Альберт Эйнштейн – известный физик-теоретик немецкого происхождения 20-го века. Наиболее популярный своими теориями: специальной теории относительности и общей теории относительности. Альберт получил Нобелевскую премию по физике в 1921 году за объяснение фотоэлектрического эффекта.
Эйнштейн внес важный вклад в статистическую механику, особенно в трактовку броуновского движения, разрешение парадокса удельных теплоемкостей и связь флуктуаций и диссипации. Несмотря на свои оговорки относительно ее интерпретации, Альберт внес плодотворный вклад в квантовую механику и, косвенно, квантовую теорию поля, в первую очередь через свои теоретические исследования фотона.
Двадцатый век в особенности заполнился нам своим стремлением скинуть оковы классической физики. Смотря вперед в эпоху, которая стремится воспитывать в ученых креативность, необходимую для научных инноваций, видно, что один человек выделяется на общем фоне как главный символ этой эпохи. Добродушный политэмигрант, чей образ – растрепанная шевелюра, сияющие глаза, обаятельная доброта и необычайный блеск – сделал его лицо символом эпохи, а имя – синонимом гениальности.
Альберт Эйнштейн был человеком, наделенным воображением, ведомым верой в гармонию творений природы. Увлекательная история его жизни – это свидетельство взаимосвязи креативности и свободы. В ней отразились как триумфы, так и смятение современной эпохи.
Биография
Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 году в Ульме, в городе на юге Германии в небогатой еврейской семье. Его родители не были религиозными евреями. Отец Альберта, Герман Эйнштейн (1847—1902) — совладелец небольшого предприятия по производству перьевой набивки для матрацев и перин. Мать Эйнштейна, Паулина Эйнштейн (урождённая Кох, 1858—1920), происходила из семьи состоятельного торговца кукурузой Юлиуса Дерцбахера и Йетты Бернхаймер.
В следующем году после рождения Альберта, его семья переехала в Мюнхен. Там молодой ученый посещал начальную школу и гимназию Луитпольд. В 1894 году его родители переехали в Италию в Милан, а Альберт остался в Мюнхене ещё на некоторое время, чтобы окончить все шесть классов гимназии. Так и не получив аттестата зрелости, в 1895 году он присоединился к своей семье в Павии.
Осенью 1895 года Альберт Эйнштейн прибыл в Швейцарию, чтобы сдать вступительные экзамены в Высшее техническое училище (Политехникум) в Цюрихе и по окончании обучения стать преподавателем физики. Блестяще проявив себя на экзамене по математике, он в то же время провалил экзамены по ботанике и французскому языку, что не позволило ему поступить в Цюрихский Политехникум. Однако директор училища посоветовал молодому человеку поступить в выпускной класс школы в Арау (Швейцария), чтобы получить аттестат и повторить поступление.
В кантональной школе Арау Альберт Эйнштейн посвящал своё свободное время изучению электромагнитной теории Максвелла. Он начал размышлять над физическими проблемами. В сентябре 1896 года Эйнштейн успешно сдал все выпускные экзамены в школе, за исключением экзамена по французскому языку, и получил аттестат. И в октябре 1896 года был принят в Политехникум на педагогический факультет.
Стиль и методика преподавания в Политехникуме существенно отличались от закостеневшей и авторитарной германской школы, поэтому дальнейшее обучение давалось Альберту легче. У него были первоклассные преподаватели, в том числе замечательный геометр Герман Минковский и аналитик Адольф Гурвиц.
Наука
В 1902 году в июне Альберт начал работать в Федеральном управлении интеллектуальной собственности в Берне. Работа в Федеральном управлении интеллектуальной собственности не занимала его полностью, и в свободное время Эйнштейн написал несколько статей по теоретической физике.
1905 году вошел в историю Эйнштейна как «Год чудес». В этот год было опубликовано пять статей, которые стали очень важны в истории физика. Эти статьи касались определения молекулярных размеров, броуновского движения, гипотезы квантов света, специальной теории относительности и эквивалентности энергии и массы. Три из выдающихся статей Альберта, положившие начало новой научной революции, опубликовал журнал «Анналы физики»:
— «К электродинамике движущихся тел». С этой статьи начинается теория относительности.
— «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света». Одна из работ, заложивших фундамент квантовой теории.
— «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты» — работа, посвящённая броуновскому движению и существенно продвинувшая статистическую физику.
Теория относительности
«Почему именно я создал теорию относительности? Когда я задаю себе такой вопрос, мне кажется, что причина в следующем. Нормальный взрослый человек вообще не задумывается над проблемой пространства и времени. По его мнению, он уже думал об этой проблеме в детстве. Я же развивался интеллектуально так медленно, что пространство и время занимали мои мысли, когда я стал уже взрослым. Естественно, я мог глубже проникать в проблему, чем ребёнок с нормальными наклонностями», — говорил Альберт Эйнштейн.
Список научных достижений Эйнштейна поражает воображение. Теория относительности полностью изменила представление о пространстве и времени не только с научной точки зрения, но и с философской. Среди многих следствий теории относительности — эквивалентность энергии и массы, замедление хода движущихся часов, отклонение света под действием силы тяжести, объяснение аномальной прецессии перигелия Меркурия и эффект гравитационной линзы.
Эйнштейн использовал уравнения для гравитационного поля для построения модели конечной, но неограниченной статической вселенной, характеризующейся силой отталкивания, которая находит выражение в так называемой космологической постоянной и, таким образом, положила начало области современной космологии. Он внес большой вклад в развитие квантовой физики.
Работа над определением молекулярных размеров, броуновского движения, фотоэлектрического эффекта, стимулированного излучения света, корпускулярно-волнового дуализма света и статистики Бозе-Эйнштейна.
Дурная слава Эйнштейна побудила многих людей напасть на теорию относительности, которая стала излюбленной мишенью нескольких философов, любителей и профессиональных ученых.
Суть теории относительности в том, что фундаментальные законы физики неизменны и не зависят от того, как вы движетесь.
В специальном случае, когда наблюдатель движется с постоянной скоростью, эта концепция представляется естественной. Эйнштейн сформулировал теорию относительности в 1905 году. Она применима только к этому специальному случаю (отсюда и название), то есть к случаю, когда наблюдатели движутся друг относительно друга равномерно и по прямой, то есть с постоянной скоростью. Такие системы называются «инерциальными системами отсчета».
История теории относительности началась в 1632 году, когда Галилей провозгласил принцип, согласно которому все законы движения и механики (законы электромагнетизма еще не были открыты) остаются одними и теми же во всех системах координат, движущихся с постоянной скоростью друг относительно друга.
Теория относительности создавалась Эйнштейном с помощью интуиции, базирующейся на десятилетнем интеллектуальном и личном опыте. Самым важным и очевидным было его глубокое знание и понимание теоретической физики. Альберту помогала развившаяся во время учебы в Арау способность визуализировать мысленные эксперименты. Полезным оказалось и знание основ философии. Юм и Мах приучили Эйнштейна скептически относиться к вещам и явлениям, которые невозможно наблюдать непосредственно. И этот скептицизм был усилен присущей ему бунтарской склонностью не доверять авторитетам.
«Трудно сказать, как я пришел к теории относительности», – говорил Эйнштейн, – существовало так много скрытых сложностей, которые стимулировали мою мысль».
Путь Альберта в теорию относительности начался с мысленного эксперимента, который он провел в шестнадцать лет, когда представлял себя летящим рядом со световым лучом с той же скоростью. Этот мысленный эксперимент не обязательно опровергал эфирную теорию распространения световых волн. Действительно, теоретик, предполагавший, что эфир существует, мог вообразить застывший луч света. Но интуиция подсказывала Эйнштейну, что законы оптики должны подчиняться принципу относительности.
Многие видные физики остались верными классической механике и концепции эфира. При этом некоторые из них не отвергали результатов специальной теории относительности. Однако интерпретировали их в духе теории Лоренца, предпочитая смотреть на пространственно-временную концепцию Эйнштейна-Минковского как на чисто математический приём.
Решающим аргументом в пользу истинности СТО стали опыты по проверке Общей теории относительности. Со временем постепенно накапливались и опытные подтверждения самой СТО. На ней основаны квантовая теория поля, теория ускорителей, она учитывается при проектировании и работе спутниковых систем навигации (здесь оказались нужны даже поправки общей теории относительности). (фото 5)
Успех Альберта Эйнштейна обусловлен тем, что он подвергал сомнению общепринятые точки зрения, не преклонялся перед авторитетами и удивлялся чудесам, которые остальные принимали как данность. Это привело к тому, что ученый выработал систему моральных и политических воззрений, основанных на уважении свободы мысли, свободы духа и свободы проявления индивидуальности.
Материал подготовила Валерия Рублевская
(В статье использованы материалы Айзексона Уолтера «Эйнштейн. Его жизнь и его Вселенная», S.T. Joshi «Albert Einstein».)