爱因斯坦1900年毕业于苏黎世工业大学,并入瑞士籍。1905年获苏黎世大学哲学博士学位。曾在伯尔尼专利局任职。苏黎世工业大学、布拉格德意志大学教授。1913年返德国,任柏林威廉皇帝物理研究所长和柏林大学教授,并当选为普鲁士科学院院士。1933年因受纳粹政权迫害,迁居美国,任普林斯顿高级研究所教授,从事理论物理研究,1940年入美国国籍。
十九世纪末期是物理学的变革时期,爱因斯坦从实验事实出发,重新考查了物理学的基本概念,在理论上作出了根本性的突破。他的一些成就大大推动了天文学的发展。他的量子理论对天体物理学、特别是理论天体物理学都有很大的影响。理论天体物理学的第一个成熟的方面——恒星大气理论,就是在量子理论和辐射理论的基础上建立起来的。爱因斯坦的狭义相对论成功地揭示了能量与质量之韦尔奇为人情恶间的关系,解决了长期存在的恒星能源来源的难题。近年来发现越来越多的高能物理现象,狭义相对论已成为解释这种现象的一种最基本的理论工具。其广义相对论也解决了一个天文学上多年的不解之谜,并推断出后来被验证了的光线弯曲现象,还成为后来许多天文概念的理论基础。
爱因斯坦对天文学最大的贡献莫过于他的宇宙学理论。他创立了相对论宇宙学,建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型,并引进了宇宙学原理、弯曲空间等新概念,大大推动了现代天文学的发展。
编辑本段成长履历
1879年3月14日上午11时30分,爱因斯坦出生在德国乌尔姆市班霍夫街135号。父母都是犹太人。父名赫尔曼·爱因斯坦,母亲波林·科克。 爱因斯坦
1884年,爱因斯坦对袖珍罗盘着迷。
1885年,爱因斯坦开始学小提琴。
1886年,爱因斯坦在慕尼黑公立学校(CouncilSchool)读书;在家里学习犹太教的按时打发 教规。
1888年,爱因斯坦入路易波尔德高级中学学习。在学校继续受宗教教育,接受受戒仪式。弗里德曼是指导老师。
1889年,在医科大学生塔尔梅引导下,读通俗科学,按时打发撒锁定 读物和哲学著作。
1891年,自学欧几里德几何学(Euclidean geometry),感到狂热的喜爱,同时开始自学高等数学。
1892年,开始读康德(ImmanuelKant)的著作。 1895年,自学完微积分(calculous)。
1896年,获阿劳中学毕业z书。10月,进苏黎世联邦工业大学师范系学习物理。
1899年10月19日,爱因斯坦正式申请瑞士公民权。
1900年8月爱因斯坦毕业于苏黎世联邦工业大学;12月完成论文《由毛细管现象得到的推论》,次年发表在莱比锡《物理学杂志》上并入瑞士籍。
1901年3月21日,取得瑞士国籍。在这一年5-7月完成电势差的热力学理论的论文。
1904年9月,由专利局的试用人员转为正式三级技术员。
1905年3月,发展量子论,提出光量子假说,解决了光电效应问题。4月向苏黎世大学提出论文《分子大小的新测定法》,取得博士学位。5月完成论文《论动体的电动力学》,独立而完整地提出狭义相对性原理,开创物理学的新纪元。
1906年4月,晋升为专利局二级技术员。11月完成固体比热的论文,这是关于固体的量子论的第一篇论文。 1908年10月兼任伯尔尼大学编外讲师。
1909年10月,离开伯尔尼专利局,任苏黎世大学理论物理学副教授。爱因斯坦
1910年10月,完成关于临界乳光的论文。
1912年提出“光化当量”定律。
1913年他返德国,任柏林威廉皇帝物理研究所长和柏林大学教授,并当选为普鲁士科学院院士。
1914年4月,爱因斯坦接受德国科学界的邀请,迁居到柏林,
8月 即爆发了第一次世界大战。他虽身居战争的发源地,生活在战争鼓吹者的包围之中,却坚决地表明了自己的反战态度。
9月 爱因斯坦参与发起反战团体“新祖国同盟”,在这个组织被宣布为非法、成员大批遭受逮捕和迫害而转入地下的情况下,爱因斯坦仍坚决参加这个组织的秘密活动。
10月 德国的科学界和文化界在军国主义分子的 *** 纵和煽动下,发表了“文明世界的宣言”,为德国发动的侵略战争辩护,鼓吹德国高于一切,全世界都应该接受“真正德国精神”。在“宣言”发烧碟阀锁定上签名的有九十三人,都是当时德国有声望的科学家、艺术家和牧师等。就连能斯脱、伦琴、奥斯特瓦尔德、普朗克等都在上面签了字。当征求爱因斯坦签名时,他断然拒绝了,而同时他却毅然在反战的《告欧洲人书》上签上自己的名字。这一举动震惊了全世界。
1915年11月,提出广义相对论引力方程的完整形式,并且成功地解释了水星近日点运动。 爱因斯坦
1916年3月,完成总结性论文《广义相对论的基础》。5月提出宇宙空间有限无界的假说。8月完成《关于辐射的量子理论》,总结量子论的发展,提出受激辐射理论。
1917年,列宁领导的苏联社会主义革命胜利后,爱因斯坦热情地支持这个伟大的革命,赞扬这是一次对全世界将有决定性意义的、伟大的社会实验,表示:“我尊敬列宁,因为他是一位有完全自我牺牲精神,全心全意为实现社会正义而献身的人。我并不认为他的方法是切合实际的,但有一点可以肯定:象他这种类型的人,是人类良心的维护者和再造者。”
1918年11月,德国工人和士兵在俄国十月革命胜利的影响和鼓舞下,发动起义,推翻了德皇威廉二世下台第三天,爱因斯坦即给他的母亲连续写了两张明信片,欢呼“伟大的事变发生了……亲身经历了这个事变是多么荣幸!” 在二十年代到三十年代初期,爱因斯坦基本上是一个绝对的和平主义者。但是,侵略和掠夺战争不断发生的现实,打破了他那美好的梦想。特别是1933年希特勒上台后,德国日益法西斯化,使爱因斯坦意识到新的野蛮战争不可避免,促使他改变了自己的观点。他明确表示:“当法律和人类尊严必需保卫时,我们一定要战斗。自从法西斯的危险到来后,现在我不再相信绝对的被动的和平主义是有效的了。只要法西斯主义统治欧洲,那就不会有和平。” 由于爱因斯坦的进步活动,又因为他是犹太人,因而被德国纳粹分子列为重要的迫害对象,幸而他1932年底离开德国到美国讲学,才未遭毒手。他在柏林的住屋被查抄和捣毁,他的财产被没收,他的著作被焚毁,纳粹还悬赏二万马克要杀害他。面对纳粹分子暗杀的危险,爱因斯坦没有丝毫的畏惧,而是更坚定地战斗。当他的挚友劳厄写信劝他对政治问题采取明哲保身的态度时,他不顾个人安危,大声疾呼,指出法西斯就意味着战争,和平必须用武装来保卫,呼吁美国人民起来同法西斯作斗争。 当爱因斯坦后来从无线电广播知道美国对广岛、长崎投下原子d,杀伤许多平民时他感到非常痛心。是打发他后来写了一封告美国公民书,说:“我们将此种巨大力量解放的科学家们,对于一切事物都要优先负起责任,必须限制原子能绝对不能使用来杀害全人类,而是用来增进人类的幸福方面。”
1919年 爱因斯坦的理论被视为“人类思想史中最伟大的成就之一”。12月,接受德国唯一的名誉学位:罗斯托克大学的医学博士学位。
1921年4月2日到5月30日间,为了给耶路撒冷的希伯莱大学的创建筹集资金,同魏茨曼一起首次访问美国。
1922年1月,完成关于统一场论的第一篇论文。7月受到被谋杀的威胁,暂离柏林。10月8日,爱因斯坦和艾尔莎在马赛乘轮船赴日本。沿途访问科伦坡、新加坡、香港和上海。11月9日,在去日本途中,爱因斯坦被授予1921年“诺贝尔物理学奖”。11月17日-12月29日,访问日本。
1923年7月,到哥德堡接受1921年度诺贝尔奖金。12月,第一次推测量子效应可能来自过度约束的广义相对论场方程。
1924年,发现了“波色-爱因斯坦凝聚”。
1925年以后,爱因斯坦全力以赴去探索统 按时打发是打发一场论。开头几年他非常乐观,以为胜利在望;后来发现困难重重,他认为现有的数学工具不够用。
1925年-1955年这30年中,除了关于量子力学的完备性问题、引力波以及广义相对论的运动问题以外,爱因斯坦几乎把他全部的科学创造精力都用于统一场论的探索。
1926年,被选为苏联科学院院士。
1928年以后转入纯数学的探索。他尝试着用各种方法,但都没有取得具有真正物理意义的结果。
1月,被选为“德国人权同盟”(前身为德国“新祖国同盟”)理事。
1929年3月,50岁生日,躲到郊外以避免生日庆祝会。6月28日获“普朗克奖章”。
1930年12月11日至1931年3月4日,爱因斯坦第二次到美国访问,在加利福尼亚州理工学院讲学。
1932年7月,同弗洛伊德通信,讨论战争的心理问题;号召德国人民起来保卫魏玛共和国,全力反对法西斯。
1933年1月30日,纳粹上台。
3月10日,在帕莎第纳发表不回德国的声明,次日启程回欧洲。
3月20日,纳粹搜查他的房屋,他发表抗议。后他在上帝发誓德国的财产被没收,著作被焚。
1935年5月,在百慕大正式申请永远在美国居住。是年,为使诺贝尔奖金(和平奖)赠予被关在纳粹集中营中的奥西茨基,而四处奔走。
1937年3月声援中国“七君子”。
1937年,在两个助手合作下,他从广义相对论的引力场方程推导出运动方程,进一步揭示了空间——时间、物质、运动之间的统一性,这是广义相对论的重大发展,也是爱因斯坦在科学创造活动中所取得的最后一个重大成果。 在统一场理论方面,他始终没有成功,他从不气馁,每次都满怀信心底从头开始。由于他远离了当时物理学研究的主流,独自去进攻当时没有条件解决的难题,因此,同20年代的处境相反,他晚年在物理学界非常孤立。可是他依然无所畏惧,毫不动摇地走他自己所认定的道路,直到临终前一天,他还在病床上准备继续他的统一场理论的数学计算。 全人类命运的关注者 爱因斯坦热爱科学,也热爱人类。他没有因为埋头于科学研究而把自己置于社会之外,一直关心着人类的文明和进步,并为之顽强、勇敢地战斗。他说过:“人只有献身于社会,才能找出那实际上是短暂而又有风险的生命的意义”,他自己正是这样去做的。
1938年9月,给五千年后的子孙写信,对资本主义社会现状表示不满。
1939年8月2日,上书罗斯福总统,建议美国抓紧原子能研究,防止德国抢先掌握原子d。
1940年5月22日,他致电罗斯福,反对美国的中立政策。
10月1日取得美国国籍。
1943年5月,作为科学顾问参与美国海军部工作。
1944年,他为支持反法西斯战争,以600万美元拍卖1905年狭义相对论论文手稿。
1947年,他继续发表大量关于世界政府的言论。
1949年1月,写《对批评的回答》,对哥本哈根学派在文集《阿尔伯特·爱因斯坦:哲学家—科学家》中的批判进行反批判。
1950年2月13日,他发表电视演讲,反对美国制造氢d。3月18日,在遗嘱上签字盖章。
1951年,连续发表文章和信件,指出美国的扩军备战政策是世界和平的严重障碍。
1952年11月,以色列第1任总统魏斯曼死后,以色列政府请他担任第2任总统,被拒绝。
1954年3月,他被美国参议员麦卡锡公开斥责为“美国的敌人”。
1955年,爱因斯坦与罗素联名发表了反对核战争和呼吁世界和平的《罗素—爱因斯坦宣言》。
1955年4月18日1时25分,他在医院逝世。 漫长艰难的探索广义相对论建成后,爱因斯坦依然感到不满足,要把广义相对论再加以推广,使它不仅包括引力场,也包括电磁场。他认为这是相对论发展的第三个阶段,即统一场论。 埃担罚的发生的
编辑本段轶事
■爱因斯坦逃学记
1895年春天,爱因斯坦已16岁了。根据德国当时的法律,男孩只有在17岁以前离开德国才可以不必回来服兵役。由于对军国主义深恶痛绝,加之独自一人呆在军营般的路易波尔德中学已忍无可忍,爱因斯坦没有同父母商量就私自决定离开德国,去意大利与父母团聚。 但是,半途退学,将来拿不到文凭怎么办呢?一向忠厚、单纯的爱因斯坦,情急之中竟想出一个自以为不错的点子。他请数学老师给他开了张证明,说他数学成绩优异,早达到大学水平。又从一个熟悉的医生那里弄来一张病假证明,说他神经衰弱,需要回家静养。爱因斯坦以为有这两个证明,就可逃出这厌恶的地方。 谁知,他还没提出申请,训导主任却把他叫了去,以他败坏班风,不守校纪的理由勒令退学。爱因斯坦脸红了,不管什么原因,只要能离开这所中学,他都心甘情愿,也顾不得什么了。他只是为自己想出一个并未实施的狡猾的点子突然感到内疚,后来每提及此事,爱因斯坦都内疚不已。大概这种事情与他坦率、真诚的个性相去太远。
■成功的秘诀
有一次,一个美国记者问爱因斯坦关于他成功的秘诀。他回答:“早在1901年,我还是二十二岁的青年时,我已经发现了成功的公式。我可以把这公式的秘密告诉你,那就是A=X+Y+Z! A就是成功,X就是努力工作,Y是懂得休息,Z是少说废话!这公式对我有用,我想对许多人也是一样有用。”
■拒绝出任以色列第二任总统
1948年5月14日,以色列国诞生,但不久以色列与周围阿拉伯国家的战争便爆发了。已经定居在美国十多年的爱因斯坦立即向媒体宣称:“现在,以色列人再不能后退了,我们应该战斗。犹太人只有依靠自己,才能在一个对他们存有敌对情绪的世界上生存下去。”1952年11月9日,爱因斯坦的老朋友以色列首任总统魏茨曼逝世。在此前一天,就有以色列驻美国大使向爱因斯坦转达了以色列总理本·古里安的信,正式提请爱因斯坦为以色列共和国总统候选人。当日晚,一位记者给爱因斯坦的住所打来电话,询问爱因斯坦:“听说要请您出任以色列共和国总统,教授先生。您会接受吗?”“不会。我当不了总统。”“总统没有多少具体事务,他的位置是象征性的。教授先生,您是最伟大的犹太人。不,不,您是全世界最伟大的人。由您来担任以色列总统,象征犹太民族的伟大,再好不过了。”“不,我干不了。” 爱因斯坦刚放下电话,电话铃又响了。这次是驻华盛顿的以色列大使打来的。大使说:“教授先生,我是奉以色列共和国总理本·古里安的指示,想请问一下,如果提名您当总统候选人,您愿意接受吗?”“大使先生,关于自然,我了解一点,关于人,我几乎一点也不了解。我这样的人,怎么能担任总统呢?请您向报界解释一下,给我解解围。” 大使进一步劝说:“教授先生,已故总统魏茨曼也是教授呢。您能胜任的。”“魏茨曼和我不是一样的。他能胜任,我不能。”“教授先生,每一个以色列公民,全世界每一个犹太人,都在期待您呢!” 爱因斯坦的确被同胞们的好意感动了,但他想得更多的是如何委婉地拒绝大使和以色列政府,又不使他们失望,不让他们窘迫。不久,爱因斯坦在报上发表声明,正式谢绝出任以色列总统。在爱因斯坦看来,“当总统可不是一件容易的事。”同时,他还再次引用他自己的话:“方程对我更重要些,因为政治是为当前,而方程却是一种永恒的东西。”
■爱因斯坦怎样走近中国?
早在1919年,爱因斯坦的相对论就开始介绍到中国,特别是通过1920年英国哲学家罗素来华讲学,给中国学术界留下了深刻的印象。爱因斯坦本人的目光也曾一次次地投射到古老而陌生的中国,1922年冬天,他应邀到日本讲学,往返途中,两次经过上海,一共停留了三天,亲眼看到了处于苦难中的中国,并寄予深切的同情。他在旅行日记中记下“悲惨的图象”和他的感慨:“在外表上,中国人受人注意的是他们的勤劳,是他们对生活方式和儿童福利的要求的低微。他们要比印度人更乐观,也更天真。但他们大多数是负担沉重的:男男女女为每日五分钱的工资天天在敲石子。他们似乎鲁钝得不理解他们命运的可怕。”“爱因斯坦看到这个在劳动着,在呻吟着,并且是顽强的民族,他的社会同情心再度被唤醒了。他认为,这是地球上最贫困的民族,他们被残酷地虐待着,他们所受的待遇比牛马还不如。”(许良英等编译《爱因斯坦文集》,商务印书馆1979年版,20、21页)十几年后(1936年),爱因斯坦在美国普林斯顿大学与前来年进修的周培源第一次个别交谈时就说:“中国人民是苦难的人民。”他的同情是真挚的、发自内心的,不是挂在嘴上,而是付诸行动的。 1931年“九一八”事变发生,日本从东北作为突破口侵略中国的狼子野心已昭然若揭,当时的国际社会却表现出无奈和无能,当年11年17日,爱因斯坦公开谴责日本侵略东三省的行径,呼吁各国联合起来对日本进行经济制裁,可惜回音空荡。1932年10月,“五四运动的总司令”(毛泽东语)、中国共产党的创始人陈独秀(时已被开除出党)在上海被捕,他和罗素、杜威等具有国际声望的知识分子联名致电蒋介石,要求释放。1937年3月,主张抗日的沈钧儒、章乃器、王造时、史良等“七君子”锒铛入狱后,他又联合杜威、孟禄等著名知识分子通电援救,向国民党当局施加道义的压力。1938年6月,为了帮助中国的抗日战争,他还和罗斯福总统的长子一同发起“援助中国委员会”,在美国2000个城镇开展援华募捐活动。 爱因斯坦是真正的世界公民,他的爱是没有国界的,他对中国的感情没有任何功利色彩,完全建立在人类的同情心和强烈的人道主义情怀之上。他的思想也对中国日益产生深刻而久远的影响,“九一八”事变后不久,还在读初二的少年许良英就是他的热情崇拜者,希望长大了做一个像他那样的科学家。1934年,爱因斯坦的文集《我的世界观》在欧洲出版,几年后(1937年抗战前夕)就有了中译本,是留学法国的物理学教授叶蕴理根据法文译本转译的,由于国难当头,这本书并没有引起多少反响,但青年许良英在1938年上大学前有幸买到了一本,并认真精读了一遍,深受启发,开始严肃地思考人生的意义、人与国家的关系等问题,爱因斯坦的许多至理名言令他终生难忘,爱因斯坦的形象在他未来的人生道路上始终占有重要的地位。1955年,爱因斯坦去世后,许良英和周培源都曾发表长篇悼念文章。不幸的是1968年到1976年的8年间,爱因斯坦在中国竟成了“本世纪以来最自然科学领域中最大的资产阶级反动学术权威”,“四人帮”掀起了一场荒诞的批评爱因斯坦运动,好在多数科学家不予理睬,实际上进行了抵制。1979年,北京还隆重举行了爱因斯坦诞辰100周年的纪念大会。
爱因斯坦
编辑本段相对论
■狭义相对论的创立
早在16岁时,爱因斯坦就从书本上了解到光是以很快速度前进的电磁波,他产生了一个想法,如果一个人以光的速度运动,他将看到一幅什么样的世界景象呢?他将看不到前进的光,只能看到在空间里振荡着却停滞不前的电磁场。这种事可能发生吗?
与此相联系,他非常想探讨与光波有关的所谓以太的问题。以太这个名词源于希腊,用以代表组成天上物体的基本元素。17世纪,笛卡尔首次将它引入科学,作为传播光的媒质。其后,惠更斯进一步发展了以太学说,认为荷载光波的媒介物是以太,它应该充满包括真空在内的全部空间,并能渗透到通常的物质中。与惠更斯的看法不同,牛顿提出了光的微粒说。牛顿认为,发光体发射出的是以直线运动的微粒粒子流,粒子流冲击视网膜就引起视觉。18世纪牛顿的微粒说占了上风,然而到了19世纪,却是波动说占了绝对优势,以太的学说也因此大大发展。当时的看法是,波的传播要依赖于媒质,因为光可以在真空中传播,传播光波的媒质是充满整个空间的以太,也叫光以太。与此同时,电磁学得到了蓬勃发展,经过麦克斯韦、赫兹等人的努力,形成了成熟的电磁现象的动力学理论——电动力学,并从理论与实践上将光和电磁现象统一起来,认为光就是一定频率范围内的电磁波,从而将光的波动理论与电磁理论统一起来。以太不仅是光波的载体,也成了电磁场的载体。直到19世纪末,人们企图寻找以太,然而从未在实验中发现以太。
但是,电动力学遇到了一个重大的问题,就是与牛顿力学所遵从的相对性原理不一致。关于相对性原理的思想,早在伽利略和牛顿时期就已经有了。电磁学的发展最初也是纳入牛顿力学的框架,但在解释运动物体的电磁过程时却遇到了困难。按照麦克斯韦理论,真空中电磁波的速度,也就是光的速度是一个恒量,然而按照牛顿力学的速度加法原理,不同惯性系的光速不同,这就出现了一个问题:适用于力学的相对性原理是否适用于电磁学?例如,有两辆汽车,一辆向你驶近,一辆驶离。你看到前一辆车的灯光向你靠近,后一辆车的灯光远离。按照麦克斯韦的理论,这两种光的速度相同,汽车的速度在其中不起作用。但根据伽利略理论,这两项的测量结果不同。向你驶来的车将发出的光加速,即前车的光速=光速+车速;而驶离车的光速较慢,因为后车的光速=光速-车速。麦克斯韦与伽利略关于速度的说法明显相悖。我们如何解决这一分歧呢?
19世纪理论物理学达到了巅峰状态,但其中也隐含着巨大的危机。海王星的发现显示出牛顿力学无比强大的理论威力,电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整,并被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。在人们的心目中,古典物理学已经达到了近乎完美的程度。德国著名的物理学家普朗克年轻时曾向他的老师表示要献身于理论物理学,老师劝他说:“年轻人,物理学是一门已经完成了的科学,不会再有多大的发展了,将一生献给这门学科,太可惜了。”
爱因斯坦似乎就是那个将构建崭新的物理学大厦的人。在伯尔尼专利局的日子里,爱因斯坦广泛关注物理学界的前沿动态,在许多问题上深入思考,并形成了自己独特的见解。在十年的探索过程中,爱因斯坦认真研究了麦克斯韦电磁理论,特别是经过赫兹和洛伦兹发展和阐述的电动力学。爱因斯坦坚信电磁理论是完全正确的,但是有一个问题使他不安,这就是绝对参照系以太的存在。他阅读了许多著作发现,所有人试图证明以太存在的试验都是失败的。经过研究爱因斯坦发现,除了作为绝对参照系和电磁场的荷载物外,以太在洛伦兹理论中已经没有实际意义。于是他想到:以及绝对参照系是必要的吗?电磁场一定要有荷载物吗?
爱因斯坦喜欢阅读哲学著作,并从哲学中吸收思想营养,他相信世界的统一性和逻辑的一致性。相对性原理已经在力学中被广泛证明,但在电动力学中却无法成立,对于物理学这两个理论体系在逻辑上的不一致,爱因斯坦提出了怀疑。他认为,相对论原理应该普遍成立,因此电磁理论对于各个惯性系应该具有同样的形式,但在这里出现了光速的问题。光速是不变的量还是可变的量,成为相对性原理是否普遍成立的首要问题。当时的物理学家一般都相信以太,也就是相信存在着绝对参照系,这是受到牛顿的绝对空间概念的影响。19世纪末,马赫在所著的《发展中的力学》中,批判了牛顿的绝对时空观,这给爱因斯坦留下了深刻的印象。 1905年5月的一天,爱因斯坦与一个朋友贝索讨论这个已探索了十年的问题,贝索按照马赫主义的观点阐述了自己的看法,两人讨论了很久。突然,爱因斯坦领悟到了什么,回到家经过反复思考,终于想明白了问题。第二天,他又来到贝索家,说:谢谢你,我的问题解决了。原来爱因斯坦想清楚了一件事:时间没有绝对的定义,时间与光信号的速度有一种不可分割的联系。他找到了开锁的钥匙,经过五个星期的努力工作,爱因斯坦把狭义相对论呈现在人们面前。
计算机(computer)的原来意义是“计算器”,也就是说,人类会发明计算机,最初的目的是帮助处理复杂的数字运算。而这种人工计算器的概念,最早可以追溯到十七世纪的法国大思想家帕斯卡。帕斯卡的父亲担任税务局长,当时的币制不是十进制,在计算上非常麻烦。帕斯卡为了协助父亲,利用齿轮原理,发明了第一台可以执行加减运算计算器 。后来,德国数学家莱布尼兹加以改良,发明了可以做乘除运算的计算器。之后虽然在计算器的功能上多所改良与精进,但是,真正的电动计算器,却必须等到公元1944年才制造出来。从某种意义上,互联网可以说是美苏冷战的产物。在美国,20世纪60年代是一个很特殊的时代。60年代初,古巴核导d危机发生,美国和原苏联之间的冷战状态随之升温,核毁灭的威胁成了人们日常生活的话题。在美国对古巴封锁的同时,越南战争爆发,许多第三世界国家发生政治危机。由于美国联邦经费的刺激和公众恐惧心理的影响,“实验室冷战”也开始了。人们认为,能否保持科学技术上的领先地位,将决定战争的胜负。而科学技术的进步依赖于电脑领域的发展。到了60年代末,每一个主要的联邦基金研究中心,包括纯商业性组织、大学,都有了由美国新兴电脑工业提供的最新技术装备的电脑设备。电脑中心互联以共享数据的思想得到了迅速发展。 美国国防部认为,如果仅有一个集中的军事指挥中心,万一这个中心被原苏联的核武器摧毁,全国的军事指挥将处于瘫痪状态,其后果将不堪设想,因此有必要设计这样一个分散的指挥系统──它由一个个分散的指挥点组成,当部分指挥点被摧毁后其它点仍能正常工作,而这些分散的点又能通过某种形式的通讯网取得联系。1969年,美国国防部高级研究计划管理局( ARPA-Advanced Research Projects Agency )开始建立一个命名为ARPAnet 的网络, 把美国的几个军事及研究用电脑主机联接起来。当初,ARPAnet只联结4台主机,从军事要求上是置于美国国防部高级机密的保护之下,从技术上它还不具备向外推广的条件。 1983年,ARPA和美国国防部通信局研制成功了用于异构网络的TCP/IP协议,美国加利福尼亚伯克莱分校把该协议作为其BSD UNIX的一部分,使得该协议得以在社会上流行起来,从而诞生了真正的互联网。 1986年,美国国家科学基金会(National Science Foundation,NSF)利用ARPAnet发展出来的TCP/IP 的通讯协议,在5 个科研教育服务超级电脑中心的基础上建立了NSFnet广域网。由于美国国家科学基金会的鼓励和资助,很多大学、政府资助的研究机构甚至私营的研究机构纷纷把自己的局域网并入NSFnet中。那时,ARPAnet 的军用部分已脱离母网,建立自己的网络--Milnet。ARPAnet --网络之父,逐步被NSFnet所替代。到1990年, ARPAnet已退出了历史舞台。如今,NSFnet已成为互联网的重要骨干网之一。 1989年,由CERN开发成功WWW ,为互联网实现广域超媒体信息截取/检索奠定了基础。 到了90年代初期,互联网事实上已成为一个"网中网"──各个子网分别负责自己的架设和运作费用,而这些子网又通过NSFnet互联起来。由于NSFnet是由政府出资,因此,当时互联网最大的老板还是美国政府,只不过在一定程度上加入了一些私人小老板。 互联网在80年代的扩张不单带来量的改变,同时亦带来质的某些改变。由于多种学术团体、企业研究机构,甚至个人用户的进入,互联网的使用者不再限于电脑专业人员。 新的使用者发觉, 加入 互联网 除了可共享NSFnet的巨型机外,还能进行相互间的通讯,而这种相互间的通讯对他们来讲更有吸引力。 于是, 他们逐步把互联网 当作一种交流与通信的工具, 而不仅仅是共享NSFnet巨型机的运算能力。 在90年代以前,互联网的使用一直仅限于研究与学术领域。商业性机构进入互联网一直受到这样或那样的法规或传统问题的困扰。事实上,象美国国家科学基金会等曾经出资建造互联网的政府机构对互联网上的商业活动并不感兴趣。 1991年,美国的三家公司分别经营着自己的CERFnet、PSInet及Alternet网络, 可以在一定程度上向客户提供互联网联网服务。他们组成了“商用互联网协会”(CIEA),宣布用户可以把它们的互联网子网用于任何的商业用途。互联网商业化服务提供商的出现,使工商企业终于可以堂堂正正地进入互联网 。 商业机构一踏入互联网这一陌生的世界就发现了它在通讯、资料检索、客户服务等方面的巨大潜力。于是,其势一发不可收拾。世界各地无数的企业及个人纷纷涌入互联网 , 带来互联网发展史上一个新的飞跃。
1、第一台计算机 1946年发明第一台电子计算机ENIAC(埃尼亚克) 发明者:美国宾夕法尼亚大学的莫克利教授和埃克特博士 特 征:电子管用了18000多个 重量达30吨 占地面积约170平方米 耗电150千瓦 计算速度为每秒5000次加法 美籍匈牙利数学家冯·诺依曼提出: 体系结构:控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备 重要思想:存储程序和二进制方法 存储程序:程序和数据一样都存在内存中 [ 以存储程序原理为基础的现在计算机都称为冯·诺依曼型计算机 ] 2、计算机发展的四个阶段 (1)第一代:电子管 (2)第二代:晶体管 (3)第三代:集成电路 (4)第四代:大规模集成电路 新一代计算机 (1)智能计算机 (2)神经网络计算机 (3)生物计算机 名 称 使用时间 基本元件 程序设计/软件系统 用途 运算速度 开始时间 结束时间 上限 下限 电子管计算机时代 1946 50年代后期 电子管 机器语言或汇编语言 科学计算工程计算 几千 几万 晶体管计算机时代 50年代中期 60年代后期 晶体管 FORTRAN、COBOL、ALGOL,并已经出现了 *** 作系统 科学计算工程计算数据处理 几十万次 集成电路计算机时代 60年代中期 70年代前期 集成电路 *** 作系统日渐完善 范围更加广泛 几十万次 几百万次 大规模集成电路计算机时代 70年代初期 至今 大规模集成电路(LSI),并采用集成度更高的半导体芯片作主存储器 系统软件实现了计算机的自动化,正向智能化迈进,计算机网络的研究发展迅速 社会的各个方面;以LSI为基础,微型计算机得到发展 百万次 上亿次 3、发展趋势 (从结构和功能方面看) (1)巨型化 (2)微型化 (3)网络化 (4)多媒体化 4、新的划代方法:按其功能和计算方式划分 (1)主机时代 (2)中、小型机代 (3)微型机代 (4)客户机/服务器代 (5)Internet/Intranet 代
计算机的发明,对社会产生了深远的影响,人们认为它带来的影响可以和蒸汽机的发明相比拟。随着计算机的发展,网络随之而来,而在人类历史上,从来没有任何一项技术及其应用像网络一样发展那么快,对人们的工作、生活、消费和交往方式影响那么大,并且随着高度信息化的网络社会的到来,人类传统的生产方式、生活方式和生存状态必然会发生翻天覆地的变化。人类社会目前又处于了一个历史飞跃时期,正由高度的工业化时代迈向初步的计算机网络时代。网络给人类的工作学习和生活带来了极大的方便,计算机网络技术的发展对人类技术史的发展产生了不可磨灭的深远影响,甚至于一些学者们认为计算机技术的发展将会引起一场新的科学革命。因此我们必须对网络而引发的社会生产和生活各个层面的深层次变化作一个深刻的理解和清醒的认识。 正确认识计算机和网络的力量,是我们讨论计算机网络对当代社会经济、政治和文化产生何种影响的基础,是探讨计算机网络与社会发展之间的关系的前提。对现代社会而言,计算机网络的普及和发展,将会对社会生产和生活的各个方面都产生十分巨大的影响,特别是网络作为一种生产和生活工具被人民广泛接纳和使用之后,计算机网络的作用将会变得更为巨大。下面我们就计算机网络对社会将产生的几方面影响做一下简单地介绍。
首先,网络将会推动社会生产力以更快的速度发展。人类社会经历好几次技术革命,而计算机网络时代到来,宣告了一场新的科技革命的到来。计算机和网络时代的主要元素就是信息,通过计算机和互联网,信息技术的发展将会空前加快,人们了解信息、传递信息的渠道将增多、速度将变快,信息的及时性和有效性也将会变的更强。同时,信息技术的发展也将会推动与信息相关产业的进步与发展,如生物技术和电子技术等。而一些新材料、新能源的开发和利用技术也都将在这一过程中获得巨大发展,从而促使科技作为人类社会第一生产力的地位显得更为突出,甚至可能会让科学技术逐渐上升为一种独立的力量进入物质生产过程,并成为决定生产力大小的决定性要素。
其次,对于个人来说,通过使用计算机和网络,人类的生产方式和生产能力也得到了极大的发展。我们可以预计到在不久的将来,通过计算机网络的连接,人们可以足不出户的完成工作和学习任务,可以让大家节约出更多的时间去处理一些其他的事,使人们在行动甚至是思想上都得到了解放。另外,我们可以借助计算机网络把我们的工作思维和方法输入到机器里面,完成本来我们必须亲手完成的任务。在企业的生产中,我们不仅可以通过计算机来对产品的外形、包装和性能做一个全新的设计,还可以通过计算机对产品的生产、包装和发配过程做一个全程的控制,节省大量的人力和财力。而且我们还可以把企业和公司里的计算机组合成为一个网络体系,由一台主机对分机进行控制,从而形成一个有效的连接网络,保证整生产流程协调进行。通过网络进入生产过程,我们可以把原先大量的人力支配的生产环节节约出来,让他们去从事更为灵活的生产活动,这也可以说是人类生产发展史上的一个飞跃。
再次,计算机网络将会开辟电子化管理的时代。通过计算机网络,将会给政府部门的管理工作带来新的方式和方法。未来电子化的政府管理模式可能会得以实现。今后,上到高级政府职能部门,下到地方各级政府部门都可以通过网络,以电子方式来履行管理的职能,可以建立专门的政府管理的电子系统,发布管理通告,颁布新的政策法律和相关政府新闻,各级政府和部门可以从自身的管理方向出发,建立起电子数据库,为政策的出台和查询提供有效的帮助。另外,通过这些网络,有关部门可以及时了解相关的信息和基层群众反映的情况,从而比较及时做出政策的调整。通过这个专门繁荣电脑网络,可以是政府和职能不满的管理工作更加清晰,对社会普通群众的透明度也会增加,使政府的行为更能受群众监督,保证社会的稳定。另外,还可以通过网络投票方式决定相关政策的出台和重大决议的推出,提高公民参政议政的积极性,保证政府与群众的有效联系。
最后,计算机网络对老百姓生活的改变也将产生极大的影响。通过计算机和网络,我们在今后可以拥有一个新的公共和私人的生领域,使人们的生活方式出现了崭新的形式。网络使人与人之间的沟通更加方便,使人与人之间的关系更为密切,使世界的距离变的越来越小。另外,网络还将会为我们提供任何我们需要的服务,比如收发信息、亲友联系、网上购物、了解及时新闻、收看电视节目以及完成工作和学习任务等等。总之,高效的网络系统将会为我们解决我们所需要解决的一切问题,
由此可见,计算机网络的发展将会对人类社会产生积极的影响,将会引起社会的生产和生活的革命性变化,将会推动人类文明向更高的阶段发展。
一、计算机发展史简介
人类所使用的计算工具是随着生产的发展和社会的进步,从简单到复杂、从低级到高级的发展过程,计算工具相继出现了如算盘、计算尺、手摇机械计算机、电动机械计算机等。 1946年,世界上第一台电子数字计算机(ENIAC)在美国诞生。这台计算机共用了18000多个电于管组成,占地170m2,总重量为30t,耗电140kw,运算速度达到每秒能进行5000次加法、 300次乘法。
电子计算机在短短的50多年里经过了电子管、晶体管、集成电路(IC)和超大规模集成电路(VLSI)四个阶段的发展,使计算机的体积越来越小,功能越来越强,价格越来越低,应用越来越广泛,目前正朝智能化(第五代)计算机方向发展。
1.第一代电子计算机
第一代电于计算机是从1946年至1958年。它们体积较大,运算速度较低,存储容量不大,而且价格昂贵。使用也不方便,为了解决一个问题,所编制的程序的复杂程度难以表述。这一代计算机主要用于科学计算,只在重要部门或科学研究部门使用。
2.第二代电子计算机
第二代计算机是从1958年到1965年,它们全部采用晶体管作为电子器件,其运算速度比第一代计算机的速度提高了近百倍,体积为原来的几十分之一。在软件方面开始使用计算机算法语言。这一代计算机不仅用于科学计算,还用于数据处理和事务处理及工业控制。
3.第三代电子计算机
第三代计算机是从1965年到1970年。这一时期的主要特征是以中、小规模集成电路为电子器件,并且出现 *** 作系统,使计算机的功能越来越强,应用范围越来越广。它们不仅用于科学计算,还用于文字处理、企业管理、自动控制等领域,出现了计算机技术与通信技术相结合的信息管理系统,可用于生产管理、交通管理、情报检索等领域。
4.第四代电子计算机
第四代计算机是指从1970年以后采用大规模集成电路(LSI)和超大规模集成电路(VLSI)为主要电子器件制成的计算机。例如80386微处理器,在面积约为10mm X l0mm的单个芯片上,可以集成大约32万个晶体管。
第四代计算机的另一个重要分支是以大规模、超大规模集成电路为基础发展起来的微处理器和微型计算机。
微型计算机大致经历了四个阶段:
第一阶段是1971~1973年,微处理器有4004、4040、8008。 1971年Intel公司研制出MCS4微型计算机(CPU为4040,四位机)。后来又推出以8008为核心的MCS-8型。
第二阶段是1973~1977年,微型计算机的发展和改进阶段。微处理器有8080、8085、M6800、Z80。初期产品有Intel公司的MCS一80型(CPU为8080,八位机)。后期有TRS-80型(CPU为Z80)和APPLE-II型(CPU为6502),在八十年代初期曾一度风靡世界。
第三阶段是1978~1983年,十六位微型计算机的发展阶段,微处理器有8086、808880186、80286、M68000、Z8000。微型计算机代表产品是IBM-PC(CPU为8086)。本阶段的顶峰产品是APPLE公司的Macintosh(1984年)和IBM公司的PC/AT286(1986年)微型计算机。
第四阶段便是从1983年开始为32位微型计算机的发展阶段。微处理器相继推出80386、80486。386、486微型计算机是初期产品。 1993年, Intel公司推出了Pentium或称P5(中文译名为“奔腾”)的微处理器,它具有64位的内部数据通道。现在Pentium III(也有人称P7)微处理器己成为了主流产品,预计Pentium IV 将在2000年10月推出。
由此可见,微型计算机的性能主要取决于它的核心器件——微处理器(CPU)的性能。
5.第五代计算机
第五代计算机将把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合一起具有形式推理、联想、学习和解释能力。它的系统结构将突破传统的冯·诺依曼机器的概念,实现高度的并行处理。
二、计算机的特点
计算机的基本特点如下:
1、记忆能力强
在计算机中有容量很大的存储装置,它不仅可以长久性地存储大量的文字、图形、图像、声音等信息资料,还可以存储指挥计算机工作的程序。
2、计算精度高与逻辑判断准确
它具有人类无能为力的高精度控制或高速 *** 作任务。也具有可靠的判断能力,以实现计算机工作的自动化,从而保证计算机控制的判断可靠、反应迅速、控制灵敏。
3、高速的处理能力
它具有神奇的运算速度,其速度以达到每秒几十亿次乃至上百亿次。例如,为了将圆周率兀的近似值计算到707位,一位数学家曾为此花十几年的时间,而如果用现代的计算机来计算,可能瞬间就能完成,同时可达到小数点后200万位。
4、能自动完成各种 *** 作
计算机是由内部控制和 *** 作的,只要将事先编制好的应用程序输入计算机,计算机就能自动按照程序规定的步骤完成预定的处理任务。
1.3 计算机应用领域和发展方向
一、计算机应用领域
目前,计算机的应用可概括为以下几个方面。
1.科学计算(或称为数值计算)
早期的计算机主要用于科学计算。目前,科学计算仍然是计算机应用的一个重要领域。如高能物理、工程设计、地震预测、气象预报、航天技术等。由于计算机具有高运算速度和精度以及逻辑判断能力,因此出现了计算力学、计算物理、计算化学、生物控制论等新的学科。
2.过程检测与控制
利用计算机对工业生产过程中的某些信号自动进行检测,并把检测到的数据存入计算机,再根据需要对这些数据进行处理,这样的系统称为计算机检测系统。特别是仪器仪表引进计算机技术后所构成的智能化仪器仪表,将工业自动化推向了一个更高的水平。
3.信息管理(数据处理)
信息管理是目前计算机应用最广泛的一个领域。利用计算机来加工、管理与 *** 作任何形式的数据资料,如企业管理、物资管理、报表统计、帐目计算、信息情报检索等。近年来,国内许多机构纷纷建设自己的管理信息系统(MIS);生产企业也开始采用制造资源规划软件(MRP),商业流通领域则逐步使用电子信息交换系统(EDI),即所谓无纸贸易。
4.计算机辅助系统
1)计算机辅助设计(CAD)是指利用计算机来帮助设计人员进行工程设计,以提高设计工作的自动化程度,节省人力和物力。目前,此技术已经在电路、机械、土木建筑、服装等设计中得到了广泛的应用。
2)计算机辅助制造(CAM)是指利用计算机进行生产设备的管理、控制与 *** 作,从而提高产品质量、降低生产成本。缩短生产周期,并且还大大改善了制造人员的工作条件。
3)计算机辅助测试(CAT)是指利用计算机进行复杂而大量的测试工作。
4)计算机辅助教学(CAI)指利用计算机帮助教师讲授和帮助学生学习的自动化系统,使学生能够轻松自如地从中学到所需要的知识。
二、计算机的发展方向
未来的计算机将以超大规模集成电路为基础,向巨型化、微型化、网络化与智能化的方向发展。
1.巨型化
巨型化是指计算机的运算速度更高、存储容量更大、功能更强。目前正在研制的巨型计算机其运算速度可达每秒百亿次。
2.微型化
微型计算机已进入仪器、仪表、家用电器等小型仪器设备中,同时也作为工业控制过程的心脏,使仪器设备实现“智能化”。随着微电子技术的进一步发展,笔记本型、掌上型等微型计算机必将以更优的性能价格比受到人们的欢迎。
3.网络化
随着计算机应用的深入,特别是家用计算机越来越普及,一方面希望众多用户能共享信息资源,另一方面也希望各计算机之间能互相传递信息进行通信。
计算机网络是现代通信技术与计算机技术相结合的产物。计算机网络己在现代企业的管理中发挥着越来越重要的作用,如银行系统、商业系统、交通运输系统等。
4.智能化
计算机人工智能的研究是建立在现代科学基础之上。智能化是计算机发展的一个重要方向,新一代计算机,将可以模拟人的感觉行为和思维过程的机理,进行“看”、“听”、“说”、“想”、“做”,具有逻辑推理、学习与证明的能力。
第一代为电子管计算机时代(1946-1958)
第二代为晶体管计算机时代(1958-1964)
第三代为中小规模集成电路计算机时代(1964-1971)
第四代为大规模集成电路计算机时代(1971至今)
20世纪90年代人工智能系统计算机的诞生标志着第五代计算机出台
第一台计算机(ENIAC)于1946年2月,在美国诞生。提出程序存储的是美国的数学家 冯^诺依曼, 在美国陆军部的资助下,与1943年开始了ENIAC的研制,1946年完成。 约翰·冯·诺依曼 ( John Von Neumann,1903-1957),美藉匈牙利人,1903年12月28日生于匈牙利的布达佩斯,父亲是一个银行家,家境富裕,十分注意对孩子的教育。冯·诺依曼从小聪颖过人,兴趣广泛,读书过目不忘.据说他6岁时就能用古希腊语同父亲闲谈,一生掌握了七种语言.最擅德语,可在他用德语思考种种设想时,又能以阅读的速度译成英语.他对读过的书籍和论文。能很快一句不差地将内容复述出来,而且若干年之后,仍可如此。1911年一1921年,冯·诺依曼在布达佩斯的卢瑟伦中学读书期间,就崭露头角而深受老师的器重.在费克特老师的个别指导下并合作发表了第一篇数学论文,此时冯·诺依曼还不到18岁。1921年一1923年在苏黎世大学学习。很快又在1926年以优异的成绩获得了布达佩斯大学数学博士学位,此时冯·诺依曼年仅22岁。1927年一1929年冯·诺依曼相继在柏林大学和汉堡大学担任数学讲师。1930年接受了普林斯顿大学客座教授的职位,西渡美国。1931年他成为美国普林斯顿大学的第一批终身教授,那时,他还不到30岁。1933年转到该校的高级研究所,成为最初六位教授之一,并在那里工作了一生。 冯·诺依曼是普林斯顿大学、宾夕法尼亚大学、哈佛大学、伊斯坦堡大学、马里兰大学、哥伦比亚大学和慕尼黑高等技术学院等校的荣誉博士。他是美国国家科学院、秘鲁国立自然科学院和意大利国立林且学院等院的院士。1954年他任美国原子能委员会委员;1951年至1953年任美国数学会主席。 1954年夏,冯·诺依曼被发现患有癌症,1957年2月8日,在华盛顿去世,终年54岁。 1969年12月, Internet 的前身——美国的ARPA网投入运行,它标志着我们常称的计算机网络的兴起。这个计 算机互联的网络系统是一种分组交换网。分组交换技术使计算机网络的概念、结构和网络设计方面都发生了根本性 的变化,它为后来的计算机网络打下了基础。 八十年代初,随着PC个人微机应用的推广,PC联网的需求也随之增大,各种基于PC互联的微机局域网纷纷出台。 这个时期微机局域网系统的典型结构是在共享介质通信网平台上的共享文件服务器结构,即为所有联网PC设置 一台专用的可共享的网络文件服务器。PC是一台“麻雀虽小,五脏俱全”的小计算机,每个PC机用户的主要任务仍 在自己的PC机上运行,仅在需要访问共享磁盘文件时才通过网络访问文件服务器,体现了计算机网络中各计算机之 间的协同工作。由于使用了较PSTN速率高得多的同轴电缆、光纤等高速传输介质,使PC网上访问共享资源的速率和 效率大大提高。这种基于文件服务器的微机网络对网内计算机进行了分工:PC机面向用户,微机服务器专用于提供 共享文件资源。所以它实际上就是一种客户机/ 服务器模式。 计算机网络系统是非常复杂的系统,计算机之间相互通信涉及到许多复杂的技术问题,为实现计算机网络通信, 计算机网络采用的是分层解决网络技术问题的方法。但是,由于存在不同的分层网络系统体系结构,它们的产品之 间很难实现互联。为此,国际标准化组织ISO 在1984年正式颁布了“开放系统互连基本参考模型”OSI 国际标准, 使计算机网络体系结构实现了标准化。 进入九十年代,计算机技术、通信技术以及建立在计算机和网络技术基础上的计算机网络技术得到了迅猛的发 展。特别是1993年美国宣布建立国家信息基础设施NII 后,全世界许多国家纷纷制定和建立本国的NII ,从而极大 地推动了计算机网络技术的发展,使计算机网络进入了一个崭新的阶段。目前,全球以美国为核心的高速计算机互 联网络即Internet已经形成,Internet已经成为人类最重要的、最大的知识宝库。而美国政府又分别于1996年和1997 年开始研究发展更加快速可靠的互联网2 (Internet 2)和下一代互联网(Next Generation Internet)。可以说, 网络互联和高速计算机网络正成为最新一代的计算机网络的发展方向
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