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阿爾伯特·愛因斯坦(1879-1955)是有史以來最著名的科學家之一,他幾乎成了"天才"的代名詞。雖然他的名聲在某種程度上歸功於他古怪的外表和偶爾在哲學、世界政治和其他非科學話題上發表的言論,但他真正的名氣來自他對現代物理學的貢獻,這些貢獻改變了我們對宇宙的整體看法,改變並幫助塑造了我們今天生活的世界。

愛因斯坦改主要從七方面改變了世界:

狹義相對論

愛因斯坦最早的成就之一是他在26歲時提出的狹義相對論,狹義相對論指出了一切物理定律在所有慣性系中均有效。這聽起來可能沒什麼大不了的,但它卻是歷史上最偉大的科學革命之一,徹底改變了物理學家思考空間和時間的方式。

狹義相對論最廣為人知結論是光速是最快的速度,沒有什麼可以超越光速(300000000m/s)。但同時也意味著隨著物體的速度接近光速,會發生一些奇怪的事情。如果你能看到一艘以80%光速飛行的宇宙飛船,它的長度看起來會比靜止時短40%。而且飛船裡面的時間流逝得更慢,類似於古語中的“天上一天,地上十年”,所以飛船上的宇航員會衰老得很慢。另外,如果他們無限接近光速,也意味著他們可以長生不老。

二、質能方程:E = mc2

狹義相對論的一個分支就是愛因斯坦著名的質能方程E=mc2,這可能是唯一一個達到物理學界偶像地位的數學公式。質能方程將質量(m)和能量(E)聯絡到了一起,這兩個物理引數以前被認為是完全獨立的。然而愛因斯坦說,質量和能量本質上是相同的,只要你將質量乘以光速的平方,就是這個物體具備的所有能量。這同樣也解釋了為什麼運動很快的物體質量會變大,因為它的能量更多了。

三、鐳射器

鐳射是現代技術的重要組成部分,從超市使用的條形碼讀取器到光纖通訊等各種技術都應用到了鐳射。雖然愛因斯坦與鐳射最終的發明無關,但他的工作讓鐳射的發現奠定了基礎。據美國物理學會稱,"鐳射"一詞發明於1959年,它代表了"利用輻射刺鐳射變強",而“輻射刺激”是愛因斯坦40多年前發展起來的一個概念。1917年,愛因斯坦寫了一篇關於輻射量子理論的論文,其中描述了光子穿過物質後如何進一步刺鐳射子的發射。

愛因斯坦意識到,新的光子與原始光子以相同的頻率和相位向同一方向傳播。當產生越來越多幾乎相同的光子時,會產生級聯效應。作為一名理論物理學家,愛因斯坦沒有進一步去實踐這一想法,而其他科學家也遲遲沒有認識到鐳射的巨大實用潛力。但世界最終實現了這一目標,現在人們嘗試把鐳射應用於多個領域,從反無人機武器到超高速計算機等。

四、黑洞

愛因斯坦的狹義相對論表明,即使在沒有引力場的情況下,時空也可以做一些非常奇怪的事情。他發現像行星和恆星這樣的大質量物體實際上扭曲了時空結構,正是這種扭曲產生了我們認為的重力效應。

愛因斯坦透過一組複雜的方程解釋了廣義相對論,這些方程有著非常廣泛的應用。愛因斯坦方程組最著名的解來自卡爾·施瓦茨柴爾德提出的概念——黑洞,而黑洞對於時空結構扭曲的作用是已知天體中最大的。換而言之,黑洞是廣義相對論推匯出來的。

五、宇宙膨脹

愛因斯坦在1915年得出廣義相對論方程後所做的第一件事就是用它們計算整個宇宙,但他覺得自己得出的答案是錯誤的。

愛因斯坦透過計算得出整個宇宙處於一種不斷膨脹的狀態,因此星系之間的距離不斷增加。但當時的認知限制了愛因斯坦,所以他認為這是錯誤的,因此他在方程式中加入了一個宇宙常數,這樣就能算出一個靜態的宇宙。

但在1929年,哈勃對宇宙的觀測表明,宇宙確實在膨脹。這顯然正是愛因斯坦原始方程所預測的,愛因斯坦後來說這是他犯過最大的錯誤,但這也是他為宇宙膨脹理論提供的依據。

六、原子彈

愛因斯坦在第一顆原子彈的研製過程中發揮了關鍵作用。1939年,一些同事提醒他,如果納粹德國研製出核武器,那麼結局將是無比恐怖的,世界將永遠無法和平。愛因斯坦經過深思熟慮後也認可了這一想法,他在給時任美國總統的富蘭克林·羅斯福的一封信中表達要支援研製核武器,也正是這一封信促進了曼哈頓專案的建立,該專案最終制造了二戰末期用來對付日本的原子彈。

雖然許多著名的物理學家都參與過曼哈頓專案,但愛因斯坦並不在其中。據美國自然歷史博物館(AMNH)稱,由於愛因斯坦的左傾政治觀點,他被剝奪了必要的安全許可。但這對愛因斯坦說是無所謂的,他唯一關心的是納粹是否壟斷了核武器的研究。1947年,愛因斯坦告訴《新聞週刊》,"如果我知道德國人不會成功研製原子彈,我也不會支援研製原子彈。

七、引力波

引力波的發現不僅再一次證實了愛因斯坦廣義相對論的正確性,同時也為天文學家提供了一種觀察宇宙的新工具——包括黑洞合併等罕見事件。

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