阿爾伯特?愛因斯坦以其廣義相對論與著名的質(zhì)量和能量方程而聞名,對科學(xué)界產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。本書從證明原子的存在和大小、開啟量子力學(xué)領(lǐng)域到創(chuàng)造出發(fā)現(xiàn)黑洞和大爆炸理論的宇宙模型,全面介紹了愛因斯坦對科學(xué)的重要貢獻(xiàn)。除此之外,你還能通過本書參與活動和思想實驗,將愛因斯坦的理論和思想付諸實踐。這些活動包括使用多米諾骨牌模擬核鏈?zhǔn)椒磻?yīng),在微波爐中“復(fù)制”膨脹的宇宙,在蘇打瓶中創(chuàng)造藍(lán)天和紅色日落,并使用融化的巧克力棒計算光速。
1. NSTA推薦。NSTA是世界最大的科學(xué)教師組織。
2. 以豐富的手工活動為特色。21個與愛因斯坦科學(xué)理論有關(guān)的手工活動,適合親子互動,適合教學(xué)活動。
3. “大事記”梳理愛因斯坦人生的重大事件。
4. 以時間為脈絡(luò),立體式講述愛因斯坦的一生
5. 獨辟專欄補充同時代重要科學(xué)家與重大事件,全面展現(xiàn)愛因斯坦時代的科學(xué)世界
致讀者
想象一下,你將要走進(jìn)一面磚墻。你會受傷嗎?毫無疑問!這是否需要你真的走進(jìn)磚墻后才會知道?不,不用親身嘗試,你就可以想象得出來。因為你知道磚墻很硬,你還知道鼻子被 撞 到會疼。所以,如果你的鼻子撞在一面非常硬的磚墻上,就會受傷。
祝賀你——你剛剛進(jìn)行了一次思想實驗。阿爾伯特 ? 愛因斯坦非常善于運用思想實驗發(fā)展自己的理論,并向其他人解釋他的想法。他曾想象,火車以接近光速的速度行駛(此后很久,火箭才出現(xiàn)),電梯在無底的通道中下落或在太空中穿行。那么,如果有人在這樣的火車、電梯里,會是怎樣的體驗?zāi)兀?
在本書中,我們準(zhǔn)備了一些思想實驗,希望能幫助你更好地理解愛因斯坦的理論。每個思想實驗都會有標(biāo)志。
請先仔細(xì)閱讀每個思想實驗的描述,然后嘗試回答后面的問題。本書中大部分的思想實驗是愛因斯坦本人想出來的,所以,抓住機會和天才一起來一場腦力風(fēng)暴吧。
導(dǎo)言
在瑞士伯爾尼火車站附近郵政電報大樓的三樓,愛因斯坦在辦公室的一角寫寫畫畫。他自己也承認(rèn)說:“每當(dāng)有人要路過,我就把筆記塞進(jìn)辦公桌的抽屜里,然后假裝在辦公。其實每天的工作我只需要2 ~ 3小時就能完成,其他時間我都用來研究自己的想法。”
什么樣的想法?小到原子的尺寸,大到宇宙的結(jié)構(gòu)。就在幾年前,愛因斯坦剛剛大學(xué)畢業(yè),學(xué)的是物理專業(yè),一度找不到工作。愛因斯坦也做過代課老師和助教,但是微薄的收入讓他連賬單都付不起。直到朋友的父親幫忙,他才在瑞士專利局謀得這個職位。
上班的時候,只要沒人注意,愛因斯坦就忙著自己的研究,回家后就更加投入地寫寫畫畫。他會把自己的想法講給才華橫溢的數(shù)學(xué)家妻子,以及一些朋友和同事們, 聽取他們的意見, 然而,他注定是輛單匹馬拉的單頭馬車,一個獨行者。
但是,這輛單匹馬的馬車,憑著他過人的天賦,將物理學(xué)拉入現(xiàn)代乃至更遠(yuǎn)的時代。
作者簡介
杰爾姆?波倫曾做過小學(xué)科學(xué)教師、工程師、編輯,是數(shù)個獲獎科學(xué)互動玩具的作者,現(xiàn)居芝加哥。
譯者簡介
韓穎,1980年出生,現(xiàn)就職于英國《金融時報》(Financial Times)。從2006年開始兼職為多種刊物做筆譯,2006—2010年一直與《高爾夫周刊》(Golf Week)和《全球酒店》(Global Hotel)合作。翻譯的內(nèi)容涉及敘事、評論、小說、青少年科普、繪本等。
大事記
致?謝
致讀者
導(dǎo)?言
1 充滿好奇心又獨立的孩子
赫爾曼與寶琳
慕尼黑和瑪雅
學(xué)校生活
指南針和磁鐵
紙牌屋
意大利
從慕尼黑到米蘭
阿?勞
大學(xué)生活
米列娃 ?瑪麗克
自斷后路
單身和失業(yè)
2 專利局和奇跡年
奧林匹亞科學(xué)院
毛細(xì)現(xiàn)象
專利局
婚姻生活
奇跡年
第一篇論文:光是波,也是粒子
光電效應(yīng)
第二篇論文:原子的大小
第三篇論文:原子的存在
第四篇論文:狹義相對論
光的速度
第五篇論文:E = mc2
E = mc2
被困在專利局
3 狹義相對論
“狹義”在哪里
這是相對的
相對運動
什么時候發(fā)生的
時間和運動
結(jié)?論
遙遠(yuǎn)的星系和光速
4 不穿襪子的教授
受歡迎的教授
布拉格
藍(lán)色的天空和紅色的傍晚
彎曲的光
返回蘇黎世
柏?林
第一次世界大戰(zhàn)
廣義相對論
離?婚
結(jié)識愛丁頓
驗?證
日?食
5 廣義相對論
回顧相對論
時?空
黑?洞
時間和重力
再回到“雙胞胎悖論”
6 名望與迫害
一舉成名
國際巨星
諾貝爾物理學(xué)獎
統(tǒng)一場理論
埃德溫 ?哈勃發(fā)現(xiàn)了宇宙
其他星系
膨脹的宇宙
黑暗籠罩德國
訪問美國
7 美國和炸彈
德?漢
普林斯頓
戰(zhàn)爭即將來臨
兩封信
戰(zhàn)爭與核彈
鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
在德國的最后時光
8 爭取和平與人權(quán)
“二戰(zhàn)”結(jié)束后
禁止核武器
帆船挑戰(zhàn)
公民權(quán)利
以色列
麥卡錫主義
玩轉(zhuǎn)“等效原理”
最后的日子
后記?愛因斯坦依然存在
資?源
后記? 愛因斯坦依然存在
阿爾伯特 ? 愛因斯坦在遺囑中表示,他不希望自己的家成為博物館或用于紀(jì)念他的地方。直至今日,美世街 112號依然是一座私人住宅。但是,并非所有事都遵從了他的遺愿。
愛因斯坦的大腦
為愛因斯坦進(jìn)行尸體解剖的醫(yī)生在完成尸檢后摘除了他的大腦,并對他的家人進(jìn)行了隱瞞。 托馬斯?哈維聲稱,他希望可以通過研究愛因斯坦的大腦來了解他天才的來源。
哈維的所作所為并沒有得到愛因斯坦家人的許可。要不是幾天后哈維的兒子在學(xué)校提起這件事,他們可能永遠(yuǎn)都不會知道。哈維的兒子當(dāng)時上五年級,有一天老師問學(xué)生們最近有什么新聞發(fā)生時,一個小女孩提起愛因斯坦去世的消息,小哈維便脫口而出:“他的大腦在我爸爸那兒!
愛因斯坦的家人對此十分不滿,但是哈維以為科學(xué)服務(wù)的名義使他們不再繼續(xù)追究。然而,哈維沒有任何開展大腦研究的背景。所以,任何能將他說服的科學(xué)家,他都會寄出愛因斯坦的腦組織切片給他們進(jìn)行研究,但是很多年過去了,卻沒有什么有價值的研究成果。后來,哈維搬家到了堪薩斯州,他把剩下的部分保存在兩個玻璃餅干罐中,放在他辦公室的架子上保存。
針對愛因斯坦大腦的研究直到 20 世紀(jì) 90 年代末才出現(xiàn)一些進(jìn)展?茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)了他大腦結(jié)構(gòu)中的一些微小差異:他大腦的一處頂葉?負(fù)責(zé)數(shù)學(xué)和空間推理?比普通人大 15%。但是,這還是不足以證明他的天賦就源自那里。
愛因斯坦的家庭
根據(jù)愛因斯坦的遺愿,海倫?杜卡斯和他的朋友奧托?內(nèi)森成為他信件和論文的托管人。多年來,杜卡斯專心整理著他的各種文稿,也守護(hù)著他的聲譽。她不但寫了幾本關(guān)于她前任老板的書,還成功阻止了所有看過愛因斯坦文稿并想將他和米列娃在結(jié)婚前就育有一女的事泄露出去的人。1981年12月,在杜卡斯去世的前幾個月,愛因斯坦的論文被轉(zhuǎn)移到希伯來大學(xué),那之后就一直保存在那里,直至今日。
漢斯?阿爾伯特?愛因斯坦在 加利福尼亞大學(xué)伯克利分校任教,教授土木工程學(xué),直至去世。他的妻子弗里達(dá)1958年10月去世。一年后,漢斯?阿爾伯特再婚,與伊麗莎白?羅伯茨組建了新的家庭。1973年7月26日,漢斯?阿爾伯特在出席一個會議時突發(fā)心臟病,在馬薩諸塞州的伍茲霍爾去世。他的兒子伯恩哈德繼承了祖父的衣缽,成為一名物理學(xué)家,于 2008 年去世。漢斯?阿爾伯特和弗里達(dá)的養(yǎng)女伊芙琳于2011年4月去世。
1964年,愛德華?愛因斯坦不幸中風(fēng),在此之前他一直在蘇黎世精神醫(yī)學(xué)大學(xué)接受治療。中風(fēng)之后的第二年,1965年10月25日,他在蘇黎世去世。
瑪格特?愛因斯坦一直居住在美世街的家中,直到1986年7月去世。
愛因斯坦的科學(xué)遺產(chǎn)
阿爾伯特?愛因斯坦去世后的幾十年中,他的創(chuàng)新性理論一直經(jīng)受著各種檢驗。黑洞和宇宙大爆炸?在愛因斯坦活著的時候還只是個理論而已?時至今日已經(jīng)成為現(xiàn)代宇宙學(xué)的基礎(chǔ)。
美國航空航天局對相對論做了詳盡的研究。為驗證等效原理,1976年,美國國家航空航天局實施了“引力探測器A”計劃。探測器搭載了一個非常精密的時鐘,可以與地球上的另一個時鐘進(jìn)行比較。通過對其數(shù)據(jù)的分析,科學(xué)家們驗證了愛因斯坦關(guān)于時空在引力場中的變化理論。
2004年,美國航空航天局成功發(fā)射了“引力探測器B”衛(wèi)星,用于進(jìn)一步測量地球周圍的時空彎曲。它圍繞地球運行了一年半的時間,利用超高精度的陀螺儀進(jìn)行詳細(xì)的測量。所有數(shù)據(jù)再次驗證了愛因斯坦的廣義相對論。
另外一個可以驗證愛因斯坦理論的工具,就在你的衣服口袋里。如果你的手機使用的是全球定位系統(tǒng)(GPS),這個系統(tǒng)的程序編制就解釋了時空的彎曲。全球定位系統(tǒng)所接收的信號來自遠(yuǎn)在地球之外的各種人造衛(wèi)星,其內(nèi)部時鐘的運行速度與你手機中的時鐘有差異。這種差異看起來可能微乎其微,不值得一提,但是考慮到光的速度,時間上的微小變化會導(dǎo)致在這段時間內(nèi)光線運行距離的巨大差異。如果沒有相對論的修正,你的GPS可能每天都會相差幾千米。
那么,是否愛因斯坦的所有理論都可以經(jīng)受得住未來研究的檢驗?縱觀歷史,你即便不是天才,也可以知道答案,相信愛因斯坦就對了。