1.爱因斯坦与相对论的提出
x射线、放射性和电子的发现是19世纪末物理学界的重大事件。经典物理学所研究的是人们日常生活中易于理解的宏观世界,三大发现所揭示的却是人们没有直接经验的微观现象,这表明人们对物质世界的认识已经深入了一个层次。以量子论和相对论的建立为标志的物理学革命,为物理学开辟了新天地。
过去的物理学认为宇宙在任何情况下,它的速率永远都是相同的,世界上的一切运动在时间上都以它为度量标准。德国物理学家爱因斯坦经过多年的研究,打破了传统的绝对时空观,于1905年提出了狭义相对论和光速不变原理。指出了时间、空间和物体的质量不是绝对不变的,而是随着物体的运动而发生变化。狭义相对论认为:物体运动时,质量会随着物体运动速度的增大而增加,同时,空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变化,即还会发生尺缩效应和钟慢效应。
1916年,爱因斯坦完成了广义相对论的最终形式。在广义相对论中,引力是被考虑的主要问题。广义相对论指出:空间和时间不可能离开物质而独立存在,空间结构和性质取决于物质的分布,使人类进一步深化了对时间、空间和引力现象的认识。
为了使学生更好的理解相对论可以引用一个爱因斯坦解释相对论的幽默。这个幽默是:震撼世界的相对论,是科学发展史上划时代的里程碑。创立相对论的阿尔伯特•爱因斯坦晚年时一群青年学生请他解释什么是相一个对论,他生动而幽默地打了一个比方:"当你和一个美丽的姑娘坐上两个小时,你会感到好象坐了一分钟;但要是在炽热的火炉边,哪怕只坐上一分钟,你却感到好象是坐了两小时。这就是相对论。"
2.相对论提出的历史意义
相对论的提出是物理学思想的一次重大革命,它否定了经典力学的绝对时空论,从本质上修正了由狭隘经验建立起来的时空观,深刻地揭示了时间和空间的本质属性,即:揭示了时空的可变性、时空变化的联系性,树立了新的时空观、运动观、物质观。同时也发展了牛顿力学,将牛顿力学概括在相对论力学之中,推动物理学发展到一个新的高度。这一理论被后人誉为20世纪人类思想史上最伟大的成就之一。
四、量子论的诞生与发展
1.量子论的诞生
19世纪末20世纪初,电子和放射性的发现,打开了原子的大门,使人们对物质的认识深入到了原子内部。但大量的实验表明,微观粒子的运动不能用通常的宏观物体的运动规律进行描述。
1900年,德国物理学家普朗克提出了物质的辐射能不是连续的,而是以最小的、不可再分的能量单位即能量量子的整数位跳跃式地变化的量子假说。这个假说宣告了量子论的诞生。经过这些科学家的共同努力,到1925年左右量子力学最终建立。量子力学是研究微观世界粒子运动规律的科学。
2.量子论的意义
爱因斯坦在丹麦物理学家玻尔提出氢原子结构的理论以后,利用量子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质,进一步推动了量子论的发展。
在量子论基础上发展起来的量子力学,极大地促进了原子物理、固体物理和原子核物理等科学的发展。同时,也标志着人类对客观规律的认识,开始从宏观世界深入到了微观世界。
量子力学和狭义相对论结合形成原子核物理学,是物理学革命的高潮,以物理