物理学史相对论与量子论的诞生

1、 许多物理学家认为，物理学发展已到顶峰，只剩细枝末节工作。许多物理学家认为，物理学发展已到顶峰，只剩细枝末节工作。但有迈克尔逊但有迈克尔逊莫雷实验零结果、黑体辐射莫雷实验零结果、黑体辐射两朵乌云两朵乌云。当时有：传递万有引力的机械以太，传播光的光以太，传播电磁当时有：传递万有引力的机械以太，传播光的光以太，传播电磁波的电磁以太。波的电磁以太。牛牛 顿顿 力力 学学麦麦 克克 斯斯 韦韦 电电 磁磁 场场 理理 论论热力学与经典统计理论热力学与经典统计理论19世纪末期，三大理论体系，经世纪末期，三大理论体系，经典物理学趋于成熟。典物理学趋于成熟。历史上：历史上：法国笛卡儿法国笛卡儿(1596-1

2、650) 提出提出“旋涡旋涡”以解释引力现象。认为以解释引力现象。认为以太是一种不可见流质，充满宇宙空间。物体的相互作用是通以太是一种不可见流质，充满宇宙空间。物体的相互作用是通过以太传递。过以太传递。 1669 惠更斯以旋转的水形象说明。惠更斯以旋转的水形象说明。 牛顿力学的成功使牛顿力学的成功使18世纪的人们比较相信以太。相信世纪的人们比较相信以太。相信引力引力和光都靠以太传播，牛顿的绝对時空，以以太为参照系，地球、和光都靠以太传播，牛顿的绝对時空，以以太为参照系，地球、太阳等相对于以太运动。以太成了太阳等相对于以太运动。以太成了19世纪物理学家们最温柔的世纪物理学家们最温柔的保姆，成了他

3、們可以信赖的上帝。保姆，成了他們可以信赖的上帝。 历史上历史上：以太是一个绝对参照系以太是一个绝对参照系 1881-1887年年，迈克尔逊迈克尔逊与与莫雷莫雷合作进行合作进行实验，结果没有实验，结果没有观察到干涉条纹。后来，迈克尔逊因光学精密测量和光谱学研观察到干涉条纹。后来，迈克尔逊因光学精密测量和光谱学研究于究于1907年获诺贝尔物理学奖年获诺贝尔物理学奖。既然光既然光的传播介质是的传播介质是“以太以太”，新的问题新的问题是是： 地球地球以每秒以每秒30公里公里的的速度速度绕绕太阳太阳运动，就必运动，就必然然会遇到每会遇到每 秒秒30公里的公里的“以太风以太风”迎面吹来，对光的传播产生影响

4、。迎面吹来，对光的传播产生影响。地地球上向不同方向发射的两束光必存在光程差。球上向不同方向发射的两束光必存在光程差。P168实验装置：实验装置：大水银池，漂着一大水银池，漂着一块大理石板，石板一侧，一束块大理石板，石板一侧，一束光，石板中心，半反射，两束光，石板中心，半反射，两束光，互相垂直，走过相同的距光，互相垂直，走过相同的距离，后分別在石板边的两面镜离，后分別在石板边的两面镜子上再反射回來，汇合在望远子上再反射回來，汇合在望远镜镜头里。镜镜头里。 因为光线分成因为光线分成90角，调整方向，若一束光正好是逆以太而角，调整方向，若一束光正好是逆以太而行，另一束必是垂直于以太而行，两束光的速度

5、便会有差別。可行，另一束必是垂直于以太而行，两束光的速度便会有差別。可以根据它們在望远镜镜头里汇合时的干涉条纹來确定。以根据它們在望远镜镜头里汇合时的干涉条纹來确定。紫外灾难紫外灾难黑体辐射谱黑体辐射谱另一朵乌云：黑体辐射另一朵乌云：黑体辐射P174- 而而“X射线、电子、放射性射线、电子、放射性”三大发现，则使经三大发现，则使经典物理学典物理学陷入陷入了了“危机危机”。 X射线和电子的发现都是源于阴极射线的研究，射线和电子的发现都是源于阴极射线的研究，而放射性的发现则源于对磷光物质的研究。而放射性的发现则源于对磷光物质的研究。 机械的以太论虽然死亡了，但机械的以太论虽然死亡了，但“不存在超距

6、作用，不存在超距作用，不存在绝对空虚意义上的真空不存在绝对空虚意义上的真空”的思想仍然具有旺盛的思想仍然具有旺盛的生命力。的生命力。 迈克尔逊迈克尔逊莫雷莫雷“以太以太”实验零结果、黑体辐实验零结果、黑体辐射的射的“紫外灾难紫外灾难”使物理学家使物理学家感到感到了了“危机危机” 。三大发现的历史渊源三大发现的历史渊源 三大发现都直接或间接地与阴极射线的研究有关三大发现都直接或间接地与阴极射线的研究有关P152电子的发现起源于对阴极射线的观察与研究电子的发现起源于对阴极射线的观察与研究1858年德国人普鲁克尔（年德国人普鲁克尔（18011868）在研究气体放电时发现了阴极射线。）在研究气体放电时

7、发现了阴极射线。1876年，哥尔茨坦演示了阴极射线被障碍物挡住后，在管壁产生阴影的现象年，哥尔茨坦演示了阴极射线被障碍物挡住后，在管壁产生阴影的现象克克鲁鲁克克斯斯演演示示阴阴极极射射线线聚聚焦焦1871年英国人瓦尔利（年英国人瓦尔利（18281883）发现阴极）发现阴极射线在磁场中会发生偏转。射线在磁场中会发生偏转。克鲁克斯克鲁克斯（18321919）证实阴极射线不但按）证实阴极射线不但按直线前进，能聚焦，能偏转，而且还可以传递直线前进，能聚焦，能偏转，而且还可以传递能量和动量。并认为阴极射线是一种带（负）能量和动量。并认为阴极射线是一种带（负）电的电的粒子流粒子流。舒斯特舒斯特也持这种观点

8、，并根据阴也持这种观点，并根据阴极射线的磁偏转数据计算了带电粒子的电荷极射线的磁偏转数据计算了带电粒子的电荷e与与其质量其质量m的比值。的比值。P154法拉第法拉第1836发现辉光放电；发现辉光放电；1876发现阴极发出射线；发现阴极发出射线；克鲁克斯克鲁克斯1879发现发现“克鲁克斯暗区克鲁克斯暗区”，发现阴极射线能使小叶，发现阴极射线能使小叶轮转动。轮转动。十九世纪后期，围绕十九世纪后期，围绕“阴极射线是什么阴极射线是什么”的问题展开了讨论。以的问题展开了讨论。以克鲁克斯为主的英国物理学家主张粒子说，以赫兹为主的德国物克鲁克斯为主的英国物理学家主张粒子说，以赫兹为主的德国物理学家主张理学家

9、主张以太振动以太振动说。说。绿色的管子绿色的管子阴极射线管阴极射线管 研究阴极射线，研究阴极射线，1895.11.8晚发现一种新射线，后取名晚发现一种新射线，后取名X射线。射线。12.28发表发表一种新的射线一种新的射线初步报告初步报告。1896.3.9一种新的射线一种新的射线(续篇续篇) X射线的发现引起了全世界的巨大反响。射线的发现引起了全世界的巨大反响。X射线马上被用于医学射线马上被用于医学和照相术。和照相术。 1901年成为第一位诺贝尔物理学奖获得者。右上图为颁奖仪式。年成为第一位诺贝尔物理学奖获得者。右上图为颁奖仪式。伦琴，伦琴， 18451923，德国维尔茨堡大学校德国维尔茨堡大学

10、校长，物理所所长。长，物理所所长。P155 1895年年11月，伦琴在用阴极射线管做实验时，发现阴极射线月，伦琴在用阴极射线管做实验时，发现阴极射线中有一种穿透力很强的未知射线。这种射线能穿透中有一种穿透力很强的未知射线。这种射线能穿透1000页的书本，页的书本，3厘米厚的木板或厘米厚的木板或15毫米厚的铝板。伦琴把它命名为毫米厚的铝板。伦琴把它命名为X射线。射线。伦琴的实验室伦琴的实验室 X射线的发现为诸多科学领域提射线的发现为诸多科学领域提供了一种行之有效的研究手段。供了一种行之有效的研究手段。 伦琴夫人看了照片后害怕地说：这简直象魔鬼的手。伦琴夫人看了照片后害怕地说：这简直象魔鬼的手。伦

11、琴还拍下了一张用这种射线照射伦琴还拍下了一张用这种射线照射他夫人手骨的照片他夫人手骨的照片。P156当时的广告当时的广告尽管他们一个个西装尽管他们一个个西装革履，裙带飘香，但革履，裙带飘香，但内部结构都是这副德内部结构都是这副德性。性。 K是发射电子的热阴极，是发射电子的热阴极，P是阳极。两极之间加数万伏高电是阳极。两极之间加数万伏高电压，阴极发射的电子，在强电场作用下加速，高速电子撞击阳压，阴极发射的电子，在强电场作用下加速，高速电子撞击阳极，就从阳极发射出一种穿透性很强的射线，射线极，就从阳极发射出一种穿透性很强的射线，射线1E2EX 射线射线冷却水冷却水PKnm)1001. 0(光机光机

12、 70年代问世的计算机年代问世的计算机X射线断层扫描成像术射线断层扫描成像术(CT)，是是X射线应用的新发展。射线应用的新发展。 关于阴极射线的本质的争论持续了近关于阴极射线的本质的争论持续了近20年。年。J.J.汤姆逊汤姆逊(英，英，1856-1940)于于1897年实验得阴极射线带负电，年实验得阴极射线带负电，并测出荷质比。是最先打开通向粒子物理学大门的科学家并测出荷质比。是最先打开通向粒子物理学大门的科学家。P161 J.J.汤姆逊最著名的贡献是探讨阴极射线的性质。他汤姆逊最著名的贡献是探讨阴极射线的性质。他借电借电场以偏转阴极射线场以偏转阴极射线，在过去是用磁场使它偏转。终于证实电，在

13、过去是用磁场使它偏转。终于证实电子为带负电的粒子。接着又测定电子的质量，约为氢原子核子为带负电的粒子。接着又测定电子的质量，约为氢原子核的二千分之一，在当时是被视为最小的粒子。的二千分之一，在当时是被视为最小的粒子。1899年年明确提明确提出发现出发现“电子电子”。为物质结构研究奠定了基础。为物质结构研究奠定了基础。 电子是属于次原子级的粒子。后来汤姆逊证实电子是属于次原子级的粒子。后来汤姆逊证实电子和物质电子和物质相互作用的结果会产生相互作用的结果会产生X射线，而射线，而X射线和物质相互作用的结射线和物质相互作用的结果却会产生电子。果却会产生电子。偏转电极偏转电极第一个原子模型是汤姆逊提出的

14、。他认为原子为一球形，均匀第一个原子模型是汤姆逊提出的。他认为原子为一球形，均匀充满了正电荷，同时也有相同数目的负电荷充满了正电荷，同时也有相同数目的负电荷( (电子电子) )对称嵌于其对称嵌于其中。中。J.J.汤姆逊因在电子和气体导电两方面的卓越成就，获得汤姆逊因在电子和气体导电两方面的卓越成就，获得1906年年的诺贝尔物理学奖。他的诺贝尔物理学奖。他28岁任卡文迪什实验室第三任主任，在任岁任卡文迪什实验室第三任主任，在任35年。对卡文迪什实验室的建设有卓越贡献。他培养的研究生中，年。对卡文迪什实验室的建设有卓越贡献。他培养的研究生中，有许多后来成了著名科学家，例如有许多后来成了著名科学家，

15、例如卢瑟福卢瑟福、朗之万、朗之万、W.L.布拉格、布拉格、C.T.R.威尔逊、里查森、巴克拉等人，其中威尔逊、里查森、巴克拉等人，其中7人获得了诺贝尔奖。人获得了诺贝尔奖。错误错误正确正确X射线的发现立即导致了放射性的发现。射线的发现立即导致了放射性的发现。贝克勒尔贝克勒尔(法，法，1852-1908)，祖父和父亲都擅，祖父和父亲都擅长研究荧光和磷光。长研究荧光和磷光。1896. 01.20 知道伦琴发现了知道伦琴发现了X射线。射线。研究过程偶然发现铀盐存在贯穿辐射，与光研究过程偶然发现铀盐存在贯穿辐射，与光照、温度、是否化合物等无关。照、温度、是否化合物等无关。1896.05.18 宣布。于

16、宣布。于1903年获奖。年获奖。P157居里夫人居里夫人(波兰，波兰，1867-1934)选择物质放射性研究作为博士论文。选择物质放射性研究作为博士论文。居里夫妇于居里夫妇于1898.7.18发现放射性元素钋，发现放射性元素钋，11月发现月发现镭，镭，1902.3.28提取出氯化镭。提取出氯化镭。1903年完成博士论文，同年便获年完成博士论文，同年便获诺贝尔物理学奖。诺贝尔物理学奖。1910年得到纯镭，年得到纯镭，1911年获诺贝尔化学奖。年获诺贝尔化学奖。 皮埃尔皮埃尔.居居里里 (18591906)法国物理学家法国物理学家 ；玛丽玛丽.居里居里 (18671934) 波兰裔法国物波兰裔法国

17、物理家理家 。 居里夫人（右）在指导女儿伊伦居里夫人（右）在指导女儿伊伦居里进居里进行科研工作。伊伦行科研工作。伊伦居里夫妇居里夫妇1953年获诺贝年获诺贝尔奖尔奖 。P159波兰华沙古城，居里波兰华沙古城，居里夫人的故居。夫人的故居。 居里夫人使用过的各种仪居里夫人使用过的各种仪器，现摆放在波兰华沙古器，现摆放在波兰华沙古城内的居里夫人故居中。城内的居里夫人故居中。 卢瑟福卢瑟福1903年首先提出了放射性元素的衰年首先提出了放射性元素的衰变规律，变规律， 于于1908年获年获诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖。1911年设计了著名的年设计了著名的 a 粒子散射实验，粒子散射实验，分析、分析、解释实验中

18、的解释实验中的1/8000 a 粒子大角度散射，粒子大角度散射，证实证实了原子核的存在，指出氢核即质子。了原子核的存在，指出氢核即质子。 1913年首先阐述了具有核结构的原子模型。年首先阐述了具有核结构的原子模型。卢瑟福卢瑟福 (18711937) 英国物理学家英国物理学家19世纪末，放射性和电子的发现揭示出原子内部世纪末，放射性和电子的发现揭示出原子内部有结构有结构。 1911年，卢瑟福通过年，卢瑟福通过a粒子散射实验粒子散射实验发现原子内部发现原子内部有一个核有一个核；1913 年，年，N 玻尔提出放射性变化发生在原子核内部。玻尔提出放射性变化发生在原子核内部。对放射性理论的研究，揭示了原

19、子核是一个复杂体；对放射性理论的研究，揭示了原子核是一个复杂体；镭衰变时放出巨大热量，表明原子核是由很强的力结合起来。镭衰变时放出巨大热量，表明原子核是由很强的力结合起来。在此基础上逐渐形成了在此基础上逐渐形成了核物理学核物理学，它是研究原子核的结构、性，它是研究原子核的结构、性质、变化和相互作用规律的一门学科。质、变化和相互作用规律的一门学科。 开尔文等许多著名物理学家不相信原子会变化。开尔文等许多著名物理学家不相信原子会变化。三大发现是人们进入物质微观结构研究的先导。三大发现动摇三大发现是人们进入物质微观结构研究的先导。三大发现动摇了经典物理学的一系列基本观念。了经典物理学的一系列基本观念

20、。物质观：原子有结构，可变；运动观：质量可变；时空观：时物质观：原子有结构，可变；运动观：质量可变；时空观：时空并非绝对、静止空并非绝对、静止列宁：列宁：“现代物理学是在临产中，它正在生产辩证唯物主义现代物理学是在临产中，它正在生产辩证唯物主义”。爱因斯坦的实验室爱因斯坦的实验室 相对论的建立是相对论的建立是20世纪初物理学的一场革命。它不仅使物理学世纪初物理学的一场革命。它不仅使物理学的研究领域从低速发展到高速，而且使人类对物质世界的认识的研究领域从低速发展到高速，而且使人类对物质世界的认识发生了一次大飞跃，使物理学经受了一次重大考验。发生了一次大飞跃，使物理学经受了一次重大考验。 1923

21、年，希伯来大学成立，爱因斯坦作为学校首届董事会年，希伯来大学成立，爱因斯坦作为学校首届董事会的成员，在典礼上发表了演讲。的成员，在典礼上发表了演讲。 在希伯来大学爱因斯坦档案馆里，藏有在希伯来大学爱因斯坦档案馆里，藏有55000件爱因斯坦的件爱因斯坦的遗物或与他相关的历史记录、纪念品。遗物或与他相关的历史记录、纪念品。 在遗嘱中，爱因斯坦将他遗物的处理权交给了希伯来大学，在遗嘱中，爱因斯坦将他遗物的处理权交给了希伯来大学，其中也包括他的肖像权。任何人或机构，如想使用爱因斯坦的其中也包括他的肖像权。任何人或机构，如想使用爱因斯坦的照片，都必须向希伯来大学提出申请。校方对申请审批严格，照片，都必须

22、向希伯来大学提出申请。校方对申请审批严格，并且要价不菲。并且要价不菲。 2001年，美国大导演斯皮尔伯格想在科幻片年，美国大导演斯皮尔伯格想在科幻片人工智能人工智能中使用爱因斯坦的肖像，结果掏了中使用爱因斯坦的肖像，结果掏了60万美元才获得授权。万美元才获得授权。 档案馆馆长、希伯来大学的前校长古特弗罗因德教授说，档案馆馆长、希伯来大学的前校长古特弗罗因德教授说，通过对爱因斯坦肖像进行授权的收益为通过对爱因斯坦肖像进行授权的收益为1000万美元左右，而这些万美元左右，而这些钱全部投进了教育事业。古特弗罗因德说，他们并不是为赚钱而钱全部投进了教育事业。古特弗罗因德说，他们并不是为赚钱而授权，而是

23、希望通过这种方式，维护爱因斯坦的形象尊严。至于授权，而是希望通过这种方式，维护爱因斯坦的形象尊严。至于是否批准申请，则视肖像的用途是否有益于社会和后代，而不是是否批准申请，则视肖像的用途是否有益于社会和后代，而不是申请人的身份和地位，申请人的身份和地位，“对事不对人对事不对人”。 著名艺人麦当娜曾希望在自己的演唱会上使用爱因斯坦的著名艺人麦当娜曾希望在自己的演唱会上使用爱因斯坦的肖像，希伯来大学没有批准她的申请，理由是麦当娜过于叛逆肖像，希伯来大学没有批准她的申请，理由是麦当娜过于叛逆和性感，和性感，“很不合适很不合适”与爱因斯坦与爱因斯坦扯上关系扯上关系。以色列国防部也。以色列国防部也曾申请

24、，希望在军方的一个活动中使用爱因斯坦的肖像，大学曾申请，希望在军方的一个活动中使用爱因斯坦的肖像，大学也没有同意。他们认为，将爱因斯坦的肖像用于军队，违背了也没有同意。他们认为，将爱因斯坦的肖像用于军队，违背了爱因斯坦坚守的和平信念。爱因斯坦坚守的和平信念。 100年前，爱因斯坦发表了改变世界的狭义相对论。年前，爱因斯坦发表了改变世界的狭义相对论。他出生于德国，德国人将他出生于德国，德国人将2005年定为年定为“爱因斯坦年爱因斯坦年”。瑞士人瑞士人“相对论相对论”是爱因斯坦在瑞士完成并发表的。是爱因斯坦在瑞士完成并发表的。美国人美国人他后来加入了美国国籍，并在那里终老。他后来加入了美国国籍，并

25、在那里终老。以色列人以色列人爱因斯坦是犹太人。他生前嘱咐要把他的大部爱因斯坦是犹太人。他生前嘱咐要把他的大部分遗物托付给以色列希伯来大学保管。今天，当世人都在缅分遗物托付给以色列希伯来大学保管。今天，当世人都在缅怀这位科学巨人时，以色列人似乎更有理由因为收藏了怀这位科学巨人时，以色列人似乎更有理由因为收藏了“他他的一生的一生”而感到骄傲。而感到骄傲。 世界公民世界公民爱因斯坦爱因斯坦1879 3月月14日出生在德国乌尔姆市班霍夫街日出生在德国乌尔姆市班霍夫街135号。号。1885 开始学小提琴。开始学小提琴。1888 路易波尔德高级中学学习。路易波尔德高级中学学习。1891 自学欧几里德几何，

26、自学高等数学。自学欧几里德几何，自学高等数学。1892 开始读康德著作。开始读康德著作。 1894 全家迁往意大利米兰。全家迁往意大利米兰。1895 自学微积分。自学微积分。1896 10月进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理。月进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理。1899 申请瑞士公民权。申请瑞士公民权。1902 2月到伯尔尼等待工作。和索洛文、哈比希特创建月到伯尔尼等待工作。和索洛文、哈比希特创建“奥林奥林匹亚科学院匹亚科学院”。6月受聘为伯尔尼瑞士专利局的试用三级技术员月受聘为伯尔尼瑞士专利局的试用三级技术员。6月完成第三篇论文，提出热力学的统计理论。月完成第三篇论文，提出热力学的统计理论

27、。10月父病故。月父病故。1905 3月发展量子论，提出月发展量子论，提出光量子假说光量子假说，解决光电效应问题。，解决光电效应问题。4月向苏黎世大学提出论文月向苏黎世大学提出论文分子大小的新测定法分子大小的新测定法，取得博士学，取得博士学位。位。5月完成论文月完成论文论动体的电动力学论动体的电动力学，独立而完整地提出狭，独立而完整地提出狭义相对性原理，开创物理学的新纪元。义相对性原理，开创物理学的新纪元。9月提出月提出质能相当关系质能相当关系。爱因斯坦年表爱因斯坦年表 1900 8月毕业于苏黎世联邦工业大学。月毕业于苏黎世联邦工业大学。1901 3月取得瑞士国籍。月取得瑞士国籍。5月任中学代

28、课教师。完成电势差的热月任中学代课教师。完成电势差的热力学理论的论文。力学理论的论文。10月任家庭教师。月任家庭教师。12月申请去伯尔尼瑞士专利月申请去伯尔尼瑞士专利局工作。局工作。 1907 开始研究引力场理论。开始研究引力场理论。6月兼任伯尔尼大学的编外讲师。月兼任伯尔尼大学的编外讲师。 1909 3月和月和10月完成两篇黑体辐射论文。月完成两篇黑体辐射论文。7月接受日内瓦大学名月接受日内瓦大学名誉博士。誉博士。10月离开专利局，任苏黎世大学理论物理学副教授。月离开专利局，任苏黎世大学理论物理学副教授。1910 10月完成关于临界乳光的论文。月完成关于临界乳光的论文。1911 2月应洛伦兹

29、邀请访问莱顿。月应洛伦兹邀请访问莱顿。3月任布拉格德国大学理论物月任布拉格德国大学理论物理学教授。理学教授。10月去布鲁塞尔出席第一次索尔维会议。月去布鲁塞尔出席第一次索尔维会议。1912 10月任母校苏黎世联邦工业大学理论物理学教授。开始同月任母校苏黎世联邦工业大学理论物理学教授。开始同格罗斯曼合作探索广义相对论。格罗斯曼合作探索广义相对论。 1913 7月普朗克和能斯特来访，聘请他为柏林威廉皇家物理研月普朗克和能斯特来访，聘请他为柏林威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授。究所所长兼柏林大学教授。12月月7日在柏林接受院士职务。发表日在柏林接受院士职务。发表同格罗斯曼合著的论文同格罗斯曼合著

30、的论文广义相对论纲要和引力理论广义相对论纲要和引力理论，提出，提出引力的度规场理论。引力的度规场理论。1915 与德哈斯共同发现转动磁性效应。与德哈斯共同发现转动磁性效应。67月在哥廷根作了月在哥廷根作了6次关于广义相对论的学术报告。次关于广义相对论的学术报告。11月提出广义相对论引力方程月提出广义相对论引力方程的完整形式，并且成功地解释了水星近日点运动。的完整形式，并且成功地解释了水星近日点运动。1916 3月完成总结性论文月完成总结性论文广义相对论的基础广义相对论的基础。5月提出宇宙月提出宇宙空间有限无界的假说。空间有限无界的假说。8月完成月完成关于辐射的量子理论关于辐射的量子理论，提出，

31、提出受激辐射理论受激辐射理论。爱因斯坦年表爱因斯坦年表 1919 13月在苏黎世讲学。月在苏黎世讲学。2月同米列娃离婚，月同米列娃离婚，6月与艾尔莎月与艾尔莎结婚。结婚。9月获悉英国天文学家爱丁堡观察日蚀的结果，月获悉英国天文学家爱丁堡观察日蚀的结果，11月月6日日消息公布后，全世界为之轰动。消息公布后，全世界为之轰动。 1920 3月母亲患癌症去世。月母亲患癌症去世。89月德国出现反相对论逆流，月德国出现反相对论逆流，爱因斯坦遭到恶毒攻击。爱因斯坦遭到恶毒攻击。10月兼任莱顿大学特邀教授，发表月兼任莱顿大学特邀教授，发表以太和相对论以太和相对论的报告。的报告。1921 1月访问布拉格和维也纳

32、。月访问布拉格和维也纳。1月月27日在普鲁士科学院作日在普鲁士科学院作几何学和经验几何学和经验的报告。的报告。4月首次访问美国，在白宫受哈丁总月首次访问美国，在白宫受哈丁总统接见。在访问芝加哥、波士顿和普林斯顿期间，就相对论进统接见。在访问芝加哥、波士顿和普林斯顿期间，就相对论进行了次讲学。行了次讲学。6月访问英国，拜谒了牛顿墓地。月访问英国，拜谒了牛顿墓地。爱因斯坦年表爱因斯坦年表 1922 1月完成关于统一场论的第一篇论文。月完成关于统一场论的第一篇论文。5月参加国际联盟知月参加国际联盟知识界合作委员会。识界合作委员会。7月受到被谋杀的威胁，暂离柏林。月受到被谋杀的威胁，暂离柏林。10月月

33、8日，日，爱因斯坦和艾尔莎在马赛乘轮船赴日本。沿途访问科伦坡、新加爱因斯坦和艾尔莎在马赛乘轮船赴日本。沿途访问科伦坡、新加坡、香港和上海。坡、香港和上海。11月月9日，在去日本途中，爱因斯坦被授予日，在去日本途中，爱因斯坦被授予1921年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。11月月17日日12月月29日，访问日本。日，访问日本。1923 2月月2日，从日本到巴勒斯坦。从巴勒斯坦到西班牙。日，从日本到巴勒斯坦。从巴勒斯坦到西班牙。1925 接受科普列奖章。为希伯莱大学的董事会工作。发表接受科普列奖章。为希伯莱大学的董事会工作。发表非非欧几里德几何和物理学欧几里德几何和物理学。1926 春，同海森伯

34、讨论关于量子力学的哲学问题。接受春，同海森伯讨论关于量子力学的哲学问题。接受“皇家皇家天文学家天文学家”的金质奖章。接受为苏联科学院院士。的金质奖章。接受为苏联科学院院士。1927 10月参加第五届布鲁塞尔索尔维物理讨论会，开始同哥月参加第五届布鲁塞尔索尔维物理讨论会，开始同哥本哈根学派就量子力学的解释问题进行激烈论战。发表本哈根学派就量子力学的解释问题进行激烈论战。发表牛顿牛顿力学及其对理论物理学发展的影响力学及其对理论物理学发展的影响。1929 2月发表月发表统一场论统一场论。1930 12月月11日日1931年年3月月4日，第二次到美国访问，主要在日，第二次到美国访问，主要在加州理工学院

35、讲学。加州理工学院讲学。12月月13日，沃克市长向爱因斯坦赠送纽约日，沃克市长向爱因斯坦赠送纽约市的金钥匙。发表市的金钥匙。发表我的世界观我的世界观、宗教和科学宗教和科学等文章。等文章。1931 3月从美国回柏林。月从美国回柏林。5月访问英国，在牛津讲学。月访问英国，在牛津讲学。11月号月号召各国对日本经济封锁，以制止其对中国的军事侵略。召各国对日本经济封锁，以制止其对中国的军事侵略。 1933 1月月30日，纳粹上台。日，纳粹上台。3月月10日，在帕莎第纳发表不回德国日，在帕莎第纳发表不回德国的声明，次日启程回欧洲。的声明，次日启程回欧洲。3月月20日，纳粹搜查他的房屋，他发表抗议。在德国的

36、财产被没日，纳粹搜查他的房屋，他发表抗议。在德国的财产被没收，著作被焚。收，著作被焚。3月月28日从美国到达比利时，避居海边农村。日从美国到达比利时，避居海边农村。4月月21日宣布辞去普鲁士科学院职务。日宣布辞去普鲁士科学院职务。5月月26日给劳厄的信中指出日给劳厄的信中指出科学家对重大政治问题不应当默不作声。科学家对重大政治问题不应当默不作声。7月号召各国青年武装月号召各国青年武装起来准备同纳粹德国作殊死斗争。起来准备同纳粹德国作殊死斗争。9月初纳粹以万马克悬赏杀月初纳粹以万马克悬赏杀死他。死他。9月月9日，渡海前往英国，永远离开欧洲。日，渡海前往英国，永远离开欧洲。10月月3日在伦敦发表演

37、日在伦敦发表演讲讲文明和科学文明和科学。10月月10日离开英国，日离开英国，10月月17到达美国，定到达美国，定居于普林斯顿，应聘为高等学术研究院教授。居于普林斯顿，应聘为高等学术研究院教授。1939 8月月2日在西拉德推动下，上书罗斯福总统，建议美国抓紧日在西拉德推动下，上书罗斯福总统，建议美国抓紧原子能研究，防止德国抢先掌握原子弹。原子能研究，防止德国抢先掌握原子弹。1940 5月月15日发表日发表关于理论物理学基础的考查关于理论物理学基础的考查。5月月22日致日致电罗斯福，反对美国的中立政策。电罗斯福，反对美国的中立政策。10月月1日取得美国国籍。日取得美国国籍。1944 为支持反法西斯

38、战争，以为支持反法西斯战争，以600万美元拍卖万美元拍卖1905年狭义相对论年狭义相对论论文手稿。论文手稿。1950 2月月13日发表电视演讲，反对美国制造氢弹。日发表电视演讲，反对美国制造氢弹。3月月18日，在日，在遗嘱上签字盖章。内森博士被指名为唯一的遗嘱执行人。遗产由遗嘱上签字盖章。内森博士被指名为唯一的遗嘱执行人。遗产由内森博士和杜卡斯共同托管。信件和手稿的最终贮藏所是希伯莱内森博士和杜卡斯共同托管。信件和手稿的最终贮藏所是希伯莱大学。其他条款当中还有：小提琴赠给孙子伯恩哈德大学。其他条款当中还有：小提琴赠给孙子伯恩哈德凯撒。凯撒。4月月发表发表关于广义引力论关于广义引力论。1952

39、以色列第一任总统魏斯曼死后，以色列政府请他担任第二任以色列第一任总统魏斯曼死后，以色列政府请他担任第二任总统，拒绝。总统，拒绝。 1955 4月月15日进普林斯顿医院。日进普林斯顿医院。4月月18日日1时时25分在医院逝世。当分在医院逝世。当日日16时遗体在特伦顿火化。遵照其遗嘱，骨灰被秘密保存，不发时遗体在特伦顿火化。遵照其遗嘱，骨灰被秘密保存，不发讣告，不举行公开葬仪，不做坟墓，不立纪念碑。讣告，不举行公开葬仪，不做坟墓，不立纪念碑。 球球投投出出前前cdcdt 121ttvcdt2结果结果: 观察者观察者先先看到投出看到投出后后的球，的球，后后看到投出看到投出前前的球的球.考察考察 (1

40、) 根据根据伽利略变换，伽利略变换，计算球被投出前后的瞬间，球所计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间发出的光波达到观察者所需要的时间. 球球投投出出后后vcv光的传播不服从伽利略变换！光的传播不服从伽利略变换！考察考察 (2) 900 多年前（公元多年前（公元1054年年5月）一次著名的月）一次著名的超新星爆超新星爆发发， 这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的这次爆发的残骸形成了著名的金牛星座的蟹状星云蟹状星云。北宋。北宋天文学家记载从公元天文学家记载从公元 1054年年 1056年均能用肉眼观察年均能用肉眼观察, 特别是开特别是开始的始的 23 天天, 白天也能看见白

41、天也能看见 . 当一颗恒星在发生超当一颗恒星在发生超新星爆发时新星爆发时, 它的外围物它的外围物质向四面八方飞散质向四面八方飞散, 即有即有些抛射物向着地球运动些抛射物向着地球运动, 研究超新星爆发过程中研究超新星爆发过程中光线传播光线传播 引起引起疑问疑问 .金牛座著名的蟹状星云金牛座著名的蟹状星云据观察，实际持续时间约为据观察，实际持续时间约为 22 个月个月。年25ABttt理论计算观察到超新星爆发的强光的时间持续约理论计算观察到超新星爆发的强光的时间持续约l = 5000 光年光年cvckm/s1500v物质飞散速度物质飞散速度ABvcltA A 点光线到达点光线到达地球所需时间地球所

42、需时间cltB B 点光线到达点光线到达地球所需时间地球所需时间光或电磁波的运动不服从伽利略变换！光或电磁波的运动不服从伽利略变换！怎么办？怎么办？为什么？为什么？ 爱因斯坦光速不变的思想几乎影响了每一个物理量：时间、爱因斯坦光速不变的思想几乎影响了每一个物理量：时间、空间、质量等。空间、质量等。1887 H.赫兹赫兹(德，德，1857-1894)在验证电磁波时发现光电效应。在验证电磁波时发现光电效应。1900 普朗克普朗克(德，德，1858-1947) 提出能量子假说。提出能量子假说。1905 爱因斯坦爱因斯坦(德，德，1879-1955)提出光量子假说及光电方程；提出光量子假说及光电方程；

43、密立根抱怀疑态度，从密立根抱怀疑态度，从190419141916全面验证。全面验证。 量子力学理论的建立也是量子力学理论的建立也是20世纪初物理学的一场革命。它不仅世纪初物理学的一场革命。它不仅使物理学的研究领域从宏观扩展到微观，而且彻底改变了经典使物理学的研究领域从宏观扩展到微观，而且彻底改变了经典物理学的思想方法，使人类对物质世界的认识发生了又一次大物理学的思想方法，使人类对物质世界的认识发生了又一次大飞跃。飞跃。 赫兹赫兹(德，德，1857-1894) 1887年用实验证实了电磁年用实验证实了电磁波的存在，也证实了光确实是电磁波的一种，两波的存在，也证实了光确实是电磁波的一种，两者具有相

44、同的波的特性。同时，赫兹在实验中发者具有相同的波的特性。同时，赫兹在实验中发现了光电效应，即在光的照射下有电子放出。这现了光电效应，即在光的照射下有电子放出。这是爱因斯坦建立光量子理论的基础。是爱因斯坦建立光量子理论的基础。 普朗克普朗克(德，德，18581947) 1900年提出量年提出量子假说，子假说，1906年建立经典量子论的理论基础。年建立经典量子论的理论基础。量子论的诞生使物理学进入了一个新的时代。量子论的诞生使物理学进入了一个新的时代。他因此于他因此于1918年获奖。年获奖。 玻尔玻尔1885年年10月月7日生于哥本哈根，日生于哥本哈根，1909年和年和1911年分别获得哥年分别获

45、得哥本哈根大学的科学硕士和哲学博士学位。随后去英国学习，先在本哈根大学的科学硕士和哲学博士学位。随后去英国学习，先在卡文迪什实验室，几个月后转赴曼彻斯特，参加了以卡文迪什实验室，几个月后转赴曼彻斯特，参加了以E卢瑟福卢瑟福为首的科学集体。为首的科学集体。1913年玻尔任曼彻斯特大学物理学助教，年玻尔任曼彻斯特大学物理学助教，1916年任哥本哈根大学物理学教授，年任哥本哈根大学物理学教授，1917年当选为丹麦皇家科学院院年当选为丹麦皇家科学院院士。士。1920年创建哥本哈根理论物理研究所，任所长。年创建哥本哈根理论物理研究所，任所长。 N.玻尔根据光谱规律、能量子假说和原子核式结构模型于玻尔根据

46、光谱规律、能量子假说和原子核式结构模型于1913年年提出了氢原子圆轨道理论。索末非全面推广玻尔理论，提出了氢原子圆轨道理论。索末非全面推广玻尔理论，发展为椭圆轨道理论。发展为椭圆轨道理论。 后来，又发展为椭圆轨道平面取向量子化。后来，又发展为椭圆轨道平面取向量子化。 1913年年, N.玻尔玻尔( (丹麦丹麦18851962) ) 以以论原子构造和分子构论原子构造和分子构造造为题发表了长篇论文为题发表了长篇论文,为为20世纪原子物理学开辟了道路。他采世纪原子物理学开辟了道路。他采用了当时已有的量子概念用了当时已有的量子概念,提出了几条基本的提出了几条基本的“公设公设”,提出了至今提出了至今仍很

47、重要的原子定态、量子跃迁等概念，仍很重要的原子定态、量子跃迁等概念， 密立根密立根(右图，美右图，美,18681953) 1916年发表光电年发表光电效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。效应实验结果，验证了爱因斯坦的光量子说。康普顿（左图，美，康普顿（左图，美，18921962）1921年在实验中证明了年在实验中证明了X射线的粒子性。射线的粒子性。1923年他发表了年他发表了X射线被电子散射所引射线被电子散射所引起的频率变小现象，即康普顿效应按经起的频率变小现象，即康普顿效应按经典波动理论，静止物体对波的散射不会典波动理论，静止物体对波的散射不会改变频率。而按爱因斯坦的光量子说，改变频率。

48、而按爱因斯坦的光量子说，这是两个这是两个“粒子粒子”碰撞的结果。碰撞的结果。 德布罗意德布罗意(法，法，1892- )1923发表发表波与量子波与量子，提出物质波假，提出物质波假说，博士论文说，博士论文关于量子理论的研究关于量子理论的研究；1927 G.P. 汤姆逊电汤姆逊电子衍射实验证实物质波。子衍射实验证实物质波。1925海森堡海森堡(德，德，1901-1976)矩阵力学；矩阵力学；1926薛定谔薛定谔(奥地利，奥地利，1887-1961)波动力学，玻恩波动力学，玻恩(德，德，1882-1970)几率解释；狄拉克几率解释；狄拉克(英，英，1902- )两种量子力学的统一。两种量子力学的统一

49、。1923年，德布罗意提出设想，实物粒子是否也具有波粒二象性。年，德布罗意提出设想，实物粒子是否也具有波粒二象性。假设：假设： 该该粒子同时具有波长粒子同时具有波长 ，频率频率 一个质量为一个质量为 m 速度为速度为 v 的粒子，具有能量的粒子，具有能量 E 动量动量 P类比于爱因斯坦关系，也应该有：类比于爱因斯坦关系，也应该有： hmvPhmcE2mvhPh 这种实物粒子的波就称为这种实物粒子的波就称为 “德布罗意波德布罗意波”或或“物质波物质波” 。德布罗意波德布罗意波德布罗意得到公式德布罗意得到公式必须对实物粒子做出类似于光的干涉、衍射实验，才能证明必须对实物粒子做出类似于光的干涉、衍射

50、实验，才能证明实物粒子具有波动性。实物粒子具有波动性。如何设计实验呢？首先要估计波长。如何设计实验呢？首先要估计波长。 电子由电场加速，加速电压为电子由电场加速，加速电压为V ，则，则具有能量具有能量 eV，动量，动量 P = m vvmh0 00A2512A150VV电子的德布罗意波长很短。电子的德布罗意波长很短。宏观粒子的波长则更短。宏观粒子的波长则更短。nm10221 (V)10000nm10 (V)1502.,V.,V所以，所以，电子的德布罗意波长电子的德布罗意波长为：为：02meVv 即：即：eVmmh200 eVvm 2021不计相对论效应，电子的动能不计相对论效应，电子的动能Ve

51、mh02 X射线范围射线范围革末革末戴维孙电子散射实验戴维孙电子散射实验(1927年年)，观测到电子衍射现象。，观测到电子衍射现象。X射射线线电电子子束束（波长相同波长相同）衍射图样衍射图样电子双缝干涉图样电子双缝干涉图样物质波的实验验证：物质波的实验验证：杨氏双缝干涉图样杨氏双缝干涉图样用物质波观点导出玻尔氢原子模型中的角动量量子化条件。用物质波观点导出玻尔氢原子模型中的角动量量子化条件。 mvhPh 由德布罗意公式由德布罗意公式改写为：改写为：22hrLnnnnnrhmvrL角动量角动量2hnLn得：得：在这里，量子数在这里，量子数 n 代表驻波的个数。代表驻波的个数。与玻尔的角动量量子化

52、假设一致与玻尔的角动量量子化假设一致 1911.10.29比利时布鲁塞尔举行第一届索尔维会议，比利时布鲁塞尔举行第一届索尔维会议，与会者都是世界一流物理学家。以后每与会者都是世界一流物理学家。以后每3-5年举行一次，年举行一次，一般不超过一般不超过30人。人。 1995年举行第二十届索尔维会议，中国有年举行第二十届索尔维会议，中国有2人被邀人被邀请参加，其中之一是中山大学超快速激光光谱学国家请参加，其中之一是中山大学超快速激光光谱学国家重点实验室周建英教授。重点实验室周建英教授。 前排左起第二到第六人为：普朗克、前排左起第二到第六人为：普朗克、M.居里、洛伦兹、居里、洛伦兹、A.爱爱因斯坦、郞

53、之万；第二排左起第一人为德拜、第三人为因斯坦、郞之万；第二排左起第一人为德拜、第三人为W.L布拉布拉格、第五到第九人为格、第五到第九人为P.A.M 狄喇克、狄喇克、A.H.康普顿、康普顿、L.V.德布罗意、德布罗意、M.玻恩、玻恩、N.玻尔；第三排（站立）左起第六人为薛定谔、第八和玻尔；第三排（站立）左起第六人为薛定谔、第八和第九为第九为W.泡利、泡利、W.K.海森堡。海森堡。 第五次索第五次索尔维会议尔维会议与会者合与会者合影影(1927年年)德布罗意德布罗意(法法, 1892-1987)把爱因斯坦关于光的波粒把爱因斯坦关于光的波粒二象性的思想加以扩展，推广到物质客体上去。二象性的思想加以扩

54、展，推广到物质客体上去。在在1923年年910月间，连续发表三篇短文，月间，连续发表三篇短文，1924年，年，合成在他的博士论文合成在他的博士论文量子论研究量子论研究中，全面论中，全面论述了物质波理论，这一理论以后为薛定愕接受而述了物质波理论，这一理论以后为薛定愕接受而建立了波动力学。称德布罗意波或建立了波动力学。称德布罗意波或 “ “物质波物质波” 。 泡利泡利(奥地利，奥地利，19001958) 1924年年发表了发表了“不相容原不相容原理理”：对费米子，：对费米子，如质子、中子、夸如质子、中子、夸克等都适用。克等都适用。上帝的鞭子上帝的鞭子泡利泡利 海森伯海森伯( (德德，1901 1976) )着眼于光谱线的频着眼于光谱线的频率、强度和极化，率、强度和极化， 1925年提出微观粒子不可观年提出微观粒子不可观察力学量，如位置、动量应由其所发光谱的可察力学量，如位置、动量应由其所发光谱的可观察的频率、强度来表示。建立了量子理论第观察的频率、强度