爱因斯坦的主要贡献是什么？

爱因斯坦在他的论文《论运动物体的电动力学》中提出了狭义相对论的两个基本公设:“光速不变”和“相对性原理”。根据这两个公设，在运动速度接近光速时，对经典力学进行了一些重要的修正，从而解决了麦克斯韦方程组与经典力学定律之间的矛盾。经过整理，这些开创性的工作成为爱因斯坦的狭义相对论。

承认时空的相对性和光速的不变性，得出几个必然的推论。首先，一个运动的物体在其运动方向上会出现长度收缩。第二，移动的物体会经历时间膨胀。换句话说，运动的时钟比静止的时钟走得慢。第三，以太的概念其实是多余的，无用的。

爱因斯坦在他的论文中表达了质量和能量的等效性，从狭义相对论的方程推导出了质能方程e。=?mc2 .这意味着能量和质量实际上是一回事，可以相互转换。对于任何物体来说，它的质量都会随着它的速度而增加。

多年来，爱因斯坦的相对论一直备受争议。他获得诺贝尔物理学奖1921年不是因为赞扬他对相对论的巨大贡献。普朗克是支持相对论的最热情的物理学家之一。

2.光子和能量量子

爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中提出了光量子假说，即光是由离散的能量量子组成的，称为光量子，后简称光子。起初，光量子假说受到物理学家的强烈质疑，包括马克斯·普朗克和尼尔斯·玻尔。

后来罗伯特·密立根的实验证实了光电效应的方程，阿瑟·康普顿的康普顿散射实验表明光在某些情况下会显现出粒子。直到1919，光量子假说才被广泛接受。

爱因斯坦得出结论，频率为f的光束由能量为hf的光量子组成；其中h是普朗克常数。对于这个结论，爱因斯坦没有给出很多解释。事实上，他并不确定光量子和光波之间的关系。然而，他确实提出这个想法可以解释一些实验结果，尤其是光电效应。

3.量子化原子振动

在1906论文普朗克的辐射理论和比热容理论中，爱因斯坦提出了一种新的描述物质的物理模型，叫做爱因斯坦模型。在这个模型中，晶格结构中的每个原子都被看作一个独立的量子谐振子，每个原子都像弹簧一样作同频率的简谐振动，因此具有离散的能级。

Duron-Roland定律预言比热容为常数，该模型在高温极限给出了相同的理论结果；当温度趋于零时，模型预测比热容也趋于零，这与实验结果一致。这是20世纪初发现的第三个重要的量子论。

爱因斯坦的模型预言比热容作为温度的指数函数趋于零，因为它假设所有谐振子的振动频率都是相同的。彼得·德拜修改了这个假设。在他发展的德拜模型中，振动频率不同，所以比热容作为温度的三次函数趋于零。

4.波粒二象性

在爱因斯坦的光量子假说中，光量子只是表现出能量的不连续性，并没有被赋予粒子应该具有的性质，所以不能严格地认为是粒子。1909年，在爱因斯坦发表的两篇论文《关于辐射的现状》和《关于我们对辐射的本质和组成的看法的发展》中，爱因斯坦阐明了光量子具有明确定义的动量，并在某些方面表现出点状粒子的物理行为。

这两篇论文引入了光子的概念(吉尔伯特·刘易斯在1926中命名了光子这个术语)，启发了量子力学中波粒二象性的概念。他还说，理论物理的下一阶段将发展一种理论，可以把光的波动理论和光的粒子理论结合起来。这里的“聚变”是指波粒二象性，或者更多的引申，是尼尔斯·玻尔后来提出的互补原理。

5.临界乳光理论

在临界点附近，照射在介质上的光束会被介质强烈散射，称为临界乳光。1908年，波兰物理学家马里恩·斯莫鲁乔夫斯基(Marion Smoluchowski)首先表明临界乳光的机制是介质密度的涨落，他没有给出相关的方程。

两年后，爱因斯坦用统计力学严格讨论了介质的分子结构所形成的密度涨落，并由此推导出了相关方程，并利用这个方程给出了另一种计算阿伏伽德罗常数的方法。更有趣的是，这种关键的乳光机制可以解释天空是蓝色的现象。

根据瑞利散射理论，瑞利散射光的辐照度与入射光波长的四次方成反比。瑞利散射被用来解释天空中的蓝色现象。波长较短的蓝光比波长较长的红光更容易产生瑞利散射。因此，天空是蓝色的。瑞利散射方程能准确描述光束对气体的瑞利散射行为，但不适用于液体。

爱因斯坦的临界乳光理论更普遍地适用于液体和气体；瑞利散射只是临界乳光的一个特例。后来，布鲁诺·齐姆分析了气体和液体中粒子的随机性，并扩展瑞利散射理论来描述光在液体中的散射行为。

6、零点能量

零点能是指量子系统处于基态时所拥有的能量，量子系统所拥有的能量不能低于零点能。普朗克在重述他的量子理论1911到1913时提出了零点能的概念。

爱因斯坦和他的助手奥托·斯汀对这个想法非常感兴趣。他们开发了一种方法来证明零点能的存在。他们假设双原子分子的转动能中含有零点能，所有双原子分子都以相同的角速度转动，进而计算出双原子分子气体的比热容。

7.广义相对论

爱因斯坦的广义相对论，创立于1907-1915之间，是一种引力理论。根据广义相对论，在质量和质量之间观测到的引力来自于这些质量引起的时空弯曲。在现代天体物理学中，广义相对论是一个重要的工具。

爱因斯坦在1921接受诺贝尔物理学奖时表示，狭义相对论对惯性运动的偏好并不令人满意，它从一开始就不偏好任何运动状态(无论是匀速运动还是加速度运动)的理论应该更令人满意，因此他将努力发展广义相对论。

他在1907的论文《论相对论原理及由此得出的结论》中指出，自由落体实际上是一种惯性运动，狭义相对论的规则应该适用于自由落体的观测者。爱因斯坦没有对这个题目进行详细的分析，这个题目后来被称为等效原理。

此外，他还初步预言了引力红移，即注入引力势阱的光会发生蓝移，而引力势阱发出的光会发生红移；也大致预测了光在引力场中的偏转，即光子的路径在引力场中会发生偏转。这些预测后来被实验所证实。

爱因斯坦扩展了1907的论文，在1911写了《论引力对光传播的影响》这篇论文。在这篇论文中，他重新详细分析了光在重力场中的偏转，得到了可以严格检验的结果，即光通过太阳产生的引力场时偏转的角度。这一预测可以在实验中得到严格检验，因此他呼吁实验者们引起重视，尽快完成实验。

8.引力波

引力波是时空曲率的波纹，以波的形式从波源向外传播，同时向外传递能量。1916年，爱因斯坦预言了引力波的存在。根据广义相对论，洛伦兹不变性使得引力波的存在成为可能，因为引力相互作用必须以有限的速度在空间传播。牛顿万有引力定律无法预测这个结果，因为它假设引力相互作用在空间中以无穷大的速度传播。

普林斯顿大学的物理学家罗素·赫尔斯和约瑟夫·泰勒在1974年发现了第一个脉冲双星系统PSR B1913+16。通过对它的深入研究，首次发现了引力波存在的间接定量证据。2016 2月11在爱因斯坦论文发表一个世纪后，LIGO团队宣布直接探测到了引力波，其来源来自于双黑洞的聚变机制。

9.宇宙学

完全装备了超级强大的广义相对论，爱因斯坦准备在宇宙学的梦想领域大显身手。1917年，他应用广义相对论对整个宇宙结构进行建模。从当时的实验观察推断，他认为宇宙的范围是有限的，没有边界，因为宇宙的质量会把时空弯曲回自己，就像球体的表面一样，面积有限，没有边界。

这种宇宙被称为静态宇宙。但是根据爱因斯坦的场方程，静态的宇宙是不可能存在的，宇宙只能膨胀或者收缩。为了让宇宙保持静止，爱因斯坦在他的方程中加入了一个宇宙常数项，然后让宇宙常数项和宇宙质量项相互抵消，这样宇宙常数项就可以抵抗引力的作用，实现静止的宇宙。

然而，埃德温·哈勃确定宇宙在1929年膨胀。爱因斯坦不得不放弃宇宙常数，他认为这是“他一生中最大的错误”引入引力方程。

后来，人们发现宇宙正在加速膨胀。这个现象最简单的说法就是宇宙常数不是零，而是一个很小的值。爱因斯坦的直觉最终可能是正确的。

10，玻色-爱因斯坦统计

印度物理学家satyendra bose在1923年完成了他的论文《普朗克定律和光量子假说》,寄给了《英国哲学杂志》,但被拒绝发表。Bose一点也不气馁，第二年他把论文转发给爱因斯坦征求意见。

在这篇论文中，Bose提出了一个新的统计模型。根据这个模型，光束可以看作是由一组不可分辨的粒子组成的气体，所以在做统计运算时要把所有能量相同的光子组合起来。爱因斯坦注意到玻色的统计模型不仅适用于光子，也适用于许多其他粒子，这些粒子后来被称为玻色子。爱因斯坦将玻色的论文翻译成德文，发表在德国的《物理时代》上。

爱因斯坦将玻色理论推广到有质量的粒子，在1924年发表了一篇论文《单原子理想气体的量子理论》。第二年，他发表了一篇论文，预言玻色子在被冷却到极低的温度时，会凝聚到其最低能量的量子态，因此会出现一种新的物质状态，称为玻色-爱因斯坦凝聚态。

1995年，科罗拉多大学博尔德分校的Eric Cornell和Carl Weiman在170 nK(1.7×10？7?在k)的低温下首次观察到玻色-爱因斯坦凝聚。4个月后，麻省理工学院的wolfgang ketterle利用钠原子气体独立实现了玻色-爱因斯坦凝聚。

11，奇迹年论文

爱因斯坦在1905年的《物理学年鉴》上发表了四篇划时代的论文。从来没有人在如此短的时间内对现代物理学做出如此多的伟大贡献。这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。这四篇论文分别是:关于光的产生和转化的启发性观点，热分子运动理论所要求的静止液体中悬浮粒子的运动，关于运动物体的电动力学，物体的惯性与它所包含的能量有关吗？》

扩展数据:

当阿道夫·希特勒在1933年成为德国总理时，爱因斯坦正在美国访问。因为爱因斯坦是犹太人，即使他是普鲁士科学院的教授，他也没有回到德国。1940年定居美国，后成为美国公民。

二战前夕，他签署了一封给时任美国总统富兰克林·罗斯福的信，信中提到德国可能会研制出一种新的威力巨大的炸弹，因此他建议美国也应尽快进行相关研究，美国也因此启动了曼哈顿计划。爱因斯坦支持加强盟军，但谴责将新发现的核裂变用于武器的想法。后来，爱因斯坦和英国哲学家伯特兰·罗素签署了《罗素-爱因斯坦宣言》，强调了核武器的危险性。

爱因斯坦一生发表了300多篇科学论文和150篇非科学著作。爱因斯坦被誉为“现代物理学之父”，是20世纪世界上最重要的科学家之一。他杰出而独到的科学成就，使“爱因斯坦”一词成为“天才”的代名词。