Всем нам знакома личность Эйнштейна. Закон относительности стал основным открытием в карьере великого ученого. Однако это далеко не единственное научное изыскание, которым славится немецкий физик. Об истории жизни Эйнштейна и его основных достижениях будет рассказано в нашем материале.
Жизнь Альберта Эйнштейна
Величайший физик родился в 1879 году в Ульме, небольшом немецком городке. Альберт получил школьное образование, после чего поступил в технический техникум Цюриха. Вопреки многочисленным мифам, с математикой у Эйнштейна всегда все было в порядке.
По окончании учебы Альберт Эйнштейн работал в штабе Бернского бюро патентования изобретений. Первое время ученый жил почти в бедности. Зарабатывал он путем сотрудничества с журналом «Анналы физики».
Закон относительности Эйнштейн представил в 1905 году. Спустя четыре года, ученый получает должность преподавателя в университете Цюриха. Чуть позже немецкого физика номинируют на Нобелевскую премию. Награду Эйнштейн получил, но не за главную свою идею: к теории относительности научный комитет отнесся прохладно. Зато им пришлась по душе теория фотоэффекта, именно за нее гениальный физик и получил "Нобеля".
Законы фотоэффекта
В начале XX века германский физик Макс Планк объяснил спектральность состава излучения от горячих тел. Согласно его теории, процесс излучения дискретен, то есть испускание его должно быть порционно. Однако Планк так и не смог растолковать физическое значение квантов – неделимых порций света.
Теорию Планка подхватил Эйнштейн. Смысл закона фотоэффекта заключается в том, что световые волны не только излучаются и поглощаются, но и как раз состоят из квантов. Это частицы, передвигающиеся в пустоте со скоростью 300 тыс. километров в секунду. Чуть позже кванты света стали именоваться фотонами.
Большую роль в законе Эйнштейна играет понятие "красной границы" – нижней частоты, после которой ничего не происходит. Связано это с выбиванием электронов из вещества при помощи света. Важно понимать, что закон о фотоэффекте не един. Он включает в себя множество разных положений о роли квантов, фотонов и различных веществ.
Броуновское движение
Непрерывное движение частиц в жидкости было открыто британским ботаником Робертом Броуном еще в начале XIX века. В качестве предмета для опыта использовалась цветочная пыльца. Броун смог придать движению статистическое объяснение, но в теории Эйнштейна оно приобрело законченную форму.
Немецкий физик сформировал теорию, в соответствии с которой движение частиц происходит из-за столкновения с невидимыми молекулами. Более того, Эйнштейн представил ряд принципов, согласно которым существует возможность вычислить количество молекул и их массу.
Немецкий физик не только дополнил теорию Броуна, но и укрепил научное мнение о реальности молекул. Дело в том, что большинство ученых начала XX века ставили существование микрочастиц под сомнение. Для них это было не более чем гипотеза времен Демокрита. Однако Эйнштейн привел необходимое количество доказательств.
Специальная теория относительности
До конца XIX века многие физики были уверены в существовании эфира – некоего вещества, заполняющего Вселенную. Сомневались в теории лишь два американских физика: Майкельсон и Морли. Они поставили эксперимент, в котором искали различия в скорости света, якобы распространяющегося по эфиру. Итог опыта был ожидаемым: роль эфира как носителя света оказалась маловероятна.
Теорию Майкельсона-Морли дополнил Эйнштейн. Он сформировал идею о том, что свет всегда распространяется с одинаковой скоростью. Он не зависит от движения его источника. Таким образом, концепция эфира была полностью опровергнута.
Эйнштейн изменил представления о времени и пространстве. Ни один физический объект не может передвигаться быстрее, чем свет. При этом наблюдатель видит, как размеры движущегося объекта сокращаются в направлении движения. Скорость света может быть одинаковой как для покоящихся, так и для движущихся наблюдателей лишь в том случае, если время несколько замедлится.
Один из важнейших постулатов представлен в законе Эйнштейна об относительности. Им является идея эквивалентности энергии и массы.
Закон о сохранении энергии
Эйнштейну принадлежит знакомая многим формула E=mc2. E здесь обозначает энергию, m – это масса, а c – скорость света. Но что все это значит и как это соотнести?
Масса и энергия – это одно и то же. Доказательства тому есть повсюду. Например, превращенная в чистую энергию пальчиковая батарейка будет равна 250 млрд таких же батареек, но уже используемых по старинке. Почему так получается? В законе Эйнштейна есть ответ на этот вопрос, причем довольно простой. Полная энергия физического тела равняется его же массе, умноженной на размерный множитель квадрата скорости в вакуумном пространстве. Таким образом, любой категории энергии соответствует свой тип массы.
Идея об эквивалентности массы объекта наличествующей в теле энергии стала главным постулатом частной теории относительности. К тому же закон Эйнштейна имеет важное практическое значение. Сегодня он повсеместно применяется в энергетике и военной сфере.
Восприятие идей Эйнштейна
Таким образом, специальная теория относительности базируется на двух постулатах. Первая идея – принцип относительности, согласно которому системы отсчета, двигающиеся в отношении друг друга с неизменной скоростью в одном направлении, управляются одними и теми же законами. Второй принцип связан со скоростью света. Она одинакова для каждого наблюдателя и не имеет зависимости от скорости их передвижения. Ничто в природе не может быть быстрее скорости света.
Многие ученые не воспринимали идеи Эйнштейна. Немецкий ученый говорил малопонятные вещи и часто отрицал устоявшиеся гипотезы. Однако все теории и законы Эйнштейна в физике были получены в результате опыта, а не теоретических работ. Идеальная теория, говорил немецкий физик, должна базироваться на минимальном числе постулатов и описывать наибольшее количество явлений.
Общая теория относительности
Под конец следует рассказать про основной закон Эйнштейна – общую теорию относительности (ОТО). Первые идеи были опубликованы в 1912 году. Вместе с Гроссманом, своим товарищем, Эйнштейн опубликовал статью "Набросок обобщенной ТО". Окончательная формулировка появилась лишь в 1915 году.
Немецкий ученый опирался на тот факт, что "инертная" и "тяжелая" массы равны. Но каков может быть способ передачи гравитационного воздействия между телами? Что может быть распространителем такого воздействия? Эйнштейн дал весьма неожиданный ответ: посредником выступает система пространства и времени.
Пространство говорит материи, как ей двигаться, а материя говорит пространству, как ему искривляться.
С появлением теории Эйнштейна Ньютоновская механика ушла в прошлое. Гравитационное притяжение тел сменилось пространственно-временным описанием того, как массивные объекты воздействуют на характеристики пространства вокруг самих себя. Так, тела не притягиваются друг к другу, а меняют пространственно-временной континуум. Джон Арчибальд Уилер, американский друг и коллега Эйнштейна, лучше других охарактеризовал теорию великого физика: "Пространство говорит материи, как ей двигаться, а материя говорит пространству, как ему искривляться".
Признание научных идей
Первые годы теорию Эйнштейна почти никто не принимал. Ситуация изменилась лишь в 1919 году, когда был поставлен прямой опыт. Он доказал одно из предсказаний ОТО. Дело в том, что луч света, исходящий от далекой звезды, искривился полем тяготения Солнца.
Подобное наблюдение можно наблюдать каждое солнечное затмение. Эйнштейн прославился на весь мир.
Ниже представлен к/ф "Что такое теория относительности?" (1964 год, СССР).
Впервые в мировой истории научная теория произвела настоящей фурор даже в обычном обществе. Теория относительности стала предметом бесед в светских салонах. Газеты были переполнены новостями о необычном ученом, преподаватели разных университетов стали обращаться к Эйнштейну за советами. Даже политики не остались в стороне: на имени немецкого ученого пытались заработать и сделать карьеру. Мнение Эйнштейна стало одним из самых популярных и авторитетных в мире.
