如果沒有愛因斯坦,科學將會走向何處

萬象經驗 發佈 2020-01-22T02:54:04+00:00

這些照片再次證實了廣義相對論的幾個方面,不僅包括黑洞的存在,還包括它們有一個圓形的視界——在這個視界上,任何東西都無法逃脫,甚至光也無法逃脫。



阿爾伯特·愛因斯坦常被認為是20世紀最有影響力的科學家之一。他的工作幫助天文學家研究從引力波到水星軌道的一切。

這位科學家的方程式E=mc^2即使在那些不了解其基本物理原理的人中也很有名。愛因斯坦還因他的廣義相對論和光電效應而聞名,而光電效應為他贏得了1921年的諾貝爾物理學獎。

愛因斯坦也曾試圖將宇宙的所有力統一為一個理論,這個理論被稱為萬物的理論,但這是徒勞的,他在死的時候還在研究這個理論。

早年生活

愛因斯坦於1879年3月14日出生於德國烏爾姆,如今這個小鎮的人口剛剛超過12萬。他出生後不久,全家搬到了慕尼黑,後來又搬到了義大利,因為他的父親在經營自己的生意時遇到了麻煩。愛因斯坦的父親赫爾曼經營著一家電化學工廠,他的母親波琳照顧著阿爾伯特和他的妹妹瑪麗亞。

研究愛因斯坦的學者說,愛因斯坦在他的回憶錄中寫道,有兩個「奇蹟」深深地影響了他的早年生活。愛因斯坦在5歲時第一次遇到了他的奇蹟:指南針。他對無形的力可以使針偏轉感到困惑。第二個奇蹟出現在他12歲時,他發現了一本他崇拜的幾何學書,並稱之為「神聖的幾何學書」。

與人們普遍認為的相反,年輕的阿爾伯特是個好學生。他在物理和數學方面都很優秀,但在其他科目上表現得更為「溫和」。然而,愛因斯坦對他的一些老師的專制態度表示反叛,並於16歲輟學。後來他參加了蘇黎世瑞士聯邦理工學院的入學考試,雖然物理和數學成績優異,但其他領域的成績都不及格,他沒有通過考試。這位有抱負的物理學家為了彌補知識上的差距,選修了額外的課程,並於1896年被瑞士理工學院錄取,1901年獲得物理和數學教學文憑。

然而,愛因斯坦找不到教書的職位,根據他的諾貝爾獎傳記,他於1901年開始在伯爾尼專利局工作。正是在那裡,在分析專利申請之間,他發展了狹義相對論和其他物理學領域的工作。



職業生涯

愛因斯坦的職業生涯使他遊歷了多個國家。1905年,他在蘇黎世大學獲得博士學位,隨後依次在蘇黎世(1909年)、布拉格(1911年)和蘇黎世(1912年)擔任教授。接著,他又搬到柏林,成為凱撒威廉物理研究所所長和柏林大學教授(1914年)。

1919年,當英國皇家天文學會秘書亞瑟·愛丁頓率領一支探險隊前往非洲,測量日全食期間恆星的位置時,愛因斯坦的工作得到了重大驗證。研究小組發現,由於太陽周圍光線的彎曲,恆星的位置發生了變化。

愛因斯坦一直留在德國,直到1933年獨裁者希特勒上台。這位物理學家隨後放棄了德國國籍,移居美國,成為普林斯頓的理論物理學教授。1940年成為美國公民,1945年退休。

愛因斯坦晚年一直活躍在物理學界。1939年,他給美國總統富蘭克林·羅斯福寫了一封著名的信,警告說鈾可以用來製造原子彈。



在愛因斯坦晚年,他與物理學家尼爾斯·玻爾就量子理論的有效性進行了一系列的辯論。波爾的理論占了上風,愛因斯坦後來把量子理論納入自己的計算。

愛因斯坦的大腦

愛因斯坦於1955年4月18日死於動脈瘤。據美國自然歷史博物館(AMNH)稱,他的心臟附近有一根血管破裂。當被問及是否想做手術時,愛因斯坦拒絕了。

愛因斯坦的遺體大部分被火化了,他的骨灰被撒在一個秘密地點。然而,普林斯頓醫院的醫生托馬斯·哈維是在未經允許的情況下進行了屍檢,並摘除了愛因斯坦的大腦和眼球。哈維將數百個薄薄的腦組織切片放在顯微鏡載玻片上,從多個角度拍攝了14張大腦照片。哈維最終將大腦捐獻給了普林斯頓醫院,大腦的旅程就是在這裡開始的。哈維於2007年去世。愛因斯坦的大腦碎片現在在費城的馬特博物館。



對大腦的研究成果

哈維1985年的研究報告稱,愛因斯坦的大腦中每個神經元的膠質細胞的數量比其他大腦細胞要多。他們得出的結論是,這可能表明神經元有更高的代謝需求,換句話說,愛因斯坦的腦細胞需要使用更多的能量,這可能是他擁有如此先進的思維能力和概念技能的原因。

然而,其他研究人員指出了這項研究中的一些問題。首先,研究中使用的其他大腦都比愛因斯坦的大腦年輕。其次,「實驗組」只有一個主題——愛因斯坦。還需要進一步的研究,看看這些解剖差異是否在其他人身上發現。第三,只研究了愛因斯坦大腦的一小部分。

另一項發表在1996年《神經科學快報》上的研究發現,愛因斯坦的大腦重量只有1230克,低於成年男性的平均大腦重量(約1400克)。此外,這位科學家的大腦皮層比五個對照組的大腦薄,但神經元的密度更高。

2012年發表在《大腦》雜誌上的一項研究表明,愛因斯坦的大腦在灰質中有額外的摺疊,尤其是額葉,這些與抽象思維和計劃聯繫在一起的區域,有著異常精細的摺疊。



愛因斯坦的物理遺產

狹義相對論:愛因斯坦證明了物理定律對所有的觀察者來說都是一樣的,只要它們不處於加速狀態。然而,真空中的光速總是一樣的,不管觀察者以什麼速度行進。這項工作使他認識到,空間和時間是聯繫在一起的,我們現在稱之為時空。

廣義相對論:這是引力定律的重新表述。在17世紀,牛頓制定了三個運動定律,其中概述了引力如何在兩個物體之間工作。它們之間的作用力取決於每個物體的質量,以及物體之間的距離。愛因斯坦認為,當思考時空時,一個巨大的物體會導致時空扭曲(就像把一個重球放在蹦床上一樣)。當其他物體落入時空扭曲所產生的「井」中時,重力就會產生,就像一個大理岩朝著大球滾動一樣。

光電效應:愛因斯坦在1905年的工作提出,光應該被看作是一個粒子流(光子),而不僅僅是一個單一的波,就像當時普遍認為的那樣。他的工作有助於破譯科學家以前無法解釋的奇怪結果。

統一場理論:愛因斯坦晚年的大部分時間都在試圖把電磁場和引力場結合起來。他沒有成功,現在其他物理學家仍在研究這個問題。

愛因斯坦的天文學遺產

引力波:2015年,雷射干涉引力波天文台(LIGO)探測到了時空波紋,也就是眾所周知的引力波,它發生在距離地球約14億光年的黑洞的碰撞。而一個世紀之前,愛因斯坦就預言了引力波的存在。

水星的軌道:水星的軌道靠近一個非常大的物體——太陽。直到廣義相對論證明時空曲率正在影響水星的運動並改變其軌道,才理解了水星軌道的進動。

引力透鏡效應:這是一種大質量物體(如星系團或黑洞)在其周圍彎曲光線的現象。天文學家通過望遠鏡觀察這一區域,然後可以看到大質量物體正後方的物體,因為光線被彎曲。其中一個著名的例子是飛馬星座的類星體愛因斯坦十字星:一個大約4億光年遠的星系彎曲了類星體的光線,使得它在星系周圍出現了四次。

黑洞:2019年4月,視界望遠鏡首次展示了黑洞的圖像。這些照片再次證實了廣義相對論的幾個方面,不僅包括黑洞的存在,還包括它們有一個圓形的視界——在這個視界上,任何東西都無法逃脫,甚至光也無法逃脫。

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