Знаменитый год Альберта Эйнштейна

Альберт Эйнштейн (нем. Albert Einstein)

Альберт Эйнштейн родился  14 марта 1879 года в южно-германском городе Ульме, в небогатой еврейской семье.

Альбе́рт Эйнште́йн — физик-теоретик, один из основателей современной теоретической физики, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года, общественный деятель-гуманист. Жил в Германии (1879—1893, 1914—1933), Швейцарии (1893—1914) и США (1933—1955). Почётный доктор около 20 ведущих университетов мира, член многих Академий наук, в том числе иностранный почётный член АН СССР (1926).

Эйнштейн — автор более 300 научных работ по физике, а также  около 150 книг и статей в области  истории и философии науки, публицистики и др. Он разработал несколько значительных физических теорий:

Специальная теория относительности (1905).

В её рамках — закон взаимосвязи  массы и энергии: .

Общая теория относительности (1907—1916).

Квантовая теория фотоэффекта.

Квантовая теория теплоёмкости.

Квантовая статистика Бозе — Эйнштейна.

Статистическая теория броуновского движения, заложившая основы теории флуктуаций.

Теория индуцированного  излучения.

Теория рассеяния света  на термодинамических флуктуациях в среде

 

Но мы затронем лишь один знаменательный год в биографии Эйнштейна

1905 — «Год чудес»

В 1905 году 26-летний служащий патентного бюро Альберт Эйнштейн опубликовал три научные статьи, которые изменили наши представления о Вселенной — от ее мельчайших частиц до огромных галактик. Под влиянием идей, изложенных в этих статьях, в минувшем веке был сделан ряд крупных изобретений.

В первой из них, посвященной  броуновскому движению, он сделал важные предсказания о движении взвешенных в жидкости частиц, обусловленном  столкновениями с молекулами.

Во второй работе, посвященной  фотоэффекту, Эйнштейн высказал революционную  гипотезу о природе света.

Но наиболее революционной  стала третья работа Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», в  которой с необычайной ясностью были изложены идеи специальной теории относительности , разрушившей классические представления о пространстве-времени, существовавшие со времени Ньютона.

Броуновское движение

Первая из этих статей - «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, вытекающем из молекулярно-кинетической теории», вышедшая в 1905 году, была посвящена  теории броуновского движения.

 Это явление (непрерывное  беспорядочное зигзагообразное  движение частичек цветочной пыльцы в жидкости), открытое в 1827 году английским ботаником Р.Броуном, уже получило тогда статистическое объяснение.

Лишь в 1905 году не кто иной, как Альберт Эйнштейн, впервые  осознал, что это таинственное, на первый взгляд, явление служит наилучшим экспериментальным подтверждением правоты атомной теории строения вещества. Он объяснил его примерно так: взвешенная в воде спора подвергается постоянной «бомбардировке» со стороны хаотично движущихся молекул воды. В среднем, молекулы воздействуют на нее со всех сторон с равной интенсивностью и через равные промежутки времени. Однако, как бы ни мала была спора, в силу чисто случайных отклонений сначала она получает импульс со стороны молекулы, ударившей ее с одной стороны, затем — со стороны молекулы, ударившей ее с другой и т. д. В результате усреднения таких соударений получается, что в какой-то момент частица «дергается» в одну сторону, затем, если с другой стороны ее «толкнуло» больше молекул — в другую и т.д.

 

Квантовая теория

В марте 1905 года вышла еще одна статья Эйнштейна, в которой он глубже раскрыл природу света. Ученые к тому времени уже доказали, что свет распространяется подобно волнам на поверхности воды. Однако в рамках волновой теории не удавалось объяснить одну из особенностей физического явления, называемого фотоэффектом. Дело в том, что яркий красный свет, падая на пластину из определенного металла, не вызывает электрического тока, тогда как слабый синий свет вызывает. Эту особенность и объяснил Эйнштейн.

Согласно гипотезе Эйнштейна, при определенных условиях можно  считать, что свет состоит из маленьких  порций энергии — квантов. Кванты с разной энергией нами воспринимаются как свет разного цвета. Если кванты света (позже названные фотонами) имеют достаточную энергию, они  могут выбивать электроны из атомов некоторых металлов. Фотоны красного света слишком слабые, чтобы справиться с этой задачей. В ходе взаимодействия света с веществом возникает электрический ток.

На теории фотоэффекта, разработанной  Эйнштейном, основаны такие технические  новшества, как передающие трубки телекамер, солнечные батареи и фотоэкспонометры.

За вклад в понимание  природы света Эйнштейну в 1921 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Его статья способствовала появлению нового раздела науки  — квантовой теории, которая в  свою очередь нашла применение в  разных областях, например: в ядерной  физике, электронике и нанотехнологии.

 

Специальная теория относительности

Наибольшую известность  Эйнштейну все же принесла теория относительности, изложенная им впервые  в том же 1905 году, в статье «К электродинамике  движущихся тел».

 Альберт Эйнштейн, исходя из невозможности обнаружить абсолютное движение, сделал вывод о равноправии всех инерциальных систем отсчета. Он сформулировал два важнейших постулата, которые составили основу новой теории пространства и времени, получившей название Специальной Теории Относительности (СТО):

 Первый постулат: равномерные  прямолинейные движения невозможно  отличить от покоя. То и другое  физически равноценно.

Второй постулат: скорость света не зависит от движения светового  источника.

Скорость света является предельной скоростью распространения  материальных воздействий. Она не может  складываться ни с какой скоростью  и для всех инерциальных систем оказывается  постоянной. Все движущиеся тела на Земле по отношению к скорости света имеют скорость, равную нулю. И в самом деле, скорость звука  всего лишь 340 м/с. Это неподвижность  по сравнению со скоростью света.

Из этих двух принципов  — постоянства скорости света  и расширенного принципа относительности  Галилея — математически следуют  все положения специальной теории относительности. Если скорость света  постоянна для всех инерциальных систем, а они все равноправны, то физические величины длины тела, промежутка времени, массы для разных систем отсчета будут различными. Так, длина тела в движущейся системе будет наименьшей по отношению к покоящейся.

Для промежутка же времени, длительности какого-либо процесса —  наоборот. Время будет как бы растягиваться, течь медленнее в движущейся системе  по отношению к неподвижной, в которой этот процесс будет более быстрым.

Говоря об относительности  пространственных и временных величин  в разных системах отсчета, следует  помнить, что в теории относительности  мы наблюдаем неразрывную связь  относительного и абсолютного как  одно из проявлений физической симметрии. Поскольку скорость света является абсолютной величиной, то и связь  пространства и времени обнаруживается как некоторая абсолютная величина.

В каждой системе отсчета  длина тела и временной промежуток будут различны, а эта величина останется неизменной. Увеличение длины  будет соответствовать уменьшение промежутка времени в данной системе, и наоборот. Важнейшим следствием СТО явилась знаменитая формула Эйнштейна о взаимосвязи массы и энергии (где С - скорость света)Согласно этому уравнению, энергия, высвобождаемая при делении атома, равна потере массы, умноженной на квадрат скорости света, которая показала единство пространства и времени.

В теории относительности  «два закона — закон сохранения массы и сохранения энергии —  потеряли свою независимую друг от друга справедливость и оказались  объединенными в единый закон, который  можно назвать законом сохранения энергии или массы».

 

Теперь расскажем  немного интересных историй из жизни Альберта Эйнштейна.

Несколько  фактов о детстве Альберта Эйнштейна

- Не смотря на все свои достижения, в детстве знаменитый учёный не был вундеркиндом. Отнюдь, многие сомневались в его полноценности.

- До трёх лет будущий гений не разговаривал вообще.Однако как только мальчик заговорил, то его родители были изумлены – у трёхлетнего Эйнштейна был словарный запас взрослого человека.

- В школе, где Эйнштейн зарекомендовал себя как замкнутым, ленивым, медлительным и почти ни на что не способным, почти все смеялись над ним. А учителя говорили, что из Альберта никогда и ничего путного не выйдет. Однако это совершенно не помешало последнему в один присест взять и изучить весь школьный курс евклидовой геометрии.

- В 11 лет Эйнштейн пошёл в элитную гимназию. Однако спустя короткое время мальчик возненавидел её всем сердцем из-за порядков, которые там царили. Как и в немецкой армии там царила «палочная» дисциплина. Поэтому после банкротства отца и его переезда с матерью в Италию, Альберт покинул гимназию, чем сильно удивил своих родителей. Хотя на это была ещё одна причина – Эйнштейн хотел избежать военной повинности, которая была в Германии обязательной с 16 лет.

-Так и не получив аттестат, Альберт заверил родителей, что сам сможет подготовиться ко вступлению Высшее техническое училище (Политехникум) в Цюрихе, но… Эйнштейн провалился… . Однако директор училища посоветовал молодому человеку поступить в выпускной класс школы в Аарау (Швейцария), чтобы получить аттестат и повторить поступление.

-В кантональной школе Аарау Альберт Эйнштейн посвящал все своё свободное время изучению электромагнитной теории Максвелла. В сентябре 1896 года он успешно сдал все выпускные экзамены в школе, за исключением экзамена по французскому языку, и получил аттестат.

-Не смотря на всю свою престижность и лаборатории, Политехникум разочаровал юношу своими преподавателями, которые совершенно не следили за научным прогрессом. Поэтому студент Эйнштейн очень часто прогуливал лекции, читая в кафе журналы с последними научными теориями.

-Именно в Политехникуме гениальный физик познакомился со своей будущей женой Милевой Маревич. Она была единственной девушкой среди студенток. К тому же у них общие научные интересы

          -После получения диплома Эйнштейна устроили работать экспертом в патентное бюро. В связи с тем, что оценка технических характеристик у молодого специалиста занимала чаще всего около 10 минут, он много занимался разработкой своих теорий.

-Невероятно, но факт – всеми лабораторными принадлежностями Альберта Эйнштейна были ручка, чернила, бумага и трубка. «Единственное, что необходимо для мысленного эксперимента, это ручка и лист бумаги», — говорил учёный. «Мысленный эксперимент» стал уникальным методом учёного.

-В 20-е годы XX века в Берлине началась кампания против Эйнштейна. Выступления и нападки ученых-антисемитов велись под благовидным предлогом критики теории относительности. После прихода к власти Гитлера в 1933 Эйнштейн был вынужден бежать в Америку. Все его вещи и документы, оставшиеся в Германии, были разграблены и уничтожены, а летний дом — конфискован в пользу государства.

 -После всего, что натворил Гитлер с момента эмиграции Эйнштейна из Германии. Он вынужден был признать, что «дьявольскую силу нацизма можно победить только силой». Альберта Эйнштейн был одним из тех людей с чьей подачи был запущен знаменитый Манхэттенский проект, детищем которого стала атомная бомба.

- «Если бы все люди были улыбчивы, то на Земле не было бы войн», — сказал тогда растроганный ученый. До конца дней он чувствовал огромную вину за то, что был причастен к созданию смертоносного оружия, направленного против любимого им народа.

 

18 апреля 1955 года в 1 час  25 минут перестало биться сердце  великого творца. Эйнштейн скончался  в Принстоне от аневризмы аорты. Весь мир скорбел. Но Эйнштейн завещал, чтобы не было ни похорон, ни могилы, ни памятника.Тело было предано кремации, пепел развеян по ветру над рекой Дэлавер.

В заключении можно сказать  Имя Альберта Эйнштейна вошло в перечень самых выдающихся людей XX столетия и одного из величайших ученых всех времен. Эйнштейн обогатил физику с присущей только ему силой прозрения и непревзойденной игрой воображения.

 И, спустя 100 лет после  выхода в свет «звездных» статей, посвященных принципам относительности,  квантовой и молекулярной теориям,  проблема, волновавшая Эйнштейна,  по-прежнему будоражит умы ученых  мира. Выражение  – это крылатая фраза, знакомая широкой публике.

Уверенность, которую своими трудами вселил в ученых Эйнштейн, что природа познаваема и ее законы красивы. Стремление к этой красоте и составляло смысл жизни великого ученого.