Tūkstošgades beigās Fizikas pasaule žurnāls veica aptauju, kurā viņi vaicāja 100 pasaules vadošajiem fiziķiem, kurus viņi uzskatīja par visu laiku labāko desmit zinātnieku top 10. Alberts Einšteins ir ne tikai slavenākais zinātnieks, kurš jebkad dzīvoja, bet arī mājsaimniecības vārds, sinonīms ģenialitātei un bezgalīgai radošumam.
Būdams īpašās un vispārējās relativitātes atklājējs, Einšteins apvērsa mūsu izpratni par laiku, telpu un Visumu. Šis atklājums kopā ar kvantu mehānikas attīstību efektīvi izbeidza Ņūtona fizikas laikmetu un izraisīja mūsdienu laikmetu. Lai gan iepriekšējos divus gadsimtus raksturoja universāla gravitācija un fiksēti atskaites ietvari, Einšteins palīdzēja ieviest neskaidrību, melno caurumu un “biedējošu darbību no attāluma” laikmetā.
Agrīnā dzīve:
Alberts Einšteins dzimis 1879. gada 14. martā Ulmas pilsētā, toreizējā Vurtenbergas karalistes (tagad Vācijas federālā zeme Bādene-Virtemberga federālā zeme) daļā. Viņa vecāki bija Hermans Einšteins (pārdevējs un inženieris) un Paulīne Koha, kas nebija novērojoši aškenaziešu ebreji - paplašināta jidiš runājošo ebreju kopiena, kas dzīvoja Vācijā un Centrāleiropā.
1880. gadā, kad viņš bija tikai sešas nedēļas vecs, Einšteina ģimene pārcēlās uz Minheni, kur nodibināja viņa tēvu un tēvoci Elektrotechnische Fabrik J. Einšteins un Cijs (uzņēmums, kas ražoja elektroiekārtas, pamatojoties uz līdzstrāvu). 1894. gadā viņa tēva uzņēmums cieta neveiksmi, un ģimene pārcēlās uz Itāliju, kamēr Einšteins palika Minhenē, lai pabeigtu studijas.
Izglītība:
1884. gadā Alberts Einšteins apmeklēja katoļu pamatskolu, kur palika līdz 1887. gadam. Tolaik viņš pārcēlās uz Luitpold ģimnāziju, kur ieguva padziļinātu pamatskolas un vidusskolas izglītību. Viņa tēvs bija cerējis, ka Einšteins sekos viņa pēdās un iedziļināsies elektrotehnikā, taču Einšteinam bija grūtības ar skolas mācību metodēm, dodot priekšroku pašvirzīšanai rotaļlietu apguvei.
Einsteins uzrakstīja īsu eseju ar nosaukumu “Ētera stāvokļa izpēte magnētiskajā laukā” 1894. gadā pie viņa ģimenes vizītes Itālijā, kas būs viņa pirmā zinātniskā publikācija. 1895. gadā Einšteins nokārtoja ieejas eksāmenu Šveices federālajā politehnikumā Cīrihē - šobrīd pazīstamu kā Eidgenössische Technische Hochschule Cīrihe (ETH Cīrihe).
Lai arī viņš neizpildīja visas prasības, viņš ieguva ārkārtas atzīmes fizikā un matemātikā. Pēc Cīrihes Politehnikuma direktora ieteikuma viņš apmeklēja Argovas kantonu skolu Aarau, Šveicē, lai pabeigtu vidusskolu. To viņš darīja laikā no 1895. līdz 1996. gadam, uzturoties pie profesora ģimenes.
1896. gada septembrī viņš nokārtoja Šveices iestāšanās eksāmenu ar lielākoties labām atzīmēm, ieskaitot augstākās atzīmes fizikā un matemātikā. Lai arī viņš bija tikai 17, viņš mācījās četrgadīgajā matemātikas un fizikas skolotāja diplomu programmā Cīrihes Politehnikumā. Tieši tur viņš satika savu pirmo un nākamo sievu Mileva Maricu, Serbijas pilsoni un vienīgo sievieti no sešiem matemātikas un fizikas sekcijas studentiem.
Viņi apprecēsies 1904. gadā un viņiem būs divi dēli, bet viņi šķirsies līdz 1919. gadam pēc piecu gadu šķirtības. Pēc tam Einšteins no jauna apprecējās, šoreiz ar savu māsīcu Elzu Lēvenentāli, ar kuru viņš bija precējies līdz viņas nāvei 1939. gadā. Tieši šajā laikā Einšteins turpināja savus lielākos zinātniskos sasniegumus.
Zinātniskie sasniegumi:
1900. gadā Einšteinam tika piešķirts Cīrihes Politehnikuma pasniedzēja diploms. Pēc absolvēšanas viņš divus gadus pavadīja, meklējot pedagoga amatu, un ieguva Šveices pilsonību. Galu galā Einstens ar sava drauga un kolēģa Marcela Grosmaņa tēva palīdzību nodrošināja darbu Federālajā intelektuālā īpašuma birojā Bernē. 1903. gadā viņa amats kļuva pastāvīgs.
Liela daļa Einšteina darbu patentu birojā bija saistīti ar jautājumiem par elektrisko signālu pārraidi un laika elektriski-mehānisko sinhronizāciju. Šīs tehniskās problēmas atkārtoti parādīsies Einšteina domu eksperimentos, galu galā vedinot viņu pie radikāliem secinājumiem par gaismas raksturu un fundamentālo saikni starp telpu un laiku.
1900. gadā viņš publicēja rakstu ar nosaukumu “Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen”(“ Secinājumi no kapilāritātes fenomena ”). Balstoties uz Ņūtona universālās gravitācijas teoriju, viņš šajā dokumentā ierosināja teorijai, ka visu molekulu mijiedarbība ir universāla attāluma funkcija, pēc analoģijas ar gravitācijas apgrieztā kvadrāta spēku. Tas vēlāk izrādīsies kļūdains, bet darba publicēšana prestižajāAnnalen der Physik (Fizikas žurnāls) pievērsa uzmanību akadēmiskajai pasaulei.
1905. gada 30. aprīlī Einšteins pabeidza savu darbu, ievērojot universitātes Eksperimentālās fizikas profesora Alfrēda Kleinera uzmanību. Viņa disertācija ar nosaukumu “Jauns molekulāro dimensiju noteikšana” ieguva doktora grādu Cīrihes Universitātē.
Tajā pašā gadā radošās intelektuālās enerģijas eksplozijā - tā dēvētā viņa “Annus mirabilis” (brīnuma gads) - Einšteins publicēja arī četrus revolucionāros rakstus par fotoelektrisko efektu, Brauna kustību, īpašo relativitāti un masas un enerģijas ekvivalenci, kas viņu pamanītu starptautiskajā zinātniskajā sabiedrībā.
Līdz 1908. gadam viņš tika iecelts par Bernes universitātes pasniedzēju. Nākamajā gadā pēc lekcijas par elektrodinamiku un relativitātes principu Cīrihes universitātē Alfrēds Kleiners ieteica viņu fakultātei jaunizveidotajai teorētiskās fizikas profesijai. Einšteins tika iecelts par asociēto profesoru 1909. gadā.
1911. gada aprīlī Einšteins kļuva par pilntiesīgu profesoru Kārļa Ferdinanda universitātē Prakā, kas tajā laikā bija Austroungārijas impērijas sastāvdaļa. Laikā Prāgā viņš rakstīja 11 zinātniskus darbus, no kuriem 5 bija par radiācijas matemātiku un cieto vielu kvantu teoriju.
1912. gada jūlijā viņš atgriezās Šveicē un Cīrihes ETH, kur līdz 1914. gadam mācīja par analītisko mehāniku un termodinamiku. Laikā ETH Cīrihē viņš studēja arī nepārtrauktās mehānikas un siltuma molekulārās teorijas un gravitācijas problēmas. 1914. gadā viņš atgriezās Vācijā un tika iecelts par Ķeizara Vilhelma Fizikas institūta direktoru (1914–1932) un Berlīnes Humbolta universitātes profesoru.
Drīz viņš kļuva par Prūsijas Zinātņu akadēmijas locekli, un no 1916. līdz 1918. gadam viņš bija Vācijas Fizikāņu biedrības prezidents. 1920. gadā viņš kļuva par Nīderlandes Karaliskās Mākslas un zinātnes akadēmijas locekli no ārzemēm, un 1921. gadā tika ievēlēts par Karaliskās biedrības (ForMemRS) ārzemju locekli.
Bēgļa statuss:
1933. gadā Einšteins trešo reizi apmeklēja ASV. Bet atšķirībā no iepriekšējām vizītēm - kur viņš vadīja lekciju sērijas un ekskursijas - šajā gadījumā viņš zināja, ka nevarēja atgriezties Vācijā sakarā ar nacisma uzplaukumu Ādolfa Hitlera pakļautībā. Pēc trešā divu mēnešu viesprofesijas veikšanas Amerikas universitātēs, viņš un sieva Elsa 1933. gada martā devās uz Antverpeni, Beļģiju.
Pēc viņu ierašanās, kad viņi uzzināja, ka viņu namiņā ir uzbrukuši nacisti un viņu personīgā jahtu konfiscēja, Einšteins atteicās no Vācijas pilsonības. Mēnesi vēlāk Einšteina darbi bija starp tiem, uz kuriem vērsās nacistu grāmatu sadedzināšana, un viņš tika iekļauts “vācu režīma ienaidnieku” sarakstā ar galvu 5000 USD lielu dedzību.
Šajā laikā Einšteins kļuva par daļu no lielas vācu un ebreju bijušo patriotu kopienas Beļģijā, no kuriem daudzi bija zinātnieki. Pirmos mēnešus viņš īrēja māju De Hānā, Beļģijā, kur dzīvoja un strādāja. Viņš veltīja sevi arī tam, lai palīdzētu ebreju zinātniekiem aizbēgt no vajāšanām un slepkavībām nacistu rokās.
1933. gada jūlijā viņš devās uz Angliju pēc sava drauga un jūras spēku virsnieka komandiera Olivera Lockera-Lampsona personīga ielūguma. Atrodoties tur, viņš tikās ar toreizējo parlamenta locekli Vinstonu Čērčilu un bijušo premjerministru Loidu Džordžu un lūdza viņus palīdzēt izvest ebreju zinātniekus no Vācijas. Pēc viena vēsturnieka teiktā, Čērčils nosūtīja fiziķi Frederiku Lindemanu uz Vāciju meklēt ebreju zinātniekus un ievietot viņus Lielbritānijas universitātēs.
Einšteins vēlāk sazinājās ar citu tautu līderiem, ieskaitot Turcijas premjerministru Ismetu Inēni, lai lūgtu palīdzību ebreju pilsoņu pārvietošanā, kuri bēg no nacistiem. 1933. gada septembrī viņš rakstīja Inönü, pieprasot bezdarbnieku, vācu un ebreju zinātnieku izvietošanu. Einšteina vēstules rezultātā ebreju ielūgumi uz Turciju kopumā bija vairāk nekā 1000 cilvēku.
Lai arī Locker-Lamspon mudināja Lielbritānijas parlamentu pagarināt pilsonību ar Einšteinu, viņa centieni neizdevās, un Einšteins pieņēma iepriekšēju piedāvājumu no Ņūdžersijas Prinstonas progresīvo studiju institūta kļūt par pastāvīgo zinātnieku. 1933. gada oktobrī Einšteins ieradās ASV un ieņēma šo amatu.
Tajā laikā lielākajā daļā amerikāņu universitāšu bija minimāls ebreju mācībspēku skaits vai studentu skaits vai nebija tādu kvotu dēļ, kas ierobežoja ebreju skaitu, kuri varēja uzņemt vai mācīt. To termiņš beigsies līdz 1940. gadam, bet palika par šķērsli Amerikas ebreju zinātniekiem pilnvērtīgai līdzdalībai akadēmiskajā dzīvē un universitātes izglītības iegūšanai.
1935. gadā Einšteins iesniedza pieteikumu par pastāvīgu pilsonību ASV, kas viņam tika piešķirta 1940. gadā. Viņš paliks ASV un saglabās savu piederību Advanced Study Institute līdz viņa nāvei 1955. gadā. Šajā laika posmā Einšteins centās izveidot vienotu lauka teoriju un noraidīt pieņemto kvantu fizikas interpretāciju, gan neveiksmīgi.
Manhetenas projekts:
Otrā pasaules kara laikā Einšteinam bija nozīmīga loma Manhetenas projekta izveidē - atombumbas attīstībā. Šis projekts sākās pēc tam, kad Einšteins 1939. gadā vērsās pie zinātnieku grupas ungāru fiziķa Leó Szilárd vadībā. Uzklausījis viņu brīdinājumus par nacistu kodolieroču programmu, viņš līdzrakstīja vēstuli toreizējam prezidentam Rūzveltam, brīdinot viņu par ārkārtējām briesmām. šāda ieroča nacistu rokās.
Lai arī pacifists, kurš nekad nebija apsvēris ideju izmantot kodolfiziku ieroča izstrādes nolūkos, Einšteins bija nobažījies par nacistu rīcībā esošo šādu ieroci. Kā viņš, Szilárd, kā arī citi bēgļi, piemēram, Edvards Tellers un Jevgeņijs Vīgners, “uzskatīja par savu atbildību brīdināt amerikāņus par iespēju, ka vācu zinātnieki varētu uzvarēt atombumbas uzcelšanas sacensībās, kā arī brīdināt, ka Hitlers vairāk nekā vēlas izmantot šādu ieroci. ”
Pēc vēsturnieku Sāras J. Diehlas un Džeimsa Kela Molsa vārdiem, vēstule bija “neapšaubāmi galvenais stimuls, lai ASV sāktu nopietnus kodolieroču izmeklēšanas priekšvakarā, kad ASV ieiet Otrajā pasaules karā”. Papildus vēstulei Einšteins izmantoja savus sakarus ar Beļģijas karalisko ģimeni un Beļģijas karalienes māti, lai ar personīgo sūtni nokļūtu Baltā nama Ovālajā birojā, kur viņš tikās ar Rūzveltu, lai personīgi pārrunātu briesmas.
Einšteina vēstules un viņa tikšanās ar Rūzveltu rezultātā ASV uzsāka Manhetenas projektu un mobilizēja visus nepieciešamos resursus atombumbas izpētei, celtniecībai un pārbaudei. Līdz 1945. gadam šo bruņošanās sacensības aspektu ieguva sabiedroto lielvalstis, jo Vācijai nekad nebija izdevies izveidot savu atomu ieroci.
Einšteins, kurš ir pamatīgs pacifists, vēlētos izteikt dziļu nožēlu par savu līdzdalību kodolieroču izstrādē. Kā viņš 1954. gadā (gadu pirms viņa nāves) teica draugam Linusam Paulingam: “Es savā dzīvē esmu pieļāvis vienu lielu kļūdu - kad es parakstīju vēstuli prezidentam Rūzveltam, iesakot izgatavot atombumbas; taču tam bija kāds pamatojums - briesmas, ka vācieši tos padarīs. ”
Relativitātes teorija:
Lai arī Einšteins gadu gaitā ir guvis daudz nozīmīgu sasniegumu un ir plaši pazīstams ar savu ieguldījumu Manhetenas projekta izveidē, viņa slavenākā teorija ir tā, kuru pārstāv vienkāršais vienādojums E = mc² (kur E ir enerģija, m ir masa, un c ir gaismas ātrums). Šī teorija apgāzīs zinātnisko domāšanu un pareizticības gadsimtiem ilgi.
Bet, protams, Einšteins šo teoriju neizstrādāja vakuumā, un ceļš, kas lika viņam secināt, ka laiks un telpa ir relatīvi attiecībā pret novērotāju, bija garš un līkumains. Einšteina iespējamā relativitātes hipotēze lielākoties bija mēģinājums saskaņot Ņūtona mehānikas likumus ar elektromagnētisma likumiem (ko raksturo Maksvela vienādojumi un Lorenca spēka likums).
Kādu laiku zinātnieki bija saskārušies ar neatbilstībām starp šiem diviem laukiem, kas atspoguļojās arī Ņūtona fizikā. Tā kā Īzaks Ņūtons piekrita idejai par absolūtu telpu un laiku, viņš arī ievēroja Galileo relativitātes principu, kurā teikts: "Visi divi novērotāji, kas pārvietojas nemainīgā ātrumā un virzienā viens pret otru, visos mehāniskos eksperimentos iegūs vienādus rezultātus."
Sākot ar 1905. gadu, kad Einšteins publicēja savu rakstu “Par kustīgo ķermeņu elektrodinamiku“Zinātnieku darba vienprātība uzskatīja, ka gaismu, kas pārvietojas caur kustīgu barotni, tā vilks gar vidi. Tas, savukārt, nozīmēja, ka izmērītais gaismas ātrums būs vienkārša tā ātruma summa cauri vidējs plus ātrums no ka vidēja.
Šī teorija arī uzskatīja, ka telpa ir piepildīta ar “spīdošu ēteri” - hipotētisku barotni, kas, domājams, bija nepieciešama gaismas izplatībai visā Visumā. Atbilstoši tam šo ēteri vai nu velk, vai pārvieto ar to kustīgā viela. Tomēr šī vienprātība izraisīja daudzas teorētiskas problēmas, kuras līdz Einšteina laikam bija palikušas neatrisinātas.
Pirmkārt, zinātniekiem nebija izdevies atrast absolūtu kustības stāvokli, kas norādīja uz kustības relativitātes principu (t.i., tikai to radinieks kustība ir novērojama, un nav absolūta atpūtas standarta) bija derīga. Otrkārt, bija arī aktuālā problēma, ko rada “zvaigžņu abberācija” - parādība, kad debess ķermeņu šķietamā kustība par to atrašanās vietām bija atkarīga no novērotāja ātruma.
Turklāt testi, kas veikti ar gaismas ātrumu ūdenī (Fizeau eksperiments), parādīja, ka gaisma, kas pārvietojas caur kustīgu barotni, to vilks gar vidi, bet ne tuvu tik daudz, kā paredzēts. Tas atbalstīja citus eksperimentus - piemēram, Fresnela daļēju hipotēzi par ētera vilkšanu un sera Džordža Stoksa eksperimentus -, kas ierosināja, ka ēteri daļēji vai pilnībā satur viela.
Einšteina īpašās relativitātes teorija bija revolucionāra, jo viņš apgalvoja, ka gaismas ātrums ir vienāds visos inerciālajos atskaites kadros, un iepazīstināja ar ideju, ka lielas pārmaiņas notiek, kad lietas pārvietojas tuvu gaismas ātrumam. Tajos ietilpst kustīga ķermeņa laika un telpas rāmis, kas mēdz palēnināties un samazināties kustības virzienā, kad to mēra novērotāja rāmī.
Pazīstams kā Einšteina īpašās relativitātes teorija, viņa novērojumi saskaņoja Maksvela elektrības un magnētisma vienādojumus ar mehānikas likumiem, vienkāršoja matemātiskos aprēķinus, atceļot citu zinātnieku izmantotos svešos skaidrojumus, un ētera esamību padarīja pilnīgi lieku. Tas arī atbilda tieši novērotajam gaismas ātrumam un atspoguļoja novērotās novirzes.
Protams, Einšteina teorija sastapās ar dažādu zinātnieku aprindu reakciju, un tā daudzus gadus paliks pretrunīga. Ar viņa vienādojumu E = mc², Einšteins bija ievērojami vienkāršojis aprēķinus, kas nepieciešami, lai saprastu, kā izplatās gaisma. Viņš arī faktiski ieteica, ka telpa un laiks (kā arī matērija un enerģija) ir tikai vienas un tās pašas lietas izpausmes.
Laikā no 1907. līdz 1911. gadam, joprojām strādājot patentu birojā, Einšteins sāka apsvērt, kā īpašo relativitāti varētu piemērot gravitācijas laukiem - kas varētu būt pazīstams kā Vispārējās relativitātes teorija. Tas sākās ar rakstu ar nosaukumu “Par relativitātes principu un no tā izdarītajiem secinājumiem, Kas publicēts 1907. gadā, kurā viņš runāja par to, kā īpašās relativitātes noteikums varētu attiekties arī uz paātrinājumu.
Īsāk sakot, viņš apgalvoja, ka brīvais kritiens patiešām ir inerciāla kustība; un novērotājam jāpiemēro īpašās relativitātes noteikumi. Šis arguments ir pazīstams arī kā ekvivalences princips, kas nosaka, ka gravitācijas masa ir identiska inerces masai. Tajā pašā rakstā Einšteins arī paredzēja gravitācijas laika dilatācijas fenomenu - kad divi novērotāji, kas atrodas atšķirīgā attālumā no gravitācijas masas, uztver laika atšķirību starp diviem notikumiem.
1911. gadā Einšteins publicēja “Par gravitācijas ietekmi uz gaismas izplatīšanos“, Kas izvērsās par 1907. gada rakstu. Šajā rakstā viņš paredzēja, ka kaste ar pulksteņu, kas paātrinās uz augšu, laiku izjutīs ātrāk nekā tā, kas sēdēja nekustīgā gravitācijas laukā. Viņš secina, ka pulksteņu likmes ir atkarīgas no to stāvokļa gravitācijas laukā un ka ātruma starpība ir proporcionāla gravitācijas potenciālam līdz pirmajai tuvināšanai.
Tajā pašā rakstā viņš paredzēja, ka gaismas novirze būs atkarīga no iesaistītās ķermeņa masas. Tas izrādījās īpaši ietekmīgs, jo pirmo reizi viņš bija piedāvājis pārbaudāmu ierosinājumu. 1919. gadā vācu astronoms Ervins Finlay-Freundlich mudināja zinātniekus visā pasaulē pārbaudīt šo teoriju, izmērot gaismas novirzi 1929. gada maija saules aptumsuma laikā.
Einšteina prognozi apstiprināja sers Artūrs Eddingtons, kura novērojumi tika paziņoti neilgi pēc tam. 1919. gada 7. novembrī Laiki publicēja rezultātus virsrakstā: “Revolūcija zinātnē - jauna Visuma teorija - Ņūtona ideju gāšana”. Kopš tā laika vispārējā relativitāte ir kļuvusi par būtisku instrumentu mūsdienu astrofizikā. Tas nodrošina pamatu pašreizējai izpratnei par melnajiem caurumiem, kosmosa reģioniem, kur gravitācijas pievilcība ir tik spēcīga, ka pat gaisma nevar izbēgt.
Mūsdienu kvantu teorija:
Einšteins arī palīdzēja attīstīt kvantu mehānikas teoriju. Visā 1910. gadā šīs zinātnes darbības joma paplašinājās, aptverot daudzas dažādas sistēmas. Einšteins veicināja šo attīstību, attīstot kvantitātes teoriju gaismai un izmantoja to dažādu termodinamisko efektu atspoguļošanai, kas bija pretrunā ar klasisko mehāniku.
Savā 1905. gada rakstā “No heiristiskā viedokļa par gaismas ražošanu un pārveidošanu“Viņš postulēja, ka pati gaisma sastāv no lokalizētām daļiņām (t.i., kvantām). Viņa laikabiedri - tostarp Neils Bohrs un Makss Planks - šo teoriju noraidītu, bet to pierādītu līdz 1919. gadam ar eksperimentiem, kas mēra fotoelektrisko efektu.
Viņš to tālāk izvērsa savā 1908. gada rakstā “Mūsu uzskatu veidošana par starojuma sastāvu un būtību“, Kur viņš parādīja, ka Maksa Planka enerģijas kvantām jābūt precīzi definētām momentiem un dažos aspektos tām jādarbojas kā neatkarīgām, punktveida daļiņām. Šis raksts iepazīstināja ar fotons jēdzienu un iedvesmoja viļņu – daļiņu divdabības jēdzienu (t.i., gaisma, kas darbojas gan kā daļiņa, gan kā vilnis) kvantu mehānikā.
Savā 1907. gada rakstā “Planka radiācijas teorija un īpatnējā siltuma teorija“Einšteins ierosināja matērijas modeli, kurā katrs atoms režģa struktūrā ir neatkarīgs harmoniskais oscilators - pastāv vienādos attālumos, kvantētos stāvokļos. Viņš ierosināja šo teoriju, jo tas bija īpaši skaidrs pierādījums tam, ka kvantu mehānika var atrisināt īpašo siltuma problēmu klasiskajā mehānikā.
1917. gadā Einšteins publicēja rakstu ar nosaukumu “Par radiācijas kvantu teoriju”, Kas ierosināja stimulētas emisijas iespēju, fizisko procesu, kas padara iespējamu mikroviļņu pastiprināšanu un lāzeru. Šis dokuments bija ārkārtīgi ietekmīgs vēlākā kvantu mehānikas attīstībā, jo tas bija pirmais dokuments, kas parādīja, ka atomu pāreju statistikai ir vienkārši likumi.
Šis darbs turpinātu iedvesmot Ervina Šrēdingera 1926. gada rakstu “Kvantizācija kā nevērtības problēma“. Šajā rakstā viņš publicēja savu tagad slaveno Šrēdingera vienādojumu, kur viņš apraksta, kā laika gaitā mainās kvantu sistēmas kvantu stāvoklis. Šis dokuments tiek vispāratzīts kā viens no vissvarīgākajiem divdesmitā gadsimta sasniegumiem un radīja revolūciju lielākajā daļā kvantu mehānikas, kā arī visas fizikas un ķīmijas jomas.
Interesanti, ka laika gaitā Einšteins nepatiks ar kvantu mehānikas teoriju, kuru viņš palīdzēja radīt, jūtot, ka tā zinātnēs rosina haosa un nejaušības sajūtu. Atbildot uz to, viņš izteica savu slaveno citātu: “Dievs nespēlē kauliņā” un atgriezās pie kvantu parādību izpētes.
Tas viņam lika ierosināt Einšteina un Podoļska – Rozena paradoksu (EPR paradokss), kas nosaukts Einstienam un viņa līdzgaitniekiem - Borisam Podolisky un Nathan Rosen. Savā 1935. gada rakstā ar nosaukumu “Vai kvantu-mehānisko fiziskās realitātes aprakstu var uzskatīt par pilnīgu?” Viņi apgalvoja, ka parāda, ka kvantu saķeršanās pārkāpj vietējā reālista uzskatu par cēloņsakarību - Einšteinu nosaucot par “spocīgu darbību no attāluma”.
To darot, viņi apgalvoja, ka kvantu mehānikas viļņu funkcija nesniedz pilnīgu fiziskās realitātes aprakstu - svarīgu paradoksu, kam būtu nozīmīga ietekme uz kvantu mehānikas interpretāciju. Kaut arī EPR paradokss pēc Einšteina nāves būtu izrādījies nepareizs, tas palīdzēja dot ieguldījumu laukā, kuru viņš palīdzēja izveidot, bet vēlāk mēģinātu atspēkot līdz savu dienu beigām.
Pastāvīgi kosmoloģiskie un melnie caurumi:
1917. gadā Einšteins piemēroja vispārējo relativitātes teoriju, lai modelētu Visuma struktūru kopumā. Lai arī viņš deva priekšroku mūžīgā un nemainīgā Visuma idejai, tas neatbilda viņa teorijām par relativitāti, kas paredzēja, ka Visums ir vai nu paplašināšanās, vai saraušanās stāvoklī.
Lai to risinātu, Einšteins teorijā ieviesa jaunu koncepciju, kas pazīstama kā Kosmoloģiskā konstante (kuru pārstāv Lambda). Tās mērķis bija labot gravitācijas ietekmi un ļaut visai sistēmai palikt mūžīgā, statiskajā sfērā. Tomēr 1929. gadā Edvīns Habls apstiprināja, ka Visums paplašinās. Pēc Habla apmeklējuma Vilsona kalna observatorijā Einšteins oficiāli izmeta kosmoloģisko konstanti.
Tomēr šī koncepcija tika pārskatīta 2013. gada beigās, kad iepriekš neatklāts Einšteina manuskripts (ar nosaukumu “Par kosmoloģisko problēmuTika atklāts. Šajā rokrakstā Einšteins ierosināja pārskatīt modeli, kurā konstante bija atbildīga par jaunas matērijas radīšanu, paplašinoties Visumam - tādējādi nodrošinot, ka vidējais Visuma blīvums nekad nemainās.
Tas saskan ar novecojušo līdzsvara stāvokļa kosmoloģijas modeli (ierosināts vēlāk 1949. gadā) un mūsdienu mūsdienu izpratni par tumšo enerģiju. Būtībā tas, ko Einšteins aprakstīja daudzās biogrāfijās kā savu “lielāko kļūmi”, galu galā nāksies pārvērtēt un uzskatīt par daļu no lielāka Visuma noslēpuma - neredzamas masas un enerģijas esamības, kas uztur kosmoloģisko līdzsvaru.
1915. gadā, dažus mēnešus pēc tam, kad Einšteins bija publicējis savu teoriju par vispārējo relativitāti, vācu fiziķis un astronoms Kārlis Švarcšilds atrada Einšteina lauka vienādojumu risinājumu, kas aprakstīja punkta un sfēriskās masas gravitācijas lauku. Šis risinājums, ko tagad sauc par ŠvarcŠilda rādiusu, apraksta punktu, kurā lodes masa ir tik saspiesta, ka izbēgšanas ātrums no virsmas būtu vienāds ar gaismas ātrumu.
Ar laiku citi fiziķi pats nonāca pie tādiem pašiem secinājumiem. 1924. gadā angļu astrofiziķis Artūrs Eddingtons komentēja, kā Einšteina teorija ļauj mums izslēgt pārāk lielus redzamo zvaigžņu blīvumus, apgalvojot, ka tie “radīs tik lielu telpas-laika metrikas izliekumu, ka telpa aizvērtos ap zvaigzni, atstājot mūs ārpusē (ti, nekur). ”
1931. gadā indiāņu-amerikāņu astrofiziķis Subrahmanjans Čandrasehhars, izmantojot īpašo relativitāti, aprēķināja, ka elektronu deģenerētas vielas, kas nav rotējoša, virs noteiktas ierobežojošās masas ķermenis pats par sevi sabruks. 1939. gadā Roberts Oppenheimers un citi piekrita Čandrasekara analīzei, apgalvojot, ka neitronu zvaigznes, kas pārsniedz noteikto robežu, sabruks melnajos caurumos, un secināja, ka neviens fizikas likums, iespējams, neiejauksies un apturēs vismaz dažas zvaigznes no sabrukšanas līdz melnajiem caurumiem.
Oppenheimers un viņa līdzautori interpretēja singularitāti uz ŠvarcŠilda rādiusa robežas, norādot, ka tā ir burbuļa robeža, kurā laiks apstājās. Ārējam novērotājam viņi redzētu, ka zvaigznes virsma ir savlaicīgi sasalusi brīdī, kad notiek sabrukšana, bet iekritušajam novērotājam būs pavisam cita pieredze.
Citi sasniegumi:
Papildus revolūcijai mūsu laika, telpas, kustības un smaguma izpratnē ar savām īpašās un vispārējās relativitātes teorijām, Einšteins sniedza arī daudzus citus ieguldījumus fizikas jomā. Faktiski Einšteins savā dzīvē ir publicējis simtiem grāmatu un rakstu, kā arī vairāk nekā 300 zinātnisko darbu un 150 nezinātnisku darbu.
2014. gada 5. decembrī universitātes un arhīvi visā pasaulē sāka oficiāli izlaist Einšteina apkopotos dokumentus, kas saturēja vairāk nekā 30 000 unikālu dokumentu. Piemēram, divi raksti, kas tika publicēti 1902. un 1903. gadā - “Termiskā līdzsvara kinētiskā teorija un otrais termodinamikas likums" un "Termodinamikas pamatu teorija”- tika aplūkota termodinamika un Brauna kustība.
Pēc definīcijas Brauna kustība nosaka, ka tur, kur neliels daudzums daļiņu svārstās bez vēlamā virziena, tās galu galā izplatās, lai piepildītu visu barotni. Risinot to no statistikas viedokļa, Einšteins uzskatīja, ka vidē svārstīgo daļiņu kinētiskā enerģija var tikt sadalīta lielākām daļiņām, kuras savukārt varēja novērot mikroskopā - tādējādi pierādot dažāda lieluma atomu esamību.
Šie dokumenti bija pamats 1905. gada rakstam par Brauna kustību, kas parādīja, ka to var uzskatīt par stingru pierādījumu tam, ka molekulas pastāv. Šo analīzi vēlāk pārbaudīs franču fiziķis Žans Baptiste Perrīns, un Einšteinam 1926. gadā tika piešķirta Nobela fizikas balva. Viņa darbs izveidoja Brauna kustības fizisko teoriju un izbeidza skepsi par atomu un molekulu esamību kā faktiskām fiziskām vienībām. .
Pēc viņa pētījumiem par vispārējo relativitāti Einšteins uzsāka virkni mēģinājumu vispārināt savu ģeometrisko gravitācijas teoriju, iekļaujot elektromagnētismu kā vēl vienu vienotas vienības aspektu. 1950. gadā viņš aprakstīja savu “vienotā lauka teoriju” rakstā ar nosaukumu “Par vispārinātu gravitācijas teoriju”, Kas apraksta viņa mēģinājumu visus pamatsistēmas spēkus apvienot vienā ietvarā.
Lai gan viņš joprojām tika slavēts par viņa darbu, Einšteins savos pētījumos kļuva arvien izolētāks, un viņa centieni galu galā bija neveiksmīgi. Neskatoties uz to, Einšteina sapnis apvienot citus fizikas likumus ar gravitāciju turpinās līdz šai dienai, informējot par centieniem izstrādāt teoriju par visu (ToE) - it īpaši stīgu teoriju, kur ģeometriskie lauki parādās vienotā kvantu-mehāniskajā vidē.
Viņa darbs ar Podoļski un Rozenu, cerot atspēkot kvantu iesaistes jēdzienu, arī Einšteinam un viņa kolēģiem lika ierosināt tārpa caurumu. Izmantojot Schwarzschild teoriju par melnajiem caurumiem un mēģinot modelēt elementāras daļiņas ar lādiņu kā gravitācijas lauka vienādojumu risinājumu, viņš aprakstīja tiltu starp diviem kosmosa plankumiem.
Ja viens tārpa cauruma gals būtu pozitīvi uzlādēts, otrs gals būtu negatīvi lādēts. Šīs īpašības lika Einšteinam uzskatīt, ka daļiņu un antidaļiņu pāri var tikt sapinušies, nepārkāpjot relativitātes likumus. Šī koncepcija pēdējos gados ir piedzīvojusi diezgan lielu darbu, zinātniekiem veiksmīgi izveidojot magnētisko tārpu caurumu laboratorijā.
Un 1926. gadā Einšteins un viņa bijušais students Leó Szilárd kopīgi izgudroja Einšteina ledusskapi - ierīci, kurai nebija kustīgu daļu un tās satura atdzesēšanai paļāvās tikai uz siltuma absorbciju. 1930. gada novembrī viņiem tika piešķirts patents par to dizainu. Tomēr viņu centienus drīz vien iedragāja depresijas laikmets, Freona izgudrojums un zviedru uzņēmums Electrolux, iegūstot viņu patentus.
Mēģinājumi atjaunot tehnoloģiju sākās 90. un 2000. gados, kad Georgia Tech un Oksfordas universitātes studentu komandas mēģināja izveidot savu Einšteina ledusskapja versiju. Sakarā ar pierādīto Freona saistību ar ozona noārdīšanu un vēlmi samazināt mūsu ietekmi uz vidi, izmantojot mazāk elektrības, dizains tiek uzskatīts par videi draudzīgu alternatīvu un noderīgu ierīci jaunattīstības valstīm.
Nāve un mantojums:
Alberts Einšteins 1955. gada 17. aprīlī piedzīvoja iekšēju asiņošanu, ko izraisīja vēdera aortas aneirisma plīsums, un viņš septiņus gadus iepriekš bija meklējis operāciju. Viņš uz slimnīcu aizveda runas projektu, kuru viņš gatavoja demonstrēšanai televīzijā, pieminot Izraēlas Valsts septīto gadadienu, taču viņš nedzīvoja pietiekami ilgi, lai to pabeigtu.
Einšteins atteicās no operācijas, sakot: “Es gribu iet, kad gribu. Mākslīgi pagarināt dzīvi ir bez garšas. Esmu izdarījis savu daļu, ir pienācis laiks iet. Es to izdarīšu eleganti. ” Viņš nomira Prinstonas slimnīcā agrā nākamajā rītā 76 gadu vecumā. Pēc tam viņš turpināja strādāt līdz beigām.
Autopsijas laikā Prinstonas slimnīcas patologs (Tomass Stolcs Hārvejs) saglabāšanai saglabāja Einšteina smadzenes, kaut arī bez viņa ģimenes atļaujas. Pēc Hārveja teiktā, viņš to bija paveicis cerībā, ka nākamās neirozinātnieku paaudzes spēs atklāt Einšteina ģēnija cēloni. Einšteina mirstīgās atliekas tika kremētas un viņa pelni tika izkaisīti neatklātā vietā.
Par sasniegto mūžu Einšteins saņēma neskaitāmus apbalvojumus gan savas dzīves laikā, gan pēcnāves laikā. In 1921, he was awarded the Nobel Prize in Physics for his explanation of the photoelectric effect, as his theory of relativity was still considered somewhat controversial. In 1925, the Royal Society awarded him the Copley Medal, the oldest Royal Society medal still awarded.
In 1929, Max Planck presented Einstein with the Max Planck medal of the German Physical Society in Berlin, for extraordinary achievements in theoretical physics. In 1934 Einstein gave the Josiah Willard Gibbs lecture, an prestigious annual event where the American Mathematical Society awards a prize for achievements in the field of mathematics. In 1936, Einstein was awarded the Franklin Institute‘s Franklin Medal for his extensive work on relativity and the photoelectric effect.
In 1949, in honor of Einstein’s 70th birthday, the the Lewis and Rosa Strauss Memorial Fund established the Albert Einstein Award. Also known as the Albert Einstein Medal (because it is accompanied with a gold medal) this award was established to recognize high achievement in theoretical physics and the natural sciences.
Since his death, Einstein has been honored by having countless schools, buildings, and memorials named after him. The Luitpold Gymnasium, where he received his early education, was renamed the Albert Einstein Gymnasium in his honor. In August of 1955, four months after Einstein’s death, the 99th chemical element on the Periodic Table was named “einsteinium”.
Also in 1955, the Albert Einstein College of Medicine, a research-intensive not-for-profit, private, and nonsectarian medical school was founded in the Morris Park neighborhood of the Bronx in New York City. Between 1965 and 1978, the US Postal Service issued a series of commemorative stamps known as the Prominent American Series. Einstein was honored with a 8¢ stamp in 1966, the second year of the series.
Similar stamps were issued by the state of Israel in 1956 (a year after his death) and the Soviet Union in 1973. In 1973, an inner main belt asteroid was discovered, which was named 2001 Einstein in his honor. In 1977, the Albert Einstein Society was founded in Bern, Switzerland. Since 1979, they began issuing the Albert Einstein Medal, an annual award presented to people who have “rendered outstanding services” in connection with Einstein.
In 1979, the National Academy of Sciences commissioned the Albert Einstein Memorial on Constitution Avenue in central Washington, D.C. The bronze statue depicts Einstein seated with manuscript papers in hand. In 1990, his name was added to the Walhalla temple for “laudable and distinguished Germans”, which is located in Donaustauf in Bavaria.
In Potsdam, Germany, the Albert Einstein Science Park was constructed on Telegrafenberg hill. The best known building in the park is the Einstein Tower, an astrophysical observatory that was built to perform checks of Einstein’s theory of General Relativity, which has a bust of Einstein at the entrance.
In 1999 Time magazine named him the Person of the Century, ahead of Mahatma Gandhi and Franklin Roosevelt, among others. In the words of a biographer, “to the scientifically literate and the public at large, Einstein is synonymous with genius”. Also in 1999, an opinion poll of 100 leading physicists ranked Einstein the “greatest physicist ever”.
Also in 1999, a Gallup poll conducted recorded him as being the fourth most admired person of the 20th century in the U.S. – Mother Teresa, Martin Luther King, Jr. and John F. Kennedy ranked first through third.
The International Union of Pure and Applied Physics named 2005 the “World Year of Physics” in commemoration of the 100th anniversary of the publication of the “annus mirabilis” papers. In 2008, Einstein was inducted into the New Jersey Hall of Fame. And every year, the Chicago-based Albert Einstein Peace Prize Foundation issues the Albert Einstein Peace Prize, an award that comes with a bursary of $50,000.
Einstein has also been the subject of or inspiration for many novels, films, plays, and works of music. He is a favorite model for fictional representations of the mad scientist and the absent-minded professor, with depictions of these archetypes closely mirroring (and exaggerating) his expressive face and distinctive hairstyle.
Einstein’s contributions to the sciences are immeasurable. When he began his career, scientists were still struggling to reconcile how Newtonian mechanics applied to an ever-widening universe. But thanks to his theories, we would come to understand that there are no absolute frames of reference, and everything depends on the speed and position of the observer.
His work with the behavior of light would also help speed the revolution being made in quantum physics, where scientists began to understand the behavior of matter at the subatomic level. In so doing, Einstein helped to create the two pillars of modern science – Relativity, for dealing with objects on the macro scale; and quantum mechanics, which deals with things on the tiniest of scales.
But Einstein’s legacy goes far beyond what he advanced in his lifetime. In attempting to reconcile his personal beliefs in a universe that made sense with his scientific findings, he introduced a concept that would later become part of our current cosmological models (Dark Matter). These and other ideas would go on to be reconsidered after his death, thus proving that he was not only the greatest mind of his time, but perhaps one of the greatest minds that ever lived.
We have written many articles about Albert Einstein for Space Magazine. Here’s an article about the speed of light, and one about Why Einstein Will Never Be Wrong, and Einstein’s Theory of Relativity. And here’s are some famous Albert Einstein quotes.
Astronomy Cast also has several episodes about Einstein’s greatest theories, like Episode 235: Einstein, Episode 9: Einstein’s Theory of Special Relativity, Episode 280: Cosmological Constant, Episode 287: E=mc², and Episode 31: tring Theory, Time Travel, White Holes, Warp Speed, Multiple Dimensions, and Before the Big Bang
For more information, check out Albert Einstein’s biographical page at Biography.com and NobelPrize.org.
