因斯坦1916至1917年对光子的研究为人类40年后发现激光奠定了基础。目前激光广泛应用于从DVD到激光打印机的多种产品。

爱因斯坦六大遗产:从相对论到量子理论
   相对论  在爱因斯坦以前,牛顿力学的经典力学认为,时间和空间都是绝对的。1905年爱因斯坦提出,物体匀速运动时,质量会随着速度增加而增加,空间和时间都会发生相应的变化,发生尺缩效应和终慢效应,这就是狭义相对论。而爱因斯坦则自己有一个关于相对论的戏说版本:一个男人与美女对坐1小时,会觉得似乎只过了1分钟,但如果让他坐在热火炉上1分钟,会觉得似乎过了不止1小时,这就是相对论。
  黑洞  爱因斯坦的广义相对论指出,引力场可以造成空间弯曲。理论物理学家因此推导出,引力场的极致会使时空弯曲,从而使光都不能逃逸,这就是黑洞。爱因斯坦本人并不相信黑洞的存在,但以霍金为首的物理学家却用越来越多的证据表明,那个吞噬一切的黑洞,并非传说。
  微分几何  微分几何是爱因斯坦广义相对论不可缺的数学工具。在微分几何的世界里,平行线可以相交,直角可以弯曲。陈省身曾做过一个比喻,欧几里得几何就像原始社会中的人没有穿衣服,到了笛卡儿,才有了赤裸的概念,人才开始穿衣服,而到了微分几何阶段,就好比现代人,不只有一件衣服,还要常常换。衣服,是表现空间的坐标。
  E=mc2质能方程式  在1905年发表的狭义相对论论文中,爱因斯坦第一次给出了这个简洁与完美并具的著名公式。E代表物体静止时所含的能量,m代表它的质量,c代表光速。质能方程式的意义在于,它意味着每一单位都有一巨大数量的能量,只不过藏而不露。而当质量为m的原子分为m'和m''时,释放出的能量将至巨大。原子弹的理论依据,便源出于此。
  量子理论  “上帝不会掷骰子”,这也许是爱因斯坦关于量子力学的最著名的一句话。他在1905年提出的光量子理论被视为开创早期量子论的重要文章。
    光是一种波还是一束粒子?从牛顿和惠更斯的时代起,物理学界关于“微粒说”与“波动说”的激烈争论就没能停息过。1905年,为了解决麦克斯韦电磁学理论与经典力学之间的矛盾,爱因斯坦提出了光量子理论,揭示了光的波粒二象性。德布罗意从中得到启发,建立了物质波的概念,从而解决了长达300年的波粒之争。

霍 金

    史蒂芬·霍金是继爱因斯坦后最杰出的理论物理学家.是当今世界最著名的物理学家,黑洞理论和“大爆炸”理论的创立人,著名的《时间简史》的作者。现任剑桥大学数学中心主席,这个职位是牛顿生前职位。 
    他用毕生精力研究黑洞普通物理学定理不再适用的时空领域)和宇宙起源大爆炸原理。他提出黑洞能发射辐射(现在叫霍金辐射)的预言现在已是一个公认的假说。他的研究工作在科学界远不及他的畅销书《时间简史》出名。从宇宙大爆炸的奇点到黑洞辐射机制,霍金对量子宇宙论的发展作出了杰出的贡献。他的目标是解决从牛顿以来一直困扰人类的“第一推力”问题。他的宇宙模型是一个封闭的无边界的有限的四维时空——不需要上帝的第一推力,宇宙的演化完全取决于物理定律。 
    霍金坚信,关于宇宙的起源和命运的基本思想可以不用数学来陈述,而且没有受过专业训练的人也能理解。他曾在通俗演讲里,生动地向听众解释“利用光速,从‘黑洞’进去,从‘白洞’到宇宙另一区域去作时空旅行”的设计,是有趣的科学幻想,而现实却是难以做到的简明道理。 
1942年1月8日 出生于英国的牛津。 
1962年 在牛津大学完成物理学学位课程,搬到剑桥大学攻读研究生,英国天文学家福雷德·霍伊尔(1915-),霍金青少年时代心目中的一位英雄,是这里的天文学教授。霍金被诊断患有运动神经元疾病。 
1965年 被授予博士学位。他的研究表明:用来解释黑洞崩溃的数学方程式,也可以解释从一个点开始膨涨的宇宙。 
1970年 霍金研究黑洞的特性。他预言,来自黑洞(现在叫霍金辐射)的射线辐射及黑洞的表面积永远也不会减少。 
1974年 被选为皇家学会会员。他继续证明,黑洞有温度,黑洞发出热辐射,以及气化导致质量减少。 
1980年 任剑桥大学数学鲁卡斯教授(艾萨克·牛顿曾任此职)。
1988年 出版《时间简史》,成为关于量子物理学与相对论最畅销的书。 
1996年至今 继续在剑桥大学工作。 
史蒂芬·霍金在他辉煌的畅销书《时间简史》中完全改变了我们有关物理学、宇宙和实在本身的观念。这位被广泛尊崇为自爱因斯坦以来最杰出的理论物理学家,向我们展现了当代有关宇宙的最重要的科学思想。现在史蒂芬·霍金回过身来探讨时空最黑暗的区域……为我们理解宇宙揭示了一系列非同寻常的可能性。霍金教授遨游到外层空间奇异领域,对遥远星系、黑洞、夸克、大统一理论、“带味”粒子和
“自旋”粒子、反物质、“时间箭头”等进行了深入探讨——其出乎意外的含义引起了人们的极大兴趣。在20世纪结束的时候,我们好像终于到达了解开宇宙之谜的边缘。宇宙的存在与意义,人类的存在及其意义,也许都能从中找到答案。 
  现年62岁的史蒂芬·霍金是剑桥大学应用数学和理论物理系的终身教授。他曾提出了一系列惊人的有关大爆炸和黑洞的理论,并著有《空间-时间的大比例结构》(1973,合著)、《广义相对论:爱因斯坦百年评论》(1979,合编)、《超空间和超重力》(1981,合编)、《宇宙之始》(1983,合编)及《时间简史》(1988年)等。他对量子物理作出了巨大贡献。1975年,霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大,进入其边界的,也即所谓“活动水平线”的物体都会被其吞噬而永远无法逃逸。黑洞形成后,就开始向外辐射能量,最终将因为质量丧失殆尽而消失。2004年7月21日,霍金向学术界宣布了他对黑洞研究的最新成果。他认为,黑洞不会将进入其边界的物体的信息淹没,反而会将这些信息“撕碎”后释放出去。该一理论的提出,说明霍金推翻了近30年前他自己提出的“黑洞悖论”。

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