Ейнштейн

Альберт Ейнштейн (14 березня 1879 – 18 квітня 1955) – один із засновників сучасної теоретичної фізики, лауреат Нобелівської премії з фізики 1921 року, громадський діяч-гуманіст.  Жив у Німеччині (1879-1893, 1914-1933), Швейцарії (1893-1914) та США (1933-1955). Почесний доктор близько 20 провідних університетів світу, член багатьох Академій наук, у тому числі іноземний почесний член АН СРСР (1926).

Ейнштейн – автор понад 300 наукових робіт із фізики, а також близько 150 книг та статей в галузі історії та філософії науки, публіцистики та ін. Він розробив декілька значних фізичних теорій:

·                              Спеціальна теорія відносності (1905).

·                              В її рамках – закон взаємозв’язку маси та енергії: E = mc2.

·                              Загальна теорія відносності (1907 – 1916).

·                              Квантова теорія фотоефекту та теплоємність.

·                              Квантова статистика Бозе-Ейнштейна.

·                              Статистична теорія броунівського руху, заклавша основи теорії флуктуацій.

·                              Теорія індукованого випромінювання.

Він також передбачив «квантову телепортацію» та гіромагнітний ефект Ейнштейна-де Хааза. З 1933 року працював над проблемами космології та єдиної теорії поля. Активно виступав проти війни, проти застосування ядерної зброї, за гуманізм, повагу прав людини, взаєморозуміння між народами.

Ейнштейну належить вирішальна роль у популяризації та введенні до наукового обігу нових фізичних концепцій та теорій. В першу чергу це стосується перегляду розуміння фізичної сутності простору та часу, та побудови нової теорії гравітації, що замінила ньютонівську. Ейнштейн також, разом з Планком, заклав основи квантової теорії. Ці концепції, багаторазово підтверджені експериментами, утворюють фундамент сучасної фізики.

Альберт Ейнштейн народився 14 березня 1879 року в південно-німецькому місті Ульм, в небагатій єврейській родині. Його батьки одружилися за три роки до народження сина, 8 серпня 1876 року. Батько, Герман Ейнштейн (1847 – 1902), був у цей час співвласником невеликого підприємства з виробництва пухового наповнювача для матраців та перин. Мати, Пауліна Ейнштейн (дівоче прізвище Кох, 1858 – 1920) походила з родини заможного торговця кукурудзою Юліуса Дерцбахера (у 1842 році змінив прізвище на Кох) і Єтти Бернхаймер. Влітку 1880 року сім’я перебралася до Мюнхена, де Герман Ейнштейн разом із братом Якобом заснував невелику фірму з торгівлі електричним обладнанням. У Мюнхені народилася молодша сестра Ейнштейна Марія (Майя, 1881 – 1951).

У 1900 році Ейнштейн закінчив політехнікум, отримавши диплом викладача математики та фізики. Іспити він здав успішно, але не блискуче. Багато професорів високо оцінювали здібності студента Ейнштейна, але ніхто не захотів допомогти йому продовжити наукову кар’єру.

Мене четвертували мої професори, які не любили мене через мою незалежність та закрили мені шлях до науки.

Хоча в наступному, 1901 році, Ейнштейн отримав громадянство Швейцарії, але аж до весни 1902 року не міг знайти постійне місце роботи – навіть шкільним учителем. Внаслідок відсутності заробітку він голодував, не приймаючи їжу по декілька днів підряд. Це стало причиною хвороби печінки, від якої вчений страждав до кінця життя.

Незважаючи на складнощі, що переслідували його в 1900 -1902 рр.., Ейнштейн знаходив час для подальшого вивчення фізики. У 1901 р. берлінське видання «Аннали фізики» опублікували його першу статтю «Наслідки теорії капілярності» (Folgerungen aus den Capillarit?tserscheinungen), присвячену аналізу сили притягання між атомами рідини на основі теорії капілярності.

6 січня 1903 року Ейнштейн одружився на двадцятисемирічній Мілеві Марич. У них народилися троє дітей.

Спеціальна теорія відносності 

Протягом усього XIX століття матеріальним носієм електромагнітних явищ вважалося гіпотетичне середовище – ефір. Однак, до початку XX століття з’ясувалося, що властивості цього середовища важко узгодити з класичної фізикою. З одного боку, аберація світла наштовхує на думку, що ефір абсолютно нерухомий, з іншого – дослід Фізо свідчив на користь гіпотези, що ефір частково урухомлюється рухом матерії. Експеременти Майкельсона (1881), однак, показали, що ніякого «ефірного вітру» взагалі не існує.

Ейнштейн, міркуючи на ці теми в значній мірі незалежно, припустив, що перша є наближеним випадком другої для малих швидкостей, а те, що вважалося властивостями ефіру, є насправді проявом об’єктивних властивостей простору та часу. Ейнштейн прийшов до висновку, що безглуздо залучати поняття ефіру тільки для того, щоб довести неможливість його спостереження, і що корінь проблеми лежить не в динаміці, а глибше – в кінематиці. У згаданій вище статті «До електродинаміки рухомих тіл» він запропонував два постулати: загальний принцип відносності та сталість швидкості світла, з них легко виводяться лоренцеве скорочення, формули перетворення Лоренца, відносність одночасності, непотрібність ефіру, нова формула додавання швидкостей, зростання інерції зі швидкістю і т. д. В іншій його статті, яка вийшла в кінці року, з’явилася формула E = mc2, яка визначає зв’язок маси та енергії.

Квантова теорія

У 1907 році Ейнштейн опублікував квантову теорію теплоємності (стара теорія за низьких температур сильно розходилася з експериментними даними). Пізніше (1912) Дебай, Борн та Карман уточнили теорію теплоємності Ейнштейна, досягнувши абсолютної співвідносності з дослідами.

Броунівський рух

У 1827 році Роберт Броун спостерігав під мікроскопом, а згодом описав хаотичний рух квіткового пилку, що плаває у воді. Ейнштейн, на основі молекулярної теорії, розробив статистико-математичну модель подібного руху, причому на підставі його моделі можна було, крім іншого, з вражаючою точністю оцінити розмір молекул та їх кількість у одиниці об’єму. Одночасно аналогічних висновків дійшов Смолуховський, стаття якого була опублікована на декілька місяців пізніше, ніж ейнштейнівська.

Свої роботи зі статистичної механіки, під назвою «Нове визначення розмірів молекул», Ейнштейн презентував у політехнікумі як дисертацію і в тому ж 1905 році отримав звання доктора філософії (еквівалент кандидата природничих наук). У наступному році Ейнштейн розвинув свою теорію в новій статті «До теорії броунівського руху», і в подальшому неодноразово повертався до цієї теми.

Незабаром (1908) вимірювання Перрена повністю підтвердили адекватність моделі Ейнштейна, що стало першим експериментальним доказом молекулярно-кінетичної теорії, яка постійно ставилась під сумнів позитивістами.

Загальна теорія відносності (1915)

Основна ідея Ейнштейна була простою: матеріальним носієм тяжіння є сам простір (точніше, часопростір). Той факт, що гравітацію можна розглядати як прояв властивостей геометрії чотиривимірного неевклідового простору, без залучення додаткових понять, що є наслідком того, що всі тіла в полі тяжіння отримують однакове прискорення («принцип еквівалентності» Ейнштейна).

Нова теорія тяжіння передбачувала два раніше невідомих фізичних ефекти, повністю підтверджені спостереженнями, а також повністю пояснила вікові зміщення перігелія Меркурія, які довгий час бентежили уяву астрономів. Після цього теорія відносності стала практично загальновизнаним фундаментом сучасної фізики. Крім астрофізики, ЗТВ знайшла практичне застосування, як уже згадувалося вище, в системах глобального позиціонування (Global Positioning Systems, GPS), де розрахунки координат вираховуються з дуже суттєвими релятивістськими поправками.

Джерело