아인슈타인의 과학에 가장 큰 공헌은 무엇입니까?

조기 근무

아인슈타인의 과학 경력은 1900 년 겨울에 시작되었는데, 당시 그는 대학을 졸업한 후 실업의 고통 속에 있었다. 1900 부터 1904 까지 그는 매년 한 편의 논문을 써서 독일 물리학 잡지에 발표한다. 처음 두 편은 액면과 전기 분해에 관한 열역학으로 화학에 역학 기초를 주려고 시도했다. 나중에 이 길이 통하지 않고 열역학의 역학 기초를 개학한 것을 발견하였다. 190 1 에서 J.W. Gibbs 의 업무와는 별도로 통계역학의 몇 가지 기본 이론을 제시했다. 1902 부터 1904 까지 세 편의 논문이 모두 이 분야에 속한다. 1902 의 논문은 역학 법칙과 확률연산에서 열균형 이론과 열역학 제 2 법칙을 도출하는 것이다. 1904 의 논문은 통계역학 예언의 등락 현상을 논의했고, 에너지 등락 (또는 시스템의 열 안정성) 은 볼츠만 상수에 따라 달라진다는 것을 발견했다. 그는 이 결과를 기계 시스템과 열 현상뿐만 아니라 과감하게 방사선 현상에 적용해 복사 에너지의 변동 공식을 얻어 웨인 변위 법칙을 추론했다. 등락 현상에 대한 연구는 그를 1905 년 방사선 이론이든 분자 운동 이론이든 중대한 돌파구를 만들었다.

기적 1905 1905, 아인슈타인은 과학사에 선례가 없는 기적을 창조했다. 올해 그는 6 편의 논문을 썼는데, 3 월부터 9 월까지 반년 동안 특허청에서 하루 8 시간 떨어진 여가 시간을 이용해 3 개 분야에서 4 가지 획기적인 공헌을 했다.

광양자

1905 년 3 월 쓴 논문' 빛의 생성과 전환에 대한 사각관점' 에서 1900 년 플랑크가 제시한 양자개념을 빛의 공간 전파로 확대하고, 광양자가설을 제시했고, 이는 시간평균에 대한 것으로 인정된다. 순간 값 (즉, 변동) 의 경우 광원은 입자로 나타납니다. 역사상 처음으로 미시 물체의 요동과 입자의 통일성, 즉 파동 입자의 이중성을 밝혀낸 것이다. 물리학의 이후 발전은 파동 입자 이중성이 전체 미시세계의 가장 기본적인 특징이라는 것을 보여준다. 이 문서에서는 L. Boltzmann 의 "시스템의 엔트로피는 상태 확률의 함수" 를 "Boltzmann 원리" 라고 명명합니다. 논문의 끝에서, 그는 광양자의 개념으로 광전 현상을 쉽게 해석하여 광전자의 최대 에너지와 입사광 주파수의 관계를 추론했다. 이 관계는 10 년이 걸려서야 R.A. 밀리건이 실험으로 증명했다. 아인슈타인은 광전효과의 법칙을 발견해 192 1 년 노벨 물리학상을 수상했다.

분자운동론

1905 년 4 월, 5 월, 2 월, 그는 액체에 떠 있는 입자의 움직임에 관한 세 가지 이론을 썼다. 이 운동은 영국 식물학자 R. Brown 이 1827 년에 발견한 것으로 브라운 운동이라고 불린다. 아인슈타인의 목적은 분자 운동의 요동으로 인한 공중부양 입자의 무작위 운동을 관찰하여 분자의 실제 크기를 결정하여 과학계와 철학계가 반세기 이상 원자의 존재 여부를 논쟁하는 문제를 해결하는 것이었다. 3 년 후, 프랑스 물리학자 J.B. 페란은 정확한 실험으로 아인슈타인의 이론적 예언을 증명했다. 이로 인해 당시 원자론을 가장 단호히 반대했던 독일 화학자,' 에너지학' 의 창시자인 F.W. 오스트발드는 1908 에서 "원자 가설은 이미 확고한 기초를 가진 과학 이론이 되었다" 고 자발적으로 발표했다.

혁신 시대의 특수 상대성 이론

1905 년 6 월 아인슈타인은 운동물체 전기역학에 관한 장문을 써서 물리학의 새로운 시대를 열어 협의상대성론을 철저히 제시했다. 이는 그가 10 년 동안 양조하고 탐구한 결과이며 19 년 말 고전 물리학의 위기를 크게 해결하고 전체 물리학 이론의 혁명을 추진했다. 새로운 실험 사실과 오래된 이론 체계 사이의 모순을 극복하기 위해 로렌츠를 대표하는 구세대 물리학자들은 허점을 고치는 방법을 채택하여 수많은 가설을 제시하여 낡은 이론 체계를 더욱 팽팽하게 만들었다. 아인슈타인은 출구가 전체 이론의 기초를 근본적으로 바꾸는 데 있다고 생각한다. 그는 자연 경계 통일의 신념에서 다음과 같은 질문을 조사했다. 왜 뉴턴 역학 분야에서 보편적으로 확립된 상대성론 원리 (역학 법칙은 어떤 관성계에도 변하지 않음) 가 전기역학에서 성립되지 않는가? M. 패러데이의 전자기 감지 실험에 따르면, 이러한 불일치는 분명히 현재 현상에 내재된 것이 아니며, 문제는 반드시 고전 물리학의 이론에 기반을 두고 있을 것이다. 그는 경험주의 철학자 D. 휴무의 초월주의에 대한 비판과 E. 마하의 I. 뉴턴의 절대 공간과 절대 시간 개념에 대한 비판을 받아들였다. 그는 공간적으로 분리된 두 사건의' 동시성' 부터 시작하여 경험기반이 없는 절대동시성을 부정해 절대시간, 절대공간, 에테르의 존재를 부정하며 전통적인 시공개념을 수정해야 한다고 판단했다. 그는 갈릴레오가 발견한 기계 운동의 상대성이라는 보편적인 기본 실험 사실을 모든 물리 이론이 따라야 할 기본 원리로 끌어올렸다. 동시에 모든' 이더넷 표류' 실험을 통해 빛이 진공에서 항상 일정한 속도로 전파되는 기본 사실을 원칙으로 보급한다는 것을 보여준다. 상대성의 원리와 빛의 속도가 변하지 않는 원리가 동시에 성립된다면, 서로 다른 관성계의 좌표 사이의 변환은 더 이상 갈릴레오 변환이 아니라 로렌즈가 1904 에서 개발한 또 다른 변환과 유사해야 한다. 사실 아인슈타인은 당시 1904 중 로렌즈의 일을 몰랐고, 그들이 처음 제시한 변형 형식은 □/□ 의 한 번의 거듭제곱에 불과했다. 로렌츠 변환은 이제 본질적으로 아인슈타인의 형태를 가리킨다. 로렌츠 변환의 경우 공간과 시간의 길이는 더 이상 동일하지 않지만 맥스웰 방정식을 포함한 물리 법칙은 동일합니다 (공변). 뉴턴 역학 법칙은 갈릴레오 변환에 대해 공변이이며 로렌츠 변환에서 공변을 만족시키기 위해 수정해야 한다. 이런 전환은 실제로 일종의 보급으로 고전 역학을 상대성론 역학이 저속에서 극한으로 보는 것이다. 이렇게 역학과 전자기학은 운동학의 기초 위에 통일되었다.

질량 에너지 등가

1905 년 9 월 아인슈타인은 물체의 관성이 포함된 에너지와 관련이 있는 짧은 글을 썼다. 상대성 이론의 추론으로 질량 (□) 과 에너지 (□) 의 동등성을 밝혀냈다. □ = □ □ □ 방사성 원소 (예: 라듐) 가 많은 에너지를 방출하는 이유를 설명했다. 질량에너지는 핵물리학과 입자물리학의 이론적 기초이며, 1940 년대에 실현된 원자력 방출과 활용을 위한 길을 열었다. 양자 이론의 진일보한 발전 아인슈타인은 광양자 이론을 제시하여 거의 모든 구세대 물리학자들의 반대에 부딪혔다. 양자 개념, 특수 상대성 이론을 열정적으로 지지하는 최초의 플랑크조차도 19 13 까지 아인슈타인의' 실수' 라고 진지하게 생각했다. 그럼에도 불구하고 아인슈타인은 혼자 일하며 양자 이론을 꾸준히 발전시켰다. 1906 에서 그는 양자 개념을 물체 내부의 진동으로 확대하여 저온에서 고체 비열용량과 온도의 관계를 기본적으로 설명했다. 19 12 년 동안 그는 광양자의 개념을 광화학 현상에 적용하여 광화학 법칙을 세웠다. 19 16 년 발표 논문' 방사선의 양자 이론' 은 양자 이론의 발전 성과를 종합해 방사선의 흡수와 발사 과정의 통계 이론을 제시했다. N BOHR19/KLOC 에서 이 글에서 제시한 자극 발사 개념은 60 년대에 번창하는 레이저 기술에 대한 이론적 토대를 제공하며, 광양자 이론에 의해 밝혀진 파동 이중성 개념에 의해 영감을 받았고, 물질파 이론은 L.V. 데브로가 1923 년에 제안했다. 이 이론은 우선 아인슈타인의 열렬한 지지를 받았다. 뿐만 아니라 1924 년 청년물리학자 S 보손의 빛에 대한 양자통계이론에 대한 논문을 받은 후, 즉시 독일어로 번역하고 발표할 것을 추천했고, 이 이론을 물질파 개념과 결합해 단원자가스의 양자통계이론을 제시했다. 이것은 정수 스핀 입자에 대한 보스 아인슈타인 통계입니다 (양자 통계 참조). 아인슈타인의 일에서 영감을 받은 E. 슈뢰딩거는 드브로의파를 바운드 입자로 확대하여 1926 년에 파동역학을 세웠다 (표상이론과 양자역학 참조). 따라서 미국 물리학자 A. Pais 는 "아인슈타인은 양자 이론의 3 대 원로 (플랑크, 아인슈타인, N. Poe) 중 하나일 뿐만 아니라 파동 역학의 유일한 대부이기도 하다" 고 생각한다. 엠본은 또한 양자현상 황무지를 정복하기 위한 투쟁에서 "그는 선구자" 와 "우리의 지도자와 기수" 라고 생각한다.

일반 상대성 이론의 등가 원리를 탐구하다

협의상대성론이 건립된 후 아인슈타인은 만족하지 않고 상대성론 원리의 적용 범위를 비관성계로 확대하려고 시도했다. 그는 갈릴레오가 발견한 중력장에서 모든 물체의 가속도가 같은 고대 실험 사실 (즉 관성 질량이 중력질량과 같음) 에서 돌파구를 발견하고 1907 에서 동등한 원리를 제시했다. "중력장과 참고계의 등가 강도는 물리적으로 동일합니다." 그리고 중력장에서 시계가 빨리 가고, 광파 파장이 변하고, 빛이 휘어야 한다고 추론한다. 올해 그의 대학 교사, 저명한 기하학자 H 민코프스키 (H. Minkowski) 는 특수 상대성 이론의 4 차원 공간을 제시하여 상대성 이론의 진일보한 발전을 위한 유용한 수학 도구를 제공했지만 아인슈타인은 당시 그 가치를 의식하지 못하고 이용했다.

계속 탐구하는 우여곡절 과정

동등한 원리의 발견은 아인슈타인이 그의 일생에서 가장 행복한 사상으로 여겨졌지만, 그의 이후의 일은 매우 힘들여 큰 굽은 길을 걸었다. 19 1 1 년, 그는 동등한 원리와 호이겐스 원리에 따라 태양 근처에서 빛이 통과하는 편향 값을 □ 로 계산했다. 19 12 초 그는 강성 회전 디스크를 분석하여 중력장의 유클리드 기하학이 엄격하고 효과적이지 않다는 것을 깨달았다. 동시에, 그는 로렌츠 전환이 보편적이지 않고, 더 보편적인 전환 관계를 찾아야 한다는 것을 발견했다. 에너지와 운동량의 보존을 보장하기 위해서는 중력장 방정식이 비선형이어야 합니다. 동등한 원리는 무궁무진한 면적에만 유효하다. 그는 대학에서 배운 가우스 표면 이론이 중력장 방정식을 세우는 데 도움이 되어야 한다는 것을 깨달았지만, 이 수학 도구에 익숙하지 않아 한동안 손을 댈 수가 없었다. 19121010 월, 그는 프라하를 떠나 취리히에 있는 모교로 돌아갔다. 당시 모교 수학 교수였던 M. Grossman 의 도움으로 그는 리만 기하학과 G. Rich 와 T. Levi-Chevita 의 절대 미분학 (즉 텐서 분석) 을 연구했다. 1 년간의 고된 협력을 통해, 그들은 19 13 년에 중요한 논문인' 광의상대론과 중력이론 개요' 를 발표하여 중력의 규범장 이론을 제시했다. 중력장은 스칼라가 아니라 도계 텐서, 즉 10 중력 함수를 사용하여 중력장을 결정합니다. 중력과 척도를 결합하여 리먼이 진정한 물리적 의미를 얻을 수 있게 한 것은 이번이 처음이다. 그러나 그들이 당시 얻은 중력장 공식은 선형 변환에 대한 공변성일 뿐, 광의상대성론 원리가 요구하는 임의 좌표 변환에 따른 공변성성을 갖추지 못했다. 아인슈타인은 당시 텐서 연산에 익숙하지 않았기 때문에, 상수의 법칙을 지키기만 하면 좌표계 선택을 제한해야 한다고 잘못 판단했기 때문이다. 인과율 원리를 유지하기 위해 보편공변을 포기해야 했다.

과학적 성취의 두 번째 최고봉

19 15 부터 19 17 까지 이 3 년은 아인슈타인 과학 성취의 두 번째 성수기로 1905 와 비슷하다 인류 사상사에서 가장 위대한 업적 중 하나로 인정받는 일반 상대성 이론을 제외하고 결국 19 15 에 건설되었다. 19 16 년, 방사선 양자 이론이 획기적인 발전을 이루었고, 19 17 년, 현대 과학 우주학이 창설되었다. 일반 상대성 이론이 수립될 때 만유공변요구의 잘못을 포기하고 아인슈타인이 2 년여의 시행을 계속하게 하여 19 15 년 7 월까지 이 잘못을 점차 인식하게 했다. 만유공합의 요구로 돌아온 그는 19 15 년 6 월 1 10 년 6 월,1에 도착했다 첫 번째 논문에서 그는 상수의 법칙을 만족시키는 보편적인 공변중력장 방정식 (일반 상대성 이론 참조) 을 얻었지만 불필요한 제한, 즉 단봉 변환만 허용했다. 세 번째 논문에서, 새로운 중력장 방정식에 따르면, 태양 표면을 통과하는 빛의 편향은 이전 값의 두 배인 □ 이어야 한다. 아울러 수성의 근일점당 100 년의 나머지 나이 차이는 43□ 으로 관측결과와 정확히 일치하며 60 여 년 동안 천문학의 큰 난제를 완전히 해결해 아인슈타인에게 큰 격려를 주었다. 그는 19 1 15 년 10 월 25 일 논문' 중력장 방정식' 에서 전환군에 대한 불필요한 제한을 포기하고 진실을 세웠다 한편, 독일의 수학자 D. 힐버트도1915438+065438+10 월 20 일 괴팅겐 독립에서 보편적인 공변력장 방정식을 얻었다. 19 16 년 봄 아인슈타인은 총결산의 단문' 일반 상대성 이론의 기초' 를 썼다. 같은 해 말, 매우 인기 있는 소책자' 협의와 광의상대성론' 을 한 권 썼다.

중력파

아인슈타인은191 그는 원자에 방사능이 없는 안정된 궤도가 있다는 것을 지적하는데, 이는 전자기 각도에서, 중력의 관점에서 모두 신비롭다고 지적했다. (윌리엄 셰익스피어, 원자, 원자, 원자, 원자, 원자, 원자, 원자, 원자) 따라서, "양자 이론은 맥스웰의 전기 역학뿐만 아니라 새로운 중력 이론도 개조해야 한다." 가을에 그는 양자 복사 문제로 돌아가 이 의도를 가지고 자발적인 점프와 격전이라는 개념을 제시하고 플랑크 방사선 공식에 대한 새로운 유도를 진행했다. 중력파의 존재는 일부 과학자들의 이의를 불러일으켰고, 아인슈타인은 그 존재와 본질에 대해 여러 차례 토론했다. 중력파가 너무 약해서 탐지할 수 없어 오랫동안 사람들의 주의를 끌지 못했다. 1960 년대부터 중력파를 탐지하는 실험은 점차 열풍을 형성하지만, 모두 탐사에 필요한 최저 정확도에 도달하지 못했다. 1974 년에 발견된 전파 펄스 쌍성 PSR1913+16 주기 변화에 대한 4 년 연속 관찰,/KLOC-0

우주론의 창설

19 17 아인슈타인은 일반 상대성 이론의 성과를 이용하여 전체 우주의 시공간적 구조를 연구하여 획기적인 논문' 일반 상대성 이론에 기초한 우주론 개요' 를 발표했다. 이 글은' 우주는 공간에서 무한하다' 는 전통적인 개념을 분석해 뉴턴 중력 이론과 일반 상대성 중력 이론과 호환되지 않는다고 지적했다. 사실, 무한 한 공간에서 중력장 방정식의 경우, 사람들은 합리적인 경계 조건을 줄 수 없습니다. 그는 가능한 출구는 우주를' 제한된 공간 (3 차원) 볼륨의 자기폐쇄적인 연속 지역' 으로 보는 것이라고 생각한다. 과학적 논거로 우주는 공간적으로 한계가 있다고 추론하는 것은 인류 역사상 과감한 창작으로, 우주론을 순전히 사각의 억측에서 벗어나 현대과학의 영역으로 진입하는 것은 우주학의 혁명이다. 당시 천문학에서 관측된 별의 속도가 매우 작다는 사실에 따르면 아인슈타인은 물질의 분포가 준 정적이라고 생각했다. 이 조건을 보장하기 위해 그는 중력장에 미지의 보편상수 (우주항) 를 도입했다. 이 기간 동안 아인슈타인과 자주 통신하는 네덜란드 천문학자 W. De Sitt 는 평균 질량 밀도가 0 인 또 다른 우주 모델을 제시했다. 1922 년 소련 물리학자 A.A. Friedman 은 우주 항목이 불필요하다고 지적하여 아인슈타인의 원시 결과에서 0 이 아닌 물질 밀도가 있는 팽창 우주 모형을 직접 얻었다. 아인슈타인은 당시 동의하지 않았지만, 1 년 후 그는 공개적으로 잘못된 비판을 철회하고 프리드먼의 이론이 정확하다는 것을 인정했다. 우주팽창 이론은 1929 년 하외은하보선 적색 이동의 발견으로 강력한 지지를 받았다. 1946 이후 빅뱅 우주론으로 발전한 것은 지금까지 가장 성공적인 우주론 이론이다.

통일장론의 길고 어려운 탐구

일반 상대성 이론이 끝난 후에도 아인슈타인은 여전히 만족하지 못했다. 광의상대성론을 중력장뿐만 아니라 전자기장, 즉 통일장론을 찾는 것으로 확장할 필요가 있다. 그는 이것이 상대성론 발전의 세 번째 단계라고 생각하는데, 중력장과 전자기장을 통일했을 뿐만 아니라 상대성론과 양자론을 통일하여 양자물리학에 합리적인 이론적 기초를 제공하였다. 그는 그가 세우려고 시도한 통일장론에서 특이성이 없는 해법을 얻어 입자, 즉 물질의 구조와 양자 현상을 설명하는 데 쓰일 수 있는 개념을 얻기를 희망했다. 최초의 통일장론은 수학자 H. Weil 이 19 18 년에 보급한 것이다. 아인슈타인은 이에 대해 칭찬을 했지만, 이 이론이 제시한 선형 원소가 변하지 않고 과거의 역사와 관련이 있다는 사실은 모든 수소 원자가 같은 스펙트럼을 가지고 있다는 사실과 모순된다고 지적했다. 그리고 19 19 년 수학자 T.F.E 카루차는 5 차원 다양체로 통일장론을 실현하려고 시도하며 아인슈타인의 높은 찬사를 받았다. 아인슈타인이 1922 년에 완성한 첫 번째 통일장론에 관한 논문은 칼루차 이론에 관한 것이다. 1925 이후 아인슈타인은 통일장론을 탐구하기 위해 최선을 다했다. 처음 몇 년 동안, 그는 매우 낙관적이었고, 승리는 시야에 있었다. 나중에 많은 어려움을 발견하고, 기존의 수학 도구가 충분하지 않다고 느꼈다. 1928 이후 순수 수학 탐구로 바뀌었다. 그는 5 차원, 때로는 4 차원에서도 여러 가지 방법을 사용하려고 했지만, 진정한 물리적 의미를 가진 결과를 얻지 못했다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 지혜명언)

1925 부터 1955 까지 30 년 동안 양자역학, 중력파, 일반 상대성 이론의 운동의 완벽성을 제외하고 아인슈타인은 거의 모든 과학적 창조력을 통일장론 탐사에 투입했다. 1937 년, 그는 두 조수의 협조로 일반 상대성 이론의 중력장 방정식에서 운동 방정식을 유도하여 시공간적, 물질적, 운동 사이의 통일성을 더욱 밝혀냈는데, 이는 일반 상대성 이론의 중대한 발전이자 아인슈타인이 과학 창조 활동에서 얻은 마지막 중대한 성과이다. 그러나 그는 장론을 성공적으로 통일한 적이 없다. 그는 수없이 많은 실패를 겪었지만, 그는 결코 낙담한 적이 없고, 늘 자신만만하게 처음부터 시작한다. 당시 물리학 연구의 주류에서 멀리 떨어져 있었기 때문에 당시 해결할 수 없었던 난제를 혼자 공략하고 당시 지배권을 차지한 코펜하겐 학파와 첨예하게 맞섰기 때문에, 1920 년대의 상황과는 달리 그는 만년에 물리학계에서 매우 고립되었다. 그러나 그는 여전히 두려워하지 않고 확고부동하게 자신의 길을 따라 진리를 탐구했고, 사망하기 전날까지 병상에서 통일장론에 대한 수학 계산을 계속할 준비를 하고 있다. 그는 1948 에서 "나는 이 일을 완성할 수 없다. 잊혀지지만, 미래에는 재발견될 것이다. " 역사의 발전은 그를 저버리지 않았다. 1970 년대와 1980 년대의 일련의 실험이 전약 통일 이론을 강력하게 지지했기 때문에, 통일장론의 사상은 그것의 생명력을 새로운 형식으로 보여 물리학의 미래 발전을 위한 희망찬 전망을 제공하였다.