Реферат
Тема: Життя і творчість Альберта Ейнштейна
Зміст
Введення
1 Початок шляху
2 Бюро патентів. Перші кроки до визнання
3 Знамениті теорії Альберта Ейнштейна
3.1. Броунівський рух
3.2 Кванти і фотоефект
3.3 Приватна (спеціальна) теорія відносності
3.4 Загальна теорія відносності
4 Калейдоскоп винаходів і експериментів
5 Еміграція
Висновок
Список використаної літератури
Введення
Ейнштейн Альберт (1879-1955), фізик-теоретик, один із засновників сучасної фізики. Творець спеціальної та загальної теорії відносності, корінним чином змінили уявлення про простір, час і матерію. У 1905 році в статті «До електродинаміки рухомих тіл» розробив основи спеціальної теорії відносності, виклавши нові закони руху. В основу своєї теорії поклав два постулати: спеціальний принцип відносності, що є узагальненням механічного принципу відносності Галілея на будь-які фізичні явища і принцип сталості швидкості світла у вакуумі.
Обидва постулати і теорія, побудована на їхній основі, змусили переглянути ряд основних положень класичної фізики Ньютона, встановив новий погляд на світ, нові просторово-часові уявлення. У тому ж 1905 році відкрив закон взаємозв'язку маси і енергії укладеної в тілах. Це співвідношення Ейнштейна лежить в основі розрахунку енергетичного балансу ядерних реакцій, в основі всієї ядерної фізики. У 1915 році завершив створення загальної теорії відносності чи сучасної релятивістської теорії тяжіння, встановив зв'язок між простором часом і матерією. Вивів рівняння, що описує поле тяжіння.
Автор основоположних праць з квантової теорії світла: ввів поняття фотона, встановив закони фотоефекту, основний закон фотохімії, передбачив індуковане випромінювання. Розвинув статистичну теорію броунівського руху, заклавши основи теорії флуктуацій, створив квантову статистику Бозе-Ейнштейна. З 1933 року працював над проблемами космології і єдиної теорії поля.
Ейнштейн лауреат Нобелівської премії 1921 року, член багатьох академій наук, зокрема іноземний член АН СРСР.
Мета даної роботи: ознайомитися з життям і творчістю великого вченого-фізика Альберта Ейнштейна.
Структура роботи: робота складається зі вступу, 4 розділів, висновків та списку використаної літератури. Загальний обсяг роботи 25 сторінок.
1 Початок шляху
Альберт Ейнштейн народився у старовинному німецькому місті Ульмі, але через рік сім'я переселилася до Мюнхена, де батько Альберта, Герман Ейнштейн, і дядько Якоб організували невелику компанію «Електротехнічна фабрика Я. Ейнштейна і К °». Спочатку справи компанії, що займалася вдосконалює-ристанням приладів дугового освітлення, електровимірювальної апаратурою і генераторами постійного струму, йшли досить успішно. Але в 90-х рр.. 19 століття, у зв'язку з розширенням будівництва великих електроцентралей і ліній дальніх електропередач, виник цілий ряд потужних електротехнічних фірм. Сподіваючись врятувати компанію, брати Ейнштейни в 1894 році перебралися в Мілан, однак через два роки, не витримавши конкуренції, компанія припинила своє існування.
Альберт до трьох років не говорив, але вже в ранні роки виявляв надзвичайну цікавість щодо того, як влаштований навколишній світ, і здатність розуміти складні математичні ідеї. У 12-річному віці він сам по книгах вивчив евклідової геометрії.
Дядько Якоб приділяв багато часу маленькому племіннику. «Я пам'ятаю, наприклад, що теорема Піфагора була мені показана моїм дядьком ще до того, як в мої руки потрапила священна книжечка з геометрії», - так Ейнштейн у спогадах, говорив про підручник евклідової геометрії. Часто дядько ставив хлопчикові математичні задачі, і той «відчував справжнє щастя, коли справлявся з ними».
Батьки віддали Альберта спочатку в католицьку початкову школу, а потім у мюнхенську класичну гімназію Луітпольда, відому як прогресивне і вельми ліберальне навчальний заклад, але яку він так і не закінчив. І в школі, і в гімназії Альберт придбав не найкращу репутацію. Читання науково-популярних книг породило у юного Ейнштейна, за його власним висловом, «прямо-таки фантастичне вільнодумство». У своїх спогадах М. Борн писав: «Вже в ранні роки Ейнштейн показав неприборкану волю до незалежності. Він ненавидів гру в солдати, тому що це означало насильство ». Пізніше Ейнштейн говорив, що людям, яким доставляє задоволення марширувати під звуки маршу, головний мозок дістався дарма, вони цілком могли б задовольнятися одним спинним.
Тупа регламентація і нудьга в мюнхенській школі відштовхувала молодого Ейнштейна. Коли постійні ділові невдачі змусили сім'ю в 1894 році покинути Німеччину і переїхати до Італії, до Мілана, 15-річний Ейнштейн скористався цією можливістю і кинув школу. Ще рік він провів разом з батьками в Мілані. У жовтні 1895 року шістнадцятирічний Ейнштейн пішки вирушив з Мілана до Цюріха, щоб вступити у Федеральну вищу технічну школу - знаменитий Політехнікум, для вступу в який не потрібно свідоцтва про закінчення середньої школи. Блискуче склавши вступні іспити з математики, фізики і хімії, він, проте, з тріском провалився з інших предметів. Ректор Політехнікуму, оцінивши неабиякі математичні здібності Ейнштейна, направив його для підготовки в кантональної школи в Аарау (в 20 милях на захід від Цюріха), яка в той час вважалася однією з кращих в Швейцарії. Рік, проведений у цій школі, якою керував серйозний учений і прекрасний педагог А. Таухшмід, опинився і дуже корисним, і - за контрастом з казарменій обстановкою в Пруссії - приємним.
Випускні іспити в Аарау Ейнштейн здав цілком успішно (крім іспиту з французької мови), що дало йому право на зарахування до Політехнікум в Цюріху. «Полі», як його зазвичай називали студенти і викладачі, - у ті роки по праву вважався одним з кращих вузів світу за рівнем викладання точних наук і технічних дисциплін. Кафедру фізики там очолював професор В. Г. Вебер, прекрасний лектор і талановитий експериментатор, що займався в основному питаннями електротехніки. Спочатку він був прийнятий дуже добре, але потім відносини між Ейнштейном і керівниками кафедри фізики Вебером і Перні стали складатися далеко не кращим чином і в кінці кінців перейшли у взаємну ворожість. У якійсь мірі це пояснювалося суто науковими причинами. Відрізняючись консерватизмом поглядів на електромагнітні явища, Вебер не приймав теорії Максвелла, уявлень про поле і дотримувався концепції дальнодії. Його студенти дізнавалися минуле фізики, але не її сьогодення і, тим більше, майбутнє. Ейнштейн ж вивчав праці Максвелла, був переконаний в існуванні всепроникного ефіру і міркував про те, як на нього діють різні поля (зокрема, магнітне) і як можна експериментально виявити рух щодо ефіру. Він тоді не знав про досліди Майкельсона і незалежно від нього запропонував свою інтерференційну методику. Але досліди, придумані Ейнштейном, з пристрастю працював у фізичному практикумі, не мали шансів здійснитися. «Скепсис» Вебера щодо задуманих Ейнштейном експериментів з виявлення «ефірного вітру» цілком зрозумілий: він просто не вірив в існування ефіру. Звичайно, Вебер зрештою опинився в цьому прав, але віра його виникала не з глибокого аналізу стану електродинаміки на рубежі століть, а, навпаки, з її повного ігнорування. Зрозуміло, що архаїчні погляди професора і його настільки слабка обізнаність в найбільш актуальних питаннях фізичної науки не могли не упустити його авторитет в очах студента, у своєму самоосвіті пішов вже набагато далі.
Викладачі недолюблювали норовистого студента. «Ви розумний хлопець, Ейнштейн, дуже розумний хлопець, але у вас є великий недолік - ви не терпите зауважень», - сказав йому якось Вебер, і цим визначалося багато чого.
У книгах про Ейнштейна Вебер незмінно виступає в якості, так би мовити, негативного героя. І дійсно, важке становище, в якому опинився майбутній великий фізик після закінчення Полі, цілком справа рук Вебера, але не слід забувати, наскільки нелегким студентом був молодий Ейнштейн. Конфлікт з Вебером дорого обійшовся Ейнштейну: вельми успішно здавши випускні іспити та отримавши диплом про закінчення Політехнікуму, він залишився без роботи. Вебер не тільки не захотів взяти його асистентом (у нього на кафедрі в цей час були дві вакансії, на які він прийняв випускників іншого факультету), але навіть використовував свій вплив, щоб перешкодити Ейнштейну отримати яке-небудь інше місце.
2 Бюро патентів. Перші кроки до визнання
Після закінчення Політехнікуму молодий дипломований викладач фізики (Ейнштейну йшов тоді двадцять другий рік) жив в основному у батьків у Мілані і два роки не міг знайти постійної роботи. Тільки в 1902 році, за рекомендацією друзів, він отримав нарешті місце експерта у федеральному Бюро патентів у Берні. Незадовго до цього Ейнштейн змінив громадянство і став швейцарським підданим.
Ейнштейн був зарахований в Патентне бюро на посаду технічного експерта III класу (а не II, як він хотів) з річним випробувальним терміном - він повинен був оволодіти технічними дисциплінами і кресленням. Випробувальний термін затягнувся більш ніж на два роки. Тільки у вересні 1904 року Ейнштейн став повноправним технічним експертом III класу, а питання про переведення його на посаду експерта II класу було вирішено лише у 1906 році, коли його «зоряні» роботи були вже опубліковані.
До моменту надходження в бюро Ейнштейна, воно було для свого часу установою дуже високого класу. Чітко налагоджена діяльність патентного відомства, безсумнівно, сприяла промисловому розвитку Швейцарії на початку нашого століття. Службовці бюро працювали в просторих світлих приміщеннях, обладнаних за останнім словом тодішньої оргтехніки. Технічні експерти Бюро патентів отримували платню на рівні університетських професорів. Всі вони були фахівці високого класу, в більшості своїй закінчили, як і Ейнштейн, цюріхський Політехнікуму.
Служба в бернському Бюро патентів, безсумнівно, справила вплив на багато подій його життя. За словами самого Ейнштейна, які звучать, правда, дещо парадоксально, саме вона дозволила йому спокійно та плідно працювати в галузі теоретичної фізики. Набута, завдяки цій задовільно оплачуваної роботи фінансова незалежність, стійкість положення дозволили Ейнштейну побудувати сім'ю. Через кілька місяців після влаштування на роботу він одружився на своїй колишній цюріхській однокурсниці Мілеві Маріч, родом із Сербії, яка була на чотири роки старша за нього. Їх сімейне життя склалося невдало. Для Ейнштейна фізика завжди була на першому місці. Воно ж було практично і єдиним.
Технічний експерт був зобов'язаний піддавати перевірці, оцінці та коригуванні надходять патентні заявки, вирішувати спірні питання з винахідниками, виписувати авторські посвідчення. Це була робота не тільки з паперами. Експерт був зобов'язаний проводити випробування діючих патентування моделей чи зразків. За день доводилося обробляти не менше трьох заявок. Робочий день службовця Патентного бюро тривав вісім годин. До того ж Ейнштейн мав, принаймні, в перші роки, знаходити час для освоєння технічного креслення. Директор бюро Галлер був прихильником жорсткої дисципліни. Себе і своїх колег Ейнштейн називав «батраками», «патентними рабами», а сама установа «світським монастирем». Ейнштейна як знавця електродинаміки Максвелла завантажили в першу чергу «електричними» патентами.
У бюро патентів Ейнштейн пропрацював сім з гаком років, вважаючи ці роки найщасливішими в житті. Швидше за все, він мав на увазі не матеріальні блага, до яких він завжди ставився з великою часткою байдужості, і не наявність нібито вільного часу для занять наукою. У непростій бернський період свого життя Ейнштейн взявся за складні нетривіальні задачі і успішно вирішив їх. Він з оптимізмом говорив: «... після восьми годин роботи залишається ще вісім годин на всяку всячину, та ще є неділя». Макс Борн писав: «Щоб успішно займатися наукою у вигляді побічного праці, потрібно було бути Ейнштейном».
Посада «патентного служки» постійно займала його розум різними науковими і технічними питаннями, але залишала достатньо часу для самостійної творчої роботи. Її результати до середини «щасливих бернських років» склали зміст наукових статей, які змінили обличчя сучасної фізики, принесли Ейнштейну світову славу.
Роки роботи в Патентному бюро були щасливими і завдяки так званої «Академії Олімпу». У перші місяці перебування в Берні Ейнштейн дав оголошення про приватні уроки. На оголошення відгукнувся Моріс Соловін, який вивчав у Цюріхському університеті філософію. Уроки швидко переросли в обговорення різних проблем. Соловін запропонував разом читати вечорами цікаві книги. Незабаром до них приєднався Конрад Габіхт, який приїхав до Берна для завершення свого математичної освіти. Свій гурток молоді люди назвали «Академія Олімпу». Вони збиралися після роботи і читали твори Спінози, Юма, Ампера, Гельмгольца, Рімана, Пуанкаре, трактати математиків Дедекінда і Кліффорда і багато іншого. Вони читали такі шедеври світової літератури: «Антігона» Софокла, «Різдвяні оповідання» Діккенса, «Дон-Кіхот» Сервантеса.
Соловін згадував: «прочитувати одна сторінка, іноді тільки півсторінки, а часом лише одна фраза, після чого слід було обговорення, яке, могло затягтися на багато днів». Друзів об'єднувало щире прагнення вчитися, пізнавати те, що не давала вища школа. Незабаром до них приєднався Мікеланжело Бессо. За рекомендацією Ейнштейна він поступив в 1904 році в Бернської патентне бюро. З роботи вони часто поверталися разом і вели нескінченні розмови. Бессо мав енциклопедичні знання, був завзятим сперечальником. Ейнштейн потім писав, що не знав «кращого резонатора нових ідей». Бессо був першим, кому Ейнштейн розповів про теорію відносності. Статтю «До електродинаміки рухомих тіл» Ейнштейн закінчує словами: «На закінчення зазначу, що мій друг і колега М. Бессо з'явився вірним помічником при розробці викладених тут проблем і що я зобов'язаний йому низку цінних вказівок». Засідання «академії» найчастіше проходили на квартирі Ейнштейна. Коли в 20-х роках журналісти запитали, де була створена теорія відносності, він без вагань назвав адресу своєї бернській квартири.
Вчений ступінь доктора філософії була присвоєна Ейнштейну в 1905 році, але тільки в 1908 році він був затверджений приват-доцентом в Берні, а в 1909 році прийняв запрошення зайняти місце екстраординарного професора теоретичної фізики в Цюріхському університеті і покинув патентне бюро у Берні.
3 Знамениті теорії Альберта Ейнштейна
3.1 Броунівський рух
Рік 1905 став знаменним в історії фізики.
У цьому році Ейнштейн опублікував три найважливіші роботи, які відіграли визначну роль у всьому подальшому розвитку фізики ХХ століття. У першій з них, присвяченій броунівському русі, він зробив важливі передбачення про рух завислих у рідині часток, обумовленому зіткненнями з молекулами. Пророцтва пізніше підтвердилися на досвіді.
У другій роботі, присвяченій фотоефекту, Ейнштейн висловив революційну гіпотезу про природу світла: за певних обставин світло можна розглядати як потік частинок, фотонів, енергія яких пропорційна частоті світлової хвилі. Практично не знайшлося фізиків, які погодилися б з цією ідеєю Ейнштейна. Знадобилися два десятиліття напружених зусиль експериментаторів і теоретиків, щоб картина фотонів стала загальновизнаною в рамках квантової механіки.
Але найбільш революційної стала третя робота Ейнштейна "До електродинаміки рухомих тіл», в якій з надзвичайною ясністю були висловлені ідеї приватної теорії відносності (ЩО), що зруйнувала класичні уявлення про простір-часу, що існували з часу Ньютона.
Перша з цих статей - «Про рух завислих у спочиваючої рідині частинок, що витікає з молекулярно-кінетичної теорії», що вийшла в 1905 році, була присвячена теорії броунівського руху.
Це явище (безперервне безладне зигзагоподібний рух частинок квіткового пилку в рідині), відкрите в 1827 році англійським ботаніком Р. Броуном, вже одержало тоді статистичне пояснення, але теорія Ейнштейна (який не знав попередніх робіт з броунівського руху) мала закінчену форму і відкривала можливості кількісних експериментальних досліджень.
Ейнштейн пов'язав рух частинок, що спостерігається в мікроскоп, із зіткненнями цих часток з невидимими молекулами; крім того, він передбачив, що спостереження броунівського руху дозволяє обчислити масу і число молекул, що знаходяться в даному обсязі. Ця робота Ейнштейна мала особливе значення тому, що існування молекул , які вважалися не більш ніж зручною абстракцією, в той час ще ставилося під сумнів.
Рішення найважливішого для фізики питання про реальність атомів Ейнштейн очікує не від туманних натурфілософських міркувань і не від нескінченних сперечань, а від прямого, так би мовити «лобового», досвіду, причому, як видно, чекає з нетерпінням. "Якби якому-небудь досліднику вдалося незабаром відповісти на підняті тут питання! »- таким вигуком закінчується стаття. Для Ейнштейна ця стаття не абстрактна «гра розуму», не ще одна публікація в солідному журналі, що зміцнює його репутацію в науковому світі, нема, йому надзвичайно цікаво, просто необхідно - і причому скоріше - переконатися в тому, що атоми, про які говорять вже більше 2000 років, дійсно існують.
У 1908 році Ж. Перрен з співробітниками серією тонких і систематичних експериментальних робіт блискуче підтвердили всі висновки Ейнштейна, що стосуються броунівського руху, і з прямих дослідів отримали для числа Авогадро значення, що лежить в межах від 6,5 · 1023 до 7,2 · 1023 ( сучасне значення 6,02 · 1023) і узгоджується з більш ранніми непрямими оцінками. Після цих робіт заперечувати реальність атомів було вже неможливо.
Але все це відбулося, як уже говорилося, тільки в 1908 році, а поки Ейнштейн продовжує вишукувати можливі флуктуаційні експерименти. У грудні 1905 року він закінчує свою другу статтю броунівському русі, «доповнює в деяких пунктах» попередню роботу.
3.2 Кванти і фотоефект
У тому ж 1905 вийшла й інша робота Ейнштейна - «Про одну евристичної точці зору на виникнення і перетворення світу». За п'ять років до цього М. Планк показав, що спектральний склад випромінювання, що випускається гарячими тілами, знаходить пояснення, якщо прийняти, що процес випромінювання дискретний, тобто світло випускається не безупинно, а дискретними порціями певної енергії. Фізичний сенс квантів залишався незрозумілим, але величина кванта дорівнює добутку деякого числа (постійної Планка) і частоти випромінювання.
Ейнштейн висунув теорію, згідно якої світло не тільки випромінюється й поглинається, але і складається з дискретних, далі неподільних порцій, квантів світла. Вони являють собою частинки, які рухаються в порожнечі зі швидкістю 300 000 кілометрів на секунду. Згодом (у двадцяті роки) ці частинки отримали назву фотонів. Ця революційна ідея дозволила Ейнштейну пояснити закони фотоефекту, зокрема, факт існування «червоною кордону», тобто тієї мінімальної частоти, нижче якої вибивання світлом електронів з речовини взагалі не відбувається.
Ідея Ейнштейна полягала в тому, щоб встановити відповідність між фотоном (квантом електромагнітної енергії) і енергією вибитого з поверхні металу електрона. Кожен фотон вибиває один електрон. Кінетична енергія електрона (енергія, що з його швидкістю) дорівнює енергії, що залишилася від енергії фотона за вирахуванням тієї її частини, яка витрачена на те, щоб вирвати електрон з металу. Чим яскравіше світло, тим більше фотонів і більше число вибитих з поверхні металу електронів, але не їх швидкість. Більш швидкі електрони можна отримати, направляючи на поверхню металу випромінювання з більшою частотою, так як фотони такого випромінювання містять більше енергії.
В експериментальних законах фотоефекту Ейнштейн побачив переконливий доказ того, що світло має переривчасту структуру і поглинається окремими порціями. Енергія Е кожної порції випромінювання в повній відповідності з гіпотезою Планка пропорційна частоті:
E = hv, де h - постійна Планка.
З того, що світло, як показав Планк, випромінюється порціями, ще не випливає переривчаста структура самого світла. Адже і мінеральну воду продають у пляшках, але звідси зовсім не випливає, що вода має переривчасту структуру і складається з неподільних частин. Лише явище фотоефекту показало, що світло має переривчасту структуру: випроменена порція світлової енергії E = hv зберігає свою індивідуальність і в подальшому. Поглинутися може тільки вся порція цілком.
Кінетичну енергію фотоелектрон можна знайти, застосувавши закон збереження енергії. Це рівняння пояснює основні факти, що стосуються фотоефекту. Інтенсивність світла, за Ейнштейном, пропорційна числу квантів (порцій) енергії в світловому пучку і тому визначає число електронів, вирваних з металу. Швидкість же електронів згідно визначається тільки частотою світла і роботою виходу, що залежить від роду металу і стану його поверхні. Від інтенсивності світла вона не залежить.
Для кожної речовини фотоефект спостерігається лише в тому випадку, якщо частота v світла більше мінімального значення. Адже щоб вирвати електрон з металу навіть без повідомлення йому кінетичної енергії, потрібно зробити роботу виходу А. Отже, енергія кванта повинна бути більше цієї роботи. Граничну частоту, називають червоним кордоном фотоефекту.
Для цинку червоній межі відповідає довжина хвилі м (ультрафіолетове випромінювання). Саме цим пояснюється досвід з припинення фотоефекту за допомогою скляної пластинки, що затримує ультрафіолетові промені.
Робота виходу в алюмінію або заліза більше, ніж у цинку. Тому в досвіді використовувалася цинкова пластина. У лужних металів робота виходу, навпаки, менше, а довжина хвилі, відповідна червоній межі, більше. Користуючись рівнянням Ейнштейна можна знайти постійну Планка h. Для цього потрібно експериментально визначити частоту світла v, роботу виходу А і виміряти кінетичну енергію фотоелектронів. Точно таке ж значення було знайдено Планком при теоретичному вивченні зовсім іншого явища - теплового випромінювання. Збіг значень постійної Планка, отриманих різними методами, підтверджує правильність припущення про переривистому характер випромінювання і поглинання світла речовиною. Рівняння Ейнштейна, незважаючи на свою простоту, пояснює основні закономірності фотоефекту. У сучасній фізиці фотон розглядається як одна їх елементарних частинок. Таблиця елементарних частинок вже багато десятків років починається з фотона.
Ейнштейн висунув ще одну сміливу гіпотезу, припустивши, що світло має подвійною природою. Як показують проводилися протягом століть оптичні експерименти, світло може вести себе як хвиля, але, як свідчить фотоелектричний ефект, і як потік частинок. Правильність запропонованої Ейнштейном інтерпретації фотоефекту була багаторазово підтверджена експериментально, причому не тільки для видимого світла, але і для рентгенівського та гамма-випромінювання.
Таким чином, Ейнштейну належить теоретичне відкриття фотона, експериментально виявленого в 1922 році А. Комптоном. А в 1924 році Луї де Бройль зробив ще один крок у перетворенні фізики, припустивши, що хвильовими властивостями володіє не тільки світло, але й матеріальні об'єкти, наприклад електрони . Ідея де Бройля також знайшла експериментальне підтвердження і заклала основи квантової механіки.
Роботи Ейнштейна дозволили пояснити флуоресценцію, фотоіонізації і загадкові варіації питомої теплоємності твердих тіл при різних температурах та інші, які не могла пояснити електромагнітна теорія світла.
У 1922 році Ейнштейну було вручено Нобелівську премію з фізики 1921 року «за заслуги перед теоретичною фізикою, і особливо за відкриття закону фотоелектричного ефекту». «Закон Ейнштейна став основою фотохімії так само, як закон Фарадея - основою електрохімії», - заявив на представленні нового лауреата Сванте Арреніус зі Шведської королівської академії. Домовившись заздалегідь про виступ у Японії, Ейнштейн не зміг бути присутнім на церемонії і свою Нобелівську лекцію прочитав лише через рік після присудження йому премії.
3.3 Приватна (спеціальна) теорія відносності
Найбільшу популярність Ейнштейну все ж принесла теорія відносності, викладена ним вперше у тому ж 1905 році, у статті «До електродинаміки рухомих тіл». Вже в юності Ейнштейн намагався зрозуміти, що побачив би спостерігач, якщо б кинувся зі швидкістю світла навздогін за пучком світла. У той час більшість фізиків вважало, що світлові хвилі поширюються в ефірі - загадковому речовину, яку, як прийнято було думати, заповнює весь Всесвіт . Проте виявити ефір експериментально нікому не вдавалося. Поставлений в 1887 році Альбертом А. Майкельсона і Едвардом Морлі експеримент з виявлення розходження у швидкості світла, що поширюється в гіпотетичному ефірі уздовж і поперек напрямку руху Землі, дав негативний результат. Якби ефір був носієм світла, який поширюється по ньому у вигляді обурення, як звук по повітрю, то швидкість ефіру мала б додаватися до спостерігається швидкості світла або відніматися з неї, подібно до того як річка впливає, з точки зору стоїть на березі спостерігача, на швидкість човна, що йде на веслах за течією або проти течії.
Немає підстав стверджувати, що спеціальна теорія відносності Ейнштейна була створена безпосередньо під впливом експерименту Майкельсона-Морлі, але в основу її були покладені два універсальних допущення, які робили зайвої гіпотезу про існування ефіру: всі закони фізики однаково застосовні для будь-яких двох спостерігачів, незалежно від того, як вони рухаються відносно один одного, світло завжди поширюється у вільному просторі з однією і тією ж швидкістю, незалежно від руху його джерела. Тепер Ейнштейн рішуче відкинув концепцію ефіру, що дозволило розглядати принцип рівноправності усіх інерційних систем відліку як універсальний, а не тільки обмежений рамками механіки.
Висновки, зроблені з цих припущень, змінили уявлення про простір і час: ні один матеріальний об'єкт не може рухатися швидше за світло, з точки зору стаціонарного спостерігача, розміри об'єкта, що рухається скорочуються в напрямку руху, а маса об'єкта зростає, щоб швидкість світла була однаковою для рухомого і спочиває спостерігачів, рухомі годинник повинні йти повільніше. Навіть поняття стаціонарності підлягає ретельному перегляду. Рух або спокій визначаються завжди щодо якогось спостерігача. Спостерігач, що їде верхи на об'єкті, що рухається, нерухомий щодо даного об'єкта, але може рухатися відносно будь-якого іншого спостерігача. Оскільки час стає такою ж відносної змінної, як і просторові координати x, y і z, поняття одночасності також стає відносним. Дві події, що здаються одночасними одному спостерігачеві, можуть бути розділені у часі, з точки зору іншого.
З інших висновків, до яких призводить спеціальна теорія відносності, заслуговує на увагу еквівалентність маси і енергії. Маса m є свого роду «заморожену» енергію E, з якою пов'язана співвідношенням E = mc2, де c - швидкість світла. Таким чином, випускання фотонів світла відбувається ціною зменшення маси джерела.
Релятивістські ефекти, як правило, нехтує малі при звичайних швидкостях, стають значними тільки при великих, характерних для атомних і субатомних частинок. Втрата маси, пов'язана з випусканням світла, надзвичайно мала і зазвичай не піддається вимірюванню навіть за допомогою самих чутливих хімічних ваг. Однак спеціальна теорія відносності дозволила пояснити такі особливості процесів, що відбуваються в атомній та ядерній фізиці, які до того залишалися незрозумілими. Майже через сорок років після створення теорії відносності фізики, що працювали над створенням атомної бомби, зуміли обчислити кількість виділяється при її вибуху енергії на основі дефекту (зменшення) маси при розщепленні ядер урану.
Сприйняття робіт Ейнштейна було неоднозначним. Багато вчених їх просто не розуміли, і це відбувалося з-за специфічних поглядів Ейнштейна на структуру правильних теорій і на зв'язок між теорією та експериментом. Хоча Ейнштейн і визнавав, що єдиним джерелом знань є досвід, він був також переконаний, що наукові теорії є вільними витворами людської інтуїції і що підстави, на яких грунтується хороша теорія, не обов'язково повинні бути логічно пов'язані з досвідом. Ідеальна теорія, по Ейнштейну, повинна базуватися на мінімально можливій кількості постулатів і описувати максимально можливу кількість явищ. Саме ця «скупість» на постулати, властива всієї наукової діяльності Ейнштейна, робила його роботи важкодоступними для колег. Проте, ряд видатних фізиків відразу підтримав молодого вченого, і серед них - Макс Планк. Саме він допоміг Ейнштейну перебратися з патентного бюро в Цюріху спочатку в Прагу, а потім до Берліна на посаду директора Інституту фізики кайзера Вільгельма.
3.4 Загальна теорія відносності
У 1905 році Ейнштейну було 26 років, але його ім'я вже придбало широку популярність. У 1914 році прийняв запрошення переїхати на роботу до Берліна як професор Берлінського університету і одночасно директора Інституту фізики. Німецьке підданство Ейнштейна було відновлено. До цього часу вже повним ходом йшла робота над загальною теорією відносності. Шлях, що привів Ейнштейна до успіху, був важким і звивистим. У результаті спільних зусиль Ейнштейна та його колишнього студентського товариша М. Гроссмана в 1912 році з'явилася стаття «Начерк узагальненої теорії відносності», а остаточне формулювання теорії датується 1915 роком. Спираючись на всім відомий факт, що «важка» і «інертна» маси рівні, вдалося знайти принципово новий підхід до вирішення проблеми: який механізм передачі гравітаційної взаємодії між тілами і що є переносником цієї взаємодії? Відповідь, запропонований Ейнштейном, був приголомшливо несподіваним: у ролі такого посередника виступала сама «геометрія» простору - часу.
Загальна теорія відносності охоплювала всі можливі руху, в тому числі і прискорені (тобто відбуваються зі змінною швидкістю). Панувала раніше механіка, що бере початок з робіт Ісаака Ньютона, ставала окремим випадком, зручним для опису руху при відносно малих швидкостях. Ейнштейну довелося замінити багато з введених Ньютоном понять. Такі аспекти ньютонівської механіки, як, наприклад, ототожнення гравітаційної та інертної мас, викликали в нього занепокоєння. За Ньютону, тіла притягають одне одного, навіть якщо їх поділяють величезні відстані, причому сила притягання, або гравітація, поширюється миттєво. Гравітаційна маса служить мірою сили тяжіння. Що ж до руху тіла під дією цієї сили, то воно визначається інерціальній масою тіла, яка характеризує здатність тіла прискорюватися під дією даної сили.
Він зробив так званий «уявний експеримент». Якщо б людина у вільно падаючої коробці, наприклад у ліфті, впустив ключі, то вони не впали б на підлогу: ліфт, чоловік і ключі падали б з однією і тією ж швидкістю і зберегли б свої положення відносно один одного. Так відбувалося б в якійсь уявній точці простору далеко від усіх джерел гравітації. Один з друзів Ейнштейна зауважив з приводу такої ситуації, що людина в ліфті не міг би відрізнити, чи знаходиться він у гравітаційному полі або рухається з постійним прискоренням. Ейнштейнівської принцип еквівалентності, який стверджує, що гравітаційні і інерціальні ефекти можна відрізнити, пояснив збіг гравітаційної та інертної маси в механіці Ньютона. Потім Ейнштейн розширив картину, поширивши її на світ. Якщо промінь світла перетинає кабіну ліфта в горизонтальному положенні, в той час як ліфт падає, то вихідний отвір знаходиться на більшій відстані від підлоги, ніж вхідний, так як за той час, який потрібно променю, щоб пройти від стінки до стінки, кабіна ліфта встигає просунутися на якусь відстань. Спостерігач в ліфті побачив би, що світловий промінь скривився. Для Ейнштейна це означало, що в реальному світі промені світла викривляються, коли проходять на досить малій відстані від масивного тіла.
Загальна теорія відносності Ейнштейна замінила ньютонівську теорію гравітаційного тяжіння тіл просторово-тимчасовим математичним описом того, як масивні тіла впливають на характеристики простору навколо себе. Відповідно до цієї точки зору, тіла не притягують один одного, а змінюють геометрію простору-часу, яка і визначає рух проходять через нього тел. Як одного разу зауважив колега Ейнштейна, американський фізик Дж.А.Уілер, «простір говорить матерії, як їй рухатися, а матерія говорить простору, як йому викривлятися». Для перевірки своєї теорії запропонував три ефекти: скривлення світлового променя в поле тяжіння Сонця, зсув перигелію Меркурія і гравітаційний червоний зсув. Ці ефекти, як показали наступні експерименти, дійсно діють і кількісно правильно передбачалися загальною теорією відносності.
У грудні 1915 року на засіданні Академії наук у Берліні Ейнштейн доповів, нарешті, остаточні рівняння загальної теорії відносності. Ця теорія стала вершиною творчості Ейнштейна, і, на думку багатьох вчених, стала самим значним і найкрасивішим теоретичним побудовою за всю історію фізики. Однак розуміння загальної теорії відносності прийшло не відразу. Перші три роки ця теорія цікавила вузьке коло фахівців і була зрозуміла лише десятку обраних.
Ситуація різко змінилася у 1919 році, так як в цьому році вдалося перевірити прямими спостереженнями одне з парадоксальних передбачень загальної теорії відносності - викривлення променя світла від далекої зірки полем тяжіння Сонця. Таке спостереження можливо тільки під час повного сонячного затемнення. Саме в 1919 р. таке затемнення можна було спостерігати в районах земної кулі із зазвичай гарною погодою, що дозволяло провести максимально точне фотографування видимого положення зірок на небі в момент повного затемнення. Експедиція, споряджена англійською астрофізиком сером Артуром Еддінгтона, зуміла отримати дані, які підтвердили передбачення Ейнштейна. Буквально в один день Ейнштейн став знаменитий на весь світ.
Обрушилася на нього слава не піддається опису. Теорія відносності на довгий час стала предметом салонних розмов. Газети всіх країн були переповнені статтями про теорію відносності, вийшло безліч популярних книг, в яких автори намагалися пояснити обивателям суть цієї теорії. Університети просили його працювати в них у ролі викладача, вчені з різних країн світу зверталися до нього за порадою, а політичні партії та всілякі благодійні організації та фонди билися між собою за його підтримку і допомогу, він був обраний почесним членом безлічі академій.
Настав, нарешті, визнання.
Слово і думка Ейнштейна стало одним з найавторитетніших в світі. У 1920-і рр.. Ейнштейн багато їздить по світу, бере участь у міжнародних конференціях. Особливо важливою була роль Ейнштейна в дискусіях, які розгорнулися в кінці 1920-х рр.. з концептуальних проблем квантової механіки. Бесіди і суперечки Ейнштейна з Бором на ці теми стали знаменитими.
Портрети Ейнштейна з'явилися на обкладинках ілюстрованих журналів, його ім'я миготіло в заголовках щоденних газет. Аудиторії, де Ейнштейн читав лекції в Берлінському університеті, під час «релятивістської галасу» були завжди переповнені, іноді число слухачів перевищувала тисячу чоловік. Серед численних почестей, наданих Ейнштейну, була пропозиція стати президентом Ізраїлю, що послідувало в 1952 році, яке він не прийняв.
Свою світову славу Ейнштейн почав сприймати як тяжкий тягар. Його науковий тріумф вийшов далеко за рамки природних наук. Він робить численні закордонні поїздки. Журнал «Scientific American» профінансував конкурс на саме зрозуміле пояснення теорії відносності з призом в 5 тисяч доларів. Ейнштейн пожартував, що серед своїх друзів він один не брав участь: «Я боявся, що не справлюся». Цікаво (або символічно), що переможець конкурсу Болтон був співробітником Британського патентного бюро.
4 Калейдоскоп винаходів і експериментів
У період інтенсивних досліджень з загальної теорії відносності, Ейнштейн звернувся до екзотичних лабораторним експериментам. Він пише своєму другові Мікеле Бессо: «Експеримент скоро закінчиться ... Дивовижна робота ... Яку ж витонченість демонструє природа, коли намагаєшся проникнути в її таємниці ... я все ще захоплююся проведенням дослідів». Мова йде про гіромагнітних явищах мікрочастинок, а саме, про поворот вільно підвішеного феромагнітного зразка при його намагнічуванні зовнішнім магнітним полем. Цей унікальний досвід був поставлений спільно з зятем видає голландського теоретика Хендріка Лоренца - де Гааза. Ейнштейн подолав труднощі, з якими не змогли впоратися багато маститі експериментатори.
Маловідомо, що Ейнштейн з різними співавторами мав понад два десятки патентів. Цікаво й те, що, пішовши з бернського патентного бюро, отримавши світову популярність як фізик, Ейнштейн не розлучився з патентною діяльністю. Наприклад, спільно з Л. Сцілард в кінці 1920-х років були запатентовані три типи холодильних машин, насоси для холодильних машин, компресор, пристрої для скраплення газів і парів (вони знайшли застосування в атомній техніці).
Спільно з Гольдштейном запатентовано пристрій для передачі звуку, засноване на явищі магнітострикції. У 1936 році зі своїм другом, лікарем Г. Буки він запатентував фотокамеру з автоматичною підстроюванням під рівень освітленості. Ейнштейн часто виступав у якості патентного експерта. У 1916 році (створення загальної теорії відносності!) Він писав Бессо: «У мене зараз знову досить забавна експертиза в одному патентному процесі».
Ейнштейн зіграв значну роль у визнанні Г. Аншютца винахідником гіроскопічного компаса. Відомо, що він брав участь в патентній тяжбі між фірмами АЕГ і Сіменс в 1929 році. Під час другої світової війни Ейнштейн співпрацював з міністерством військово-морського флоту США в якості науково-технічного експерта. У його обов'язки входила оцінка винаходів, що надходять до міністерства.
5 Еміграція
Ейнштейн не без вагань прийняв пропозицію переїхати до Берліна. Але можливість спілкування з найбільшими німецькими вченими, в числі яких був і Планк, приваблювала його. Але політична і моральна атмосфера в Німеччині робилася все тягостнее і тягостнее, антисемітизм піднімав голову. У 1933 році, коли владу захопили фашисти, Ейнштейн назавжди покинув Німеччину. На цих драматичних подіях закінчується європейський період життя Ейнштейна.
На знак протесту проти фашизму він відмовився від німецького громадянства і вийшов із складу Прусської і Баварської Академій наук.
Переїхавши до США, Ейнштейн зайняв посаду професора фізики в новому інституті фундаментальних досліджень в Прінстоні (штат Нью-Джерсі). Він продовжував займатися питаннями космології, а також посилено шукав шляхи побудови єдиної теорії поля, яка б об'єднала гравітацію, електромагнетизм (а можливо, і інше). І хоча реалізувати цю програму йому не вдалося, це не похитнуло репутації Ейнштейна як одного з найвидатніших натуралістів всіх часів.
Маленький університетське містечко Прінстон в США прихистив Ейнштейна. Ніяких особливих заходів для забезпечення його особистої безпеки не приймалося, жителі були доброзичливі, називали його «старий док», а студенти співали про нього пісеньки.
У Прінстоні Ейнштейн став місцевою визначною пам'яткою. Його знали як фізика зі світовим ім'ям, але для всіх він був скромним, привітним і кілька ексцентричним людиною, з яким можна було зіткнутися прямо на вулиці. У години дозвілля він любив музикувати. Почавши вчитися грі на скрипці у шість років, Ейнштейн продовжував грати все життя, іноді в ансамблі з іншими фізиками. Йому подобався вітрильний спорт, який, як він вважав, надзвичайно сприяє роздумам над фізичними вадами.
Приїзд Ейнштейна був для Америки величезною подією. Майже відразу ж Ейнштейн був запрошений президентом Рузвельтом в Білий дім (адже у них були спільні інтереси - величезне захоплення вітрильним спортом).
Але спокійного життя в тихому американському містечку не вийшло. Серед фізиків - іноземців, які опинилися в еміграції в США, росла тривога з можливого створення атомної бомби в Німеччині. Вони звернулися до Ейнштейна з проханням звернутися до американського президента. Сьогодні, коли відомі вчені обговорюють важливі екологічні проблеми, питання протиракетної оборони і багато інших, важливі для суспільства питання, лунають голоси, що не слід змішувати науку з політикою. Ейнштейн же був переконаний, що на кожному вченій лежить моральна відповідальність за долю людства. І вчений зобов'язаний донести до людей суть своїх робіт і пояснити можливі наслідки. Тому Ейнштейн і фізик Лео Сцілард направили лист Франкліну Рузвельту, де повідомляли про відкриття ділення ядер урану і попереджали про небезпеку створення ядерної зброї. Це був імпульс до розгортання «Манхеттенського проекту» зі створення атомної бомби.
Після другої світової війни, вражений жахливими наслідками використання атомної бомби проти Японії і все прискорюється гонкою озброєнь, Ейнштейн став гарячим прихильником світу, вважаючи, що в сучасних умовах війна представляла б загрозу самому існуванню людства. Незадовго до смерті він поставив свій підпис під відозвою Бертрана Рассела, зверненим до урядів всіх країн, який попереджає їх про небезпеку застосування водневої бомби і закликає до заборони ядерної зброї. Ейнштейн виступав за вільний обмін ідеями і відповідальне використання науки на благо людства.
18 квітня 1955 о 1 годині 25 хвилин перестало битися серце великого творця. Ейнштейн помер у Прінстоні від аневризми аорти. Весь світ сумував. Але Ейнштейн заповів, щоб не було ні похорону, ні могили, ні пам'ятника. Усього десять найближчих людей йшли за труною. Тіло було віддане кремації, попіл розвіяний за вітром над річкою Делавер.
Річка на ім'я Час продовжує свою течію і десь несе його прах.
Висновок
Ім'я Альберта Ейнштейна увійшло до переліку найвидатніших людей XX століття і одного з найвидатніших учених усіх часів.
Ейнштейн збагатив фізику з притаманною тільки йому силою прозріння і неперевершеною грою уяви. З дитячих років він сприймав світ як гармонійне ціле пізнаване, «що стоїть перед нами зразок великої й вічної загадки». За його власним визнанням, він вірив у «Бога Спінози, який є себе в гармонії всього сущого». Саме це «космічне релігійне почуття» спонукало Ейнштейна до пошуку пояснення природи за допомогою системи рівнянь, яка мала б великою красою і простотою.
І сьогодні, через 100 років після виходу в світ «зоряних» статей, присвячених принципам відносності, квантової і молекулярної теоріям, проблема, що хвилювали Ейнштейна, як і раніше розбурхує уми вчених світу. Вираз E = mc2 - це крилата фраза, знайома широкій публіці так само, як рядки Шекспіра.
Велич, зробленого Ейнштейном в науці, важко переоцінити. Зараз немає практично жодної гілки сучасної фізики, де, так чи інакше, не були присутні б фундаментальні поняття квантової механіки або теорії відносності.
Але, мабуть, ще важливіше впевненість, яку своїми працями вселив у вчених Ейнштейн, що природа пізнавана і її закони красиві. Прагнення до цієї краси і становило сенс життя великого вченого.
Список використаної літератури
Кузнєцов Б.Г. Ейнштейн. Життя, смерть, безсмертя. 5-е вид., Перераб. і доп. - М.: Наука, 1985.
Лауреати Нобелівської премії. Енциклопедія. Пер. з англ. - М.: «Прогрес», 1992.
Сноу ч.п. Портрети і роздуми. - М.: вид. «Прогрес», 1985.
Френкель В.Я., Явелов Б.Є. Ейнштейн: винаходи та експеримент. 2-е вид., Перераб. і додатк. - М.: вид. «Наука», 1990.
Хофман Б. Альберт Ейнштейн: творець і бунтар. Історія фізики. - Пер. з англ. - М.: «Прогрес», 1983.
Явелов Б.Є., Френкель В.Я. Патентний експерт Ейнштейн / / Сб. Шляхи в незнайоме, - М.: Радянський письменник, 1983