Na konci milénia Svet fyziky magazín uskutočnil anketu, kde požiadal 100 popredných svetových fyzikov, ktorých považovali za 10 najlepších vedcov všetkých čias. Okrem najslávnejšieho vedca, ktorý kedy žil, je Albert Einstein tiež menom domácnosti, synonymom geniality a nekonečnej kreativity.
Ako objaviteľ špeciálnej a všeobecnej relativity Einstein prevratil naše chápanie času, vesmíru a vesmíru. Tento objav, spolu s rozvojom kvantovej mechaniky, účinne ukončil éru newtonovskej fyziky a dal vznik modernej dobe. Zatiaľ čo predchádzajúce dve storočia boli charakterizované univerzálnou gravitáciou a pevnými referenčnými rámcami, Einstein pomohol uviesť do veku neistoty, čiernych dier a „strašidelného konania na diaľku“.
Skorý život:
Albert Einstein sa narodil 14. marca 1879 v meste Ulm, v tom čase súčasťou kráľovstva Wurttenmberg (teraz spolkový nemecký štát Bádensko-Württembersko). Jeho rodičmi boli Hermann Einstein (predavač a inžinier) a Pauline Koch, ktorí neboli obozretní Ashkenazi Židia - rozšírená komunita židov hovoriacich jidišmi, ktorí žili v Nemecku a strednej Európe.
V roku 1880, keď mal iba šesť týždňov, sa Einsteinova rodina presťahovala do Mníchova, kde založili jeho otec a jeho strýko. Elektrotechnika Fabrik J. Einstein a Cie (spoločnosť vyrábajúca elektrické zariadenia na jednosmerný prúd). V roku 1894 zlyhala spoločnosť jeho otca a rodina sa presťahovala do Talianska, zatiaľ čo Einstein zostal v Mníchove, aby dokončil štúdium.
Vzdelanie:
V roku 1884 Albert Einstein navštevoval katolícku základnú školu, kde zostal až do roku 1887. V tom čase prešiel na Luitpold Gymnasium, kde získal pokročilé základné a stredné vzdelanie. Jeho otec dúfal, že Einstein bude nasledovať jeho kroky a ísť do elektrotechniky, ale Einstein mal ťažkosti s metódami výučby v škole a uprednostňoval samoúčelné učenie sa pred učením rote.
Počas návštevy jeho rodiny v Taliansku v roku 1894 Einstein napísal krátku esej s názvom „Vyšetrovanie stavu éteru v magnetickom poli“ - ktorá by bola jeho prvou vedeckou publikáciou. V roku 1895 Einstein zložil prijímaciu skúšku do švajčiarskeho spolkového polytechnika v Zürichu - v súčasnosti známeho ako Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich).
Aj keď nesplnil všetky požiadavky, získal mimoriadny stupeň z fyziky a matematiky. Na radu riaditeľa Zürich Polytechnic navštevoval Argovianovu kantonálnu školu v Aarau vo Švajčiarsku, aby ukončil stredoškolské vzdelanie. Urobil to v rokoch 1895-96, keď zostal v rodine profesora.
V septembri 1896 zložil švajčiarsku výstupnú skúšku s väčšinou dobrými známkami, vrátane najvyšších známok z fyziky a matematiky. Hoci mal iba 17 rokov, zapísal sa do štvorročného diplomového programu matematiky a fyziky na Zürichskej polytechnike. Tam sa stretol so svojou prvou a budúcou manželkou Milevou Maričovou, srbskou národnosťou a jedinou ženou zo šiestich študentov v odbore matematika a fyzika.
Obaja sa oženili v roku 1904 a mali dvoch synov, ale do roku 1919 by sa rozviedli po piatich rokoch života. Potom sa Einstein oženil, tentoraz so svojím bratrancom Elsou Löwenthalovou, s ktorou zostal ženatý až do svojej smrti v roku 1939. To bolo aj v tomto období, keď Einstein pokračoval v dosahovaní svojich najväčších vedeckých úspechov.
Vedecké úspechy:
V roku 1900 bol Einsteinovi udelený diplom zürichského polytechnického vyučovania. Po ukončení štúdia strávil takmer dva roky hľadaním učiteľského miesta a získal švajčiarske občianstvo. Einsten si nakoniec s pomocou otca svojho priateľa a kolegu Marcela Grossmanna zabezpečil prácu na Federálnom úrade pre duševné vlastníctvo v Berne. V roku 1903 sa jeho postavenie stalo trvalým.
Väčšina práce Einsteina v patentovom úrade sa týkala otázok týkajúcich sa prenosu elektrických signálov a elektricko-mechanickej synchronizácie času. Tieto technické problémy sa opakovane objavujú v Einsteinových experimentoch s myšlienkami, ktoré ho nakoniec privedú k jeho radikálnym záverom o povahe svetla a základnom spojení medzi priestorom a časom.
V roku 1900 vydal publikáciu s názvom „Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen“(„ Závery z javov kapilár “). Vychádzajúc z Newtonovej teórie univerzálnej gravitácie navrhol v tomto článku, že teória, že interakcie medzi všetkými molekulami sú univerzálnou funkciou vzdialenosti, analogicky s inverznou štvorcovou silou gravitácie. Toto by sa neskôr ukázalo ako nesprávne, ale uverejnenie príspevku v prestížnomAnnalen der Physik (Journal of Physics) získal pozornosť z akademického sveta.
30. apríla 1905 Einstein dokončil svoju prácu pod dohľadom profesora Alfreda Kleinera, univerzitného profesora experimentálnej fyziky. Jeho dizertačná práca s názvom „Nové určenie molekulárnych dimenzií“ mu vyniesla titul PhD na univerzite v Zürichu.
Ten istý rok pri výbuchu tvorivej intelektuálnej energie - čo je známe ako jeho „Annus mirabilis“ (zázrakový rok) - Einstein tiež uverejnil štyri priekopnícke práce o fotoelektrickom účinku, Brownovom pohybe, špeciálnej relativite a rovnocennosti hmoty a energie, ktoré by ho priviedli na vedomie medzinárodnej vedeckej komunite.
V roku 1908 bol menovaný docentom na Bernskej univerzite. Nasledujúci rok po prednáške o elektrodynamike a princípe relativity na univerzite v Zürichu ho Alfred Kleiner odporučil fakulte pre novovytvorenú profesúru teoretickej fyziky. Einstein bol menovaný docentom v roku 1909.
V apríli 1911 sa Einstein stal profesorom na Univerzite Karla-Ferdinanda v Prahe, ktorá bola v tom čase súčasťou Rakúsko-Uhorska. Počas svojho pôsobenia v Prahe napísal 11 vedeckých prác, z toho 5 o radiačnej matematike a kvantovej teórii tuhých látok.
V júli 1912 sa vrátil do Švajčiarska a do ETH Zürich, kde sa do roku 1914 učil o analytickej mechanike a termodynamike. Počas svojho pobytu v Zürichu študoval aj mechaniku kontinua a molekulárnu teóriu tepla a problém gravitácie. V roku 1914 sa vrátil do Nemecka a bol menovaný riaditeľom Fyzikálneho ústavu Kaiser Wilhelm (1914 - 1932) a profesorom na Humboldtovej univerzite v Berlíne.
Čoskoro sa stal členom Pruskej akadémie vied a od roku 1916 do roku 1918 pôsobil ako prezident Nemeckej fyzickej spoločnosti. V roku 1920 sa stal zahraničným členom Kráľovskej holandskej akadémie umení a vied a v roku 1921 bol zvolený za zahraničného člena Kráľovskej spoločnosti (ForMemRS).
Stav utečenca:
V roku 1933 navštívil Einstein po tretíkrát Spojené štáty. Na rozdiel od predchádzajúcich návštev, kde uskutočnil prednáškové série a zájazdy, pri tejto príležitosti vedel, že sa nemôže vrátiť do Nemecka kvôli vzostupu nacizmu pod vedením Adolfa Hitlera. Po vykonaní svojho tretieho dvojmesačného hosťovania na amerických univerzitách cestoval spolu s manželkou Elsou do belgických Antverp v marci 1933.
Po príchode, keď sa dozvedeli, že ich chalupu prepadli nacisti a skonfiškovali ich osobné plachetnice, Einstein sa vzdal svojho nemeckého občianstva. O mesiac neskôr patrili Einsteinove diela medzi tie, na ktoré sa zamerali pálenie nacistických kníh, a bol zaradený do zoznamu „nepriateľov nemeckého režimu“, na ktorého hlave mu bolo vyplatených 5 000 dolárov.
Počas tohto obdobia sa Einstein stal súčasťou veľkej komunity nemeckých a židovských bývalých patriotov v Belgicku, z ktorých mnohí boli vedci. Prvých niekoľko mesiacov si prenajal dom v belgickom meste De Haan, kde žil a pracoval. Venoval sa aj pomoci židovským vedcom uniknúť z prenasledovania a vraždy z rúk nacistov.
V júli 1933 odišiel do Anglicka na osobné pozvanie svojho priateľa a veliteľa námorného dôstojníka Olivera Lockera-Lampsona. Tam sa stretol s vtedajším poslancom parlamentu Winstonom Churchillom a bývalým premiérom Lloydom Georgeom a požiadal ich, aby pomohli vysťahovať židovských vedcov z Nemecka. Podľa jedného historika Churchill vyslal fyzika Fredericka Lindemanna do Nemecka, aby hľadal židovských vedcov a umiestnil ich na britské univerzity.
Einstein sa neskôr spojil s vodcami iných krajín vrátane tureckého premiéra Ismeta Inönü, aby požiadali o pomoc pri presídľovaní židovských občanov utekajúcich pred nacistami. V septembri 1933 napísal Inönüovi žiadosť o umiestnenie nezamestnaných nemeckých-židovských vedcov. Na základe Einsteinovho listu nakoniec židovskí pozvaní do Turecka spolu tvorili viac ako 1 000 osôb.
Hoci Locker-Lamspon vyzval britský parlament, aby rozšíril občianstvo na Einsteina, jeho úsilie zlyhalo a Einstein prijal predchádzajúcu ponuku od Princetonského inštitútu pre pokročilé štúdium v New Jersey, aby sa stal rezidentným učencom. V októbri 1933 prišiel do USA Einstein a ujal sa pozície.
V tom čase mala väčšina amerických univerzít minimálnu alebo žiadnu židovskú fakultu alebo študentov kvôli kvótam, ktoré obmedzovali počet Židov, ktorí sa mohli zapísať alebo učiť. Ich platnosť sa skončí do roku 1940, zostali však bariérou pre americko-židovských vedcov, aby sa mohli plne zúčastňovať akademického života a získať vysokoškolské vzdelanie.
V roku 1935 požiadal Einstein o trvalé občianstvo v USA, ktoré mu bolo udelené v roku 1940. Zostal v USA a zostal v spojení s Inštitútom pre pokročilé štúdium až do svojej smrti v roku 1955. Počas tohto obdobia sa Einstein pokúsil vytvoriť zjednotená teória poľa a vyvrátiť akceptovanú interpretáciu kvantovej fyziky, neúspešne.
Projekt Manhattan:
Počas druhej svetovej vojny zohral Einstein dôležitú úlohu pri vytváraní projektu Manhattan Projectthe - vývoj atómovej bomby. Tento projekt sa začal po tom, ako sa k Einsteinovi pripojila skupina vedcov vedená maďarským fyzikom Leó Szilárdom v roku 1939. Po vypočutí ich varovaní o nacistickom programe jadrových zbraní spolu napísal list vtedajšiemu prezidentovi Rooseveltovi, ktorý ho varoval pred extrémnym nebezpečenstvom takejto zbrane v nacistických rukách.
Napriek tomu, že pacifista, ktorý nikdy nezvažoval myšlienku použitia jadrovej fyziky na účely vývoja zbrane, bol Einstein znepokojený tým, že takúto zbraň vlastnili nacisti. Ako taký, on a Szilárd spolu s ďalšími utečencami, ako sú Edward Teller a Eugene Wigner, „považovali za svoju zodpovednosť upozorniť Američanov na možnosť, že nemeckí vedci môžu vyhrať preteky s vybudovaním atómovej bomby a varovať, že Hitler by byť viac než ochotný uchýliť sa k takejto zbrani. “
Podľa historikov Sarah J. Diehl a James Clay Moltz bol tento list „pravdepodobne kľúčovým podnetom na prijatie serióznych vyšetrovaní jadrových zbraní zo strany USA v predvečer vstupu USA do druhej svetovej vojny“. Okrem listu Einstein využil svoje spojenie s belgickou kráľovskou rodinou a matkou belgickej kráľovnej, aby získal prístup s osobným vyslancom do oválnej kancelárie Bieleho domu, kde sa stretol s Rooseveltom, aby osobne diskutoval o nebezpečenstve.
V dôsledku Einsteinovho listu a jeho stretnutí s Rooseveltom USA iniciovali projekt Manhattan a zmobilizovali všetky potrebné zdroje na výskum, výstavbu a testovanie atómovej bomby. Do roku 1945 tento aspekt pretekov v zbrojení zvíťazili spojenecké sily, keďže Nemecku sa nikdy nepodarilo vytvoriť vlastnú atómovú zbraň.
Einstein, ktorý bol dôstojným pacifistom, by neskôr hlboko ľutoval svoju účasť na vývoji jadrových zbraní. Ako povedal svojmu priateľovi Linusovi Paulingovi v roku 1954 (rok pred jeho smrťou): „Vo svojom živote som urobil jednu veľkú chybu - keď som podpísal list prezidentovi Rooseveltovi, v ktorom odporúča, aby boli vyrobené atómové bomby; ale existovalo určité ospravedlnenie - nebezpečenstvo, že by ich urobili Nemci. ““
Teória relativity:
Aj keď Einstein v priebehu rokov dosiahol mnoho významných úspechov a je všeobecne známy svojím príspevkom k vytvoreniu projektu Manhattan, jeho najslávnejšou teóriou je teória, ktorú predstavuje jednoduchá rovnica. Einsteinov vzťah (kde E je energia, m je hmotnosť a C je rýchlosť svetla). Táto teória by zvrátila storočia vedeckého myslenia a ortodoxie.
Einstein však túto teóriu samozrejme nevyvinul vo vákuu a cesta, ktorá ho viedla k záveru, že čas a priestor boli vo vzťahu k pozorovateľovi, bola dlhá a kľukatá. Einsteinova prípadná hypotéza relativity bola z veľkej časti pokusom o zladenie Newtonových zákonov mechaniky so zákonmi elektromagnetizmu (charakterizované Maxwellovými rovnicami a Lorentzovým zákonom o silách).
Vedci už nejaký čas zápasili s rozpormi medzi týmito dvoma oblasťami, ktoré sa prejavili aj v newtonovskej fyzike. Zatiaľ čo Izák Newton súhlasil s myšlienkou absolútneho priestoru a času, zároveň sa pridržiaval Galileovho princípu relativity - ktorý uvádza, že: „Každý z dvoch pozorovateľov, ktorí sa pohybujú konštantnou rýchlosťou a smerom k sebe, získa rovnaké výsledky pre všetky mechanické experimenty.“
V roku 1905, keď Einstein uverejnil svoju seminárnu správu “O elektrodynamike pohybujúcich sa orgánov„Pracovný konsenzus vedcov zastával názor, že svetlo prechádzajúce pohybujúcim sa médiom by bolo týmto médiom ťahané. To zase znamenalo, že nameraná rýchlosť svetla by bola jednoduchým súčtom jej rýchlosti skrz stredná plus rýchlosť z to médium.
Táto teória tiež tvrdila, že priestor bol naplnený „svetelným éterom“, hypotetickým médiom, ktoré sa považovalo za potrebné na šírenie svetla vo vesmíre. V súlade s tým by bol tento éter buď ťahaný alebo prepravovaný vo vnútri pohybujúcou sa hmotou. Tento konsenzus však vyústil do mnohých teoretických problémov, ktoré Einsteinov čas zostal nevyriešený.
Pre jedného, vedci nedokázali nájsť absolútny stav pohybu, ktorý naznačoval, že princíp relativity pohybu (t. J. Len to relatívna pohyb je pozorovateľný a neexistuje absolútny štandard odpočinku) bol platný. Po druhé, vyskytol sa aj problém, ktorý predstavuje „hviezdna aberácia“, jav, v ktorom zdanlivý pohyb nebeských telies po ich polohe závisel od rýchlosti pozorovateľa.
Okrem toho testy uskutočňované na rýchlosti svetla vo vode (Fizeauov experiment) naznačujú, že svetlo prechádzajúce pohybujúcim sa médiom by bolo médiom ťahané, ale nie zďaleka tak, ako sa očakávalo. To podporovalo ďalšie experimenty, ako napríklad Fresnelovu čiastočnú hypotézu éteru a ťahu a experimenty sira Georgea Stokesa, ktoré naznačujú, že éter je buď čiastočne alebo úplne prenášaný hmotou.
Einsteinova teória špeciálnej relativity bola priekopnícka v tom, že tvrdil, že rýchlosť svetla je rovnaká vo všetkých inerciálnych referenčných rámcoch, a predstavil myšlienku, že k veľkým zmenám dôjde, keď sa veci pohybujú blízko rýchlosti svetla. Patria sem časový a časový rámec pohybujúceho sa telesa, ktoré sa javí ako spomalené a zmenšujúce sa v smere pohybu, keď sa meria v rámci pozorovateľa.
Jeho pozorovania, známe ako Einsteinova teória osobitnej relativity, uviedli do súladu Maxwellove rovnice pre elektrinu a magnetizmus so zákonmi mechaniky, zjednodušili matematické výpočty odstránením cudzích vysvetlení, ktoré použili iní vedci, a existencia éteru sa stala úplne zbytočnou. Tiež zodpovedal priamo pozorovanej rýchlosti svetla a zodpovedal za pozorované aberácie.
Einsteinova teória sa, samozrejme, stretla so zmiešanými reakciami vedeckej komunity a zostala by kontroverzná mnoho rokov. S jeho jednou rovnicou, Einsteinov vzťah, Einstein výrazne zjednodušil výpočty potrebné na pochopenie toho, ako sa svetlo šíri. V skutočnosti tiež navrhol, že priestor a čas (ako aj hmota a energia) boli iba rozdielnymi výrazmi tej istej veci.
V rokoch 1907 až 1911, keď Einstein ešte pracoval v patentovom úrade, začal uvažovať o tom, ako by sa mohla aplikovať špeciálna relativita na gravitačné polia - čo by sa stalo známym pod názvom Teória všeobecnej relativity. Začalo to článkom s názvom „K zásade relativity a záverom z nej vyvodeným“, Publikované v roku 1907, v ktorom sa zaoberal tým, ako by sa pravidlo zrýchlenia mohlo vzťahovať aj na zrýchlenie.
Stručne povedané, tvrdil, že voľný pád je skutočne inerciálny pohyb; a pre pozorovateľa sa musia uplatňovať pravidlá osobitnej relativity. Tento argument sa nazýva aj zásada rovnocennosti, podľa ktorej je gravitačná hmotnosť identická s zotrvačnou hmotou. V tom istom článku predpovedal Einstein fenomén gravitačnej dilatácie času - keď dvaja pozorovatelia nachádzajúci sa v rôznych vzdialenostiach od gravitačnej hmoty vnímajú rozdiel v čase medzi dvoma udalosťami.
V roku 1911 Einstein publikoval „O vplyve gravitácie na šírenie svetla“, Ktorý sa rozšíril o článok z roku 1907. V tomto článku predpovedal, že škatuľka obsahujúca hodiny, ktoré sa zrýchľujú smerom nahor, bude mať čas kratší ako čas, ktorý sedí stále v nezmenenom gravitačnom poli. Z toho vyvodzuje záver, že počet hodín závisí od ich polohy v gravitačnom poli a že rozdiel v miere je úmerný gravitačnému potenciálu k prvej aproximácii.
V tom istom článku predpovedal, že odklon svetla bude závisieť od hmotnosti zúčastneného tela. Toto sa ukázalo byť obzvlášť vplyvné, pretože po prvýkrát ponúkol testovateľnú ponuku. V roku 1919 nemecký astronóm Erwin Finlay-Freundlich vyzval vedcov z celého sveta, aby otestovali túto teóriu meraním vychýlenia svetla počas zatmenia Slnka v máji 1929.
Einsteinovu predpoveď potvrdil Sir Arthur Eddington, ktorého pozorovania boli oznámené krátko potom. 7. Novembra 1919 Časy publikoval výsledky pod nadpisom „Revolúcia vo vede - nová teória vesmíru - zvrhnuté newtonovské nápady“. Všeobecná relativita sa odvtedy stala základným nástrojom modernej astrofyziky. Poskytuje základ pre súčasné chápanie čiernych dier, oblastí vesmíru, kde je gravitačná príťažlivosť taká silná, že nemôže uniknúť ani svetlo.
Moderná kvantová teória:
Einstein tiež pomáhal rozvíjať teóriu kvantovej mechaniky. V priebehu deväťdesiatych rokov 20. storočia sa táto veda rozširovala tak, aby zahŕňala mnoho rôznych systémov. Einstein prispel k tomuto vývoju rozvojom teórie quanta na svetlo a použil ju na vysvetlenie rôznych termodynamických efektov, ktoré odporovali klasickej mechanike.
Vo svojom dokumente z roku 1905 „Z heuristického hľadiska, pokiaľ ide o výrobu a transformáciu svetla„Predpokladal, že samotné svetlo pozostáva z lokalizovaných častíc (t. J. Quanta). Túto teóriu odmietli jeho súčasníci - vrátane Neilsa Bohra a Maxa Plancka -, ale do roku 1919 by to dokázali experimenty, ktoré merali fotoelektrický efekt.
Vo svojom príspevku z roku 1908 o tom ďalej rozpracoval: „Vývoj našich názorov na zloženie a podstatu žiarenia„, Kde ukázal, že energetická kvanta Maxa Plancka musí mať dobre definovanú momentu a v niektorých ohľadoch konať ako nezávislé bodové častice. Tento dokument predstavil fotón Koncepcia a inšpirovala sa v kvantovej mechanike predstava duality vlna-častice (t. j. svetlo, ktoré sa chová ako častice aj vlna).
Vo svojom dokumente z roku 1907 „Planckova teória žiarenia a teória špecifického tepla„Einstein navrhol model hmoty, kde každý atóm v mriežkovej štruktúre je nezávislý harmonický oscilátor - existujúci v rovnomerne rozmiestnených kvantovaných stavoch. Navrhol túto teóriu, pretože to bola obzvlášť jasná demonštrácia, že kvantová mechanika dokáže vyriešiť špecifický problém s teplom v klasickej mechanike.
V roku 1917 Einstein uverejnil článok s názvom „O kvantovej teórii žiarenia“Ktorý navrhol možnosť stimulovanej emisie, fyzikálny proces, ktorý umožňuje mikrovlnné zosilnenie a laser. Táto práca mala obrovský vplyv na neskorší vývoj kvantovej mechaniky, pretože to bol prvý dokument, ktorý ukázal, že štatistika atómových prechodov mala jednoduché zákony.
Táto práca by inšpirovala článok Erwina Schrödingera z roku 1926, “Kvantifikácia ako problém s vlastnou hodnotou". V tomto článku publikoval svoju dnes slávnu Schrödingerovu rovnicu, v ktorej opisuje, ako sa kvantový stav kvantového systému mení s časom. Tento dokument bol všeobecne oslavovaný ako jeden z najdôležitejších úspechov dvadsiateho storočia a vytvoril revolúciu vo väčšine oblastí kvantovej mechaniky, ako aj vo fyzike a chémii.
Je zaujímavé, že v čase by sa Einsteinovi nelíbila teória kvantovej mechaniky, ktorú pomohol vytvoriť, pocit, že to inšpirovalo zmysel pre chaos a náhodnosť vo vede. V odpovedi uviedol slávny citát: „Boh nehrá na kockách“ a vrátil sa k štúdiu kvantových javov.
To ho viedlo k návrhu paradoxu Einstein – Podolsky – Rosen (paradox EPR) pomenovaného pre Einstiena a jeho spolupracovníkov - Borisa Podoliskyho a Nathana Rosena. Vo svojom článku z roku 1935 s názvom „Môže byť kvantovo-mechanický opis fyzickej reality považovaný za úplný?“, Tvrdili, že preukazujú, že kvantové zapletenie porušilo miestny realistický pohľad na kauzalitu - s Einsteinom sa to nazývalo „strašidelné konanie na diaľku“.
Pritom tvrdili, že vlnová funkcia kvantovej mechaniky neposkytuje úplný opis fyzickej reality, dôležitého paradoxu, ktorý by mal dôležité implikácie pre interpretáciu kvantovej mechaniky. Hoci paradox EPR by sa po Einsteinovej smrti ukázal ako nesprávny, pomohol prispieť k oblasti, ktorú pomohol vytvoriť, ale neskôr by sa pokúsil vyvrátiť až do konca svojich dní.
Kozmologické konštanty a čierne diery:
V roku 1917 Einstein použil Všeobecnú teóriu relativity na modelovanie štruktúry vesmíru ako celku. Hoci uprednostňoval myšlienku večného a nemenného vesmíru, nebolo to v súlade s jeho teóriami o relativite, čo predpovedalo, že vesmír bol buď v stave expanzie alebo kontrakcie.
Aby to vyriešil, Einstein zaviedol do teórie nový koncept, známy ako Kozmologický konštant (predstavovaný Lambdou). Účelom tohto bolo napraviť účinky gravitácie a umožniť, aby celý systém zostal večnou statickou sférou. Avšak v roku 1929 Edwin Hubble potvrdil, že vesmír sa rozširuje. Po návšteve observatória Mount Wilson s Hubbleom Einstein formálne odhodil kozmologickú konštantu.
Tento koncept bol však prepracovaný koncom roka 2013, keď predtým neobjavený rukopis Einsteina (s názvom „O kozmologickom probléme") bol objavený. V tomto rukopise Einstein navrhol revíziu modelu, v ktorom konštanta bola zodpovedná za vytváranie novej hmoty, ako sa vesmír rozširoval - čím sa zabezpečilo, že sa priemerná hustota vesmíru nikdy nezmení.
Je to v súlade s už zastaralým kozmologickým modelom ustáleného stavu (navrhnutý neskôr v roku 1949) as dnešným moderným chápaním temnej energie. V podstate to, čo Einstein opísal v mnohých svojich životopisoch ako svoj „najväčší omyl“, by sa nakoniec prehodnotilo a považovalo za súčasť väčšieho tajomstva vesmíru - existencie neviditeľnej hmoty a energie, ktorá udržuje kozmologickú rovnováhu.
Nemecký fyzik a astronóm Karl Schwarzschild v roku 1915, niekoľko mesiacov potom, ako Einstein uverejnil svoju teóriu všeobecnej relativity, našiel riešenie pre Einsteinove polné rovnice, ktoré popisovali gravitačné pole bodovej a sférickej masy. Toto riešenie, teraz nazývané Schwarzschildov polomer, opisuje bod, v ktorom je hmotnosť gule stlačená tak, že úniková rýchlosť z povrchu by sa rovnala rýchlosti svetla.
Postupom času dospeli k rovnakým záverom iní fyzici nezávisle. V roku 1924 anglický astrofyzik Arthur Eddington komentoval, ako nám Einsteinova teória umožňuje vylúčiť príliš veľké hustoty pre viditeľné hviezdy, pričom tvrdí, že „vytvoria toľko zakrivenia časopriestoru, že priestor by sa okolo hviezdy uzavrel, čo by nás zanechalo vonku (tj nikde). “
V roku 1931 indicko-americký astrofyzik Subrahmanyan Chandrasekhar vypočítal pomocou špeciálnej relativity, že nerotujúce sa teleso degenerovanej elektrónovej hmoty nad určitou obmedzujúcou hmotou by sa samo zrútilo. V roku 1939 sa Robert Oppenheimer a ďalší zhodli s Chandrasekharovou analýzou s tvrdením, že neutrónové hviezdy nad predpísaným limitom by sa zhroutili do čiernych dier, a dospeli k záveru, že žiadny zákon fyziky pravdepodobne nezasiahne a nezabráni aspoň niektorým hviezdam, aby sa zhroutili na čierne diery.
Oppenheimer a jeho spoluautori interpretovali jedinečnosť na hranici Schwarzschildovho polomeru, čo naznačuje, že to bola hranica bubliny, v ktorej sa čas zastavil. Vonkajšímu pozorovateľovi by v okamihu zrútenia videli povrch hviezdy zamrznutý v čase, ale nafúknutý pozorovateľ by mal úplne iný zážitok.
Ďalšie úspechy:
Okrem revolúcie v našom chápaní času, priestoru, pohybu a gravitácie pomocou teórií špeciálnej a všeobecnej relativity, Einstein prispel aj mnohými ďalšími príspevkami do oblasti fyziky. Einstein v skutočnosti publikoval vo svojom živote stovky kníh a článkov, ako aj viac ako 300 vedeckých prác a 150 nevedeckých.
5. decembra 2014 začali univerzity a archívy z celého sveta oficiálne vydávať Einsteinove zozbierané dokumenty, ktoré obsahovali viac ako 30 000 jedinečných dokumentov. Napríklad dva dokumenty, ktoré boli uverejnené v rokoch 1902 a 1903 - „Kinetická teória tepelnej rovnováhy a druhého termodynamického zákona“A„Teória základov termodynamiky“- zaoberal sa témou termodynamiky a Brownovho pohybu.
Podľa definície Brownov pohyb uvádza, že tam, kde malé množstvo častíc kmitá bez preferovaného smeru, sa nakoniec šíria, aby vyplnili celé médium. Pri riešení tohto problému zo štatistického hľadiska sa Einstein domnieval, že kinetická energia kmitajúcich častíc v médiu by sa mohla preniesť na väčšie častice, ktoré by sa mohli následne pozorovať pod mikroskopom, čo dokazuje existenciu atómov rôznych veľkostí.
Tieto dokumenty boli základom dokumentu z roku 1905 o Brownovom pohybe, ktorý ukázal, že je možné ho chápať ako pevný dôkaz o existencii molekúl. Túto analýzu neskôr overil francúzsky fyzik Jean-Baptiste Perrin a Einstein získal Nobelovu cenu za fyziku v roku 1926. Jeho práca preukázala fyzikálnu teóriu Brownovho pohybu a ukončila skepticizmus o existencii atómov a molekúl ako skutočných fyzikálnych entít. ,
Po svojom výskume všeobecnej relativity vstúpil Einstein do série pokusov o zovšeobecnenie svojej geometrickej teórie gravitácie s cieľom zahrnúť elektromagnetizmus ako ďalší aspekt jednej entity. V roku 1950 opísal svoju „zjednotenú teóriu poľa“ v článku s názvom „K všeobecnej teórii gravitácie“, Ktorý opisuje jeho pokus rozložiť všetky základné sily vesmíru do jedného rámca.
Aj keď bol za svoju prácu naďalej chválený, Einstein sa v jeho výskume čoraz viac izoloval a jeho snahy boli nakoniec neúspešné. Einsteinov sen o zjednotení iných fyzikálnych zákonov s gravitáciou však pokračuje dodnes a informuje o úsilí o vypracovanie teórie všetkého (ToE) - najmä teórie strún, kde sa geometrické polia objavujú v zjednotenom kvantovo-mechanickom prostredí.
Jeho práca s Podolským a Rosenom v nádeji, že vyvráti koncepciu kvantových zapletení, tiež viedla Einsteina a jeho kolegov, aby navrhli model červej dierky. Použitím Schwarzschildovej teórie na čiernych dierach av snahe modelovať elementárne častice s nábojom ako riešenie rovníc gravitačného poľa opísal most medzi dvoma škvrnami vesmíru.
Keby bol jeden koniec červie diery pozitívne nabitý, druhý koniec by bol záporne nabitý. Tieto vlastnosti viedli Einsteina k presvedčeniu, že páry častíc a antičastíc môžu byť zamotané bez porušenia zákonov relativity. Táto koncepcia zaznamenala v posledných rokoch dosť práce, pričom vedci úspešne vytvorili magnetickú červiu dierku v laboratóriu.
A v roku 1926 Einstein a jeho bývalý študent Leó Szilárd vymysleli chladničku Einstein, zariadenie, ktoré nemá žiadne pohyblivé časti a spoliehalo sa iba na absorpciu tepla, aby ochladilo jeho obsah. V novembri 1930 dostali za svoj dizajn patent. Ich snahy však boli čoskoro oslabené depresiou, vynálezom spoločnosti Freon a švédskou spoločnosťou Electrolux, ktorá získala ich patenty.
Pokusy o oživenie technológie sa začali v 90. a 2000. rokoch, keď sa tímy študentov z Gruzínska Tech a Oxfordskej univerzity pokúšali zostaviť svoju vlastnú verziu chladničky Einstein. Vďaka osvedčenému spojeniu spoločnosti Freon s odbúravaním ozónu a so zámerom znížiť náš vplyv na životné prostredie znížením spotreby elektrickej energie sa tento dizajn považuje za ekologickú alternatívu a užitočné zariadenie pre rozvojový svet.
Smrť a odkaz:
17. apríla 1955 Albert Einstein utrpel vnútorné krvácanie spôsobené roztrhnutím brušnej aortálnej aneuryzmy, ktorú pred siedmimi rokmi hľadal operáciu. Vzal návrh prejavu, ktorý sa pripravoval na televízne vystúpenie, pripomínajúc si siedme výročie štátu Izrael, s ním do nemocnice, ale nežil ho dosť dlho, aby ho dokončil.
Einstein odmietol operáciu a povedal: „Chcem ísť, keď chcem. Umelé predlžovanie života je bez chuti. Urobil som svoj podiel, je čas ísť. Urobím to elegantne. “ Zomrel v Princetonskej nemocnici skoro ráno vo veku 76 rokov a potom pracoval až do konca.
Počas pitvy patológ Princetonskej nemocnice (Thomas Stoltz Harvey) odstránil Einsteinov mozog na zachovanie, hoci bez súhlasu jeho rodiny. Podľa Harveyho to urobil v nádeji, že budúce generácie neurovedcov budú môcť odhaliť príčinu Einsteinovho génia. Einsteinove pozostatky boli spopolnené a jeho popol bol rozptýlený na nezverejnenom mieste.
Za celoživotné úspechy dostal Einstein nespočet vyznamenaní, a to tak počas svojho života, ako aj posmrtne. 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.
