Κύριος Βιογραφία Άλμπερτ Αϊνστάιν - Η χρονιά του θαύματος

Άλμπερτ Αϊνστάιν - Η χρονιά του θαύματος

Albert Einstein

Το Θαύμα Έτος

Παρά το γεγονός ότι είχε ημερήσια εργασία στο γραφείο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, ο Αϊνστάιν πέρασε μεγάλο μέρος του χρόνου του αναπτύσσοντας τις δικές του επιστημονικές θεωρίες. Μέχρι το 1905, ήταν έτοιμος να παρουσιάσει τις θεωρίες του στον κόσμο. Δημοσίευσε τέσσερα επιστημονικά άρθρα εκείνο το έτος, το καθένα καλύπτοντας ένα διαφορετικό θέμα, σε ένα περιοδικό φυσικής που ονομάζεταιΧρονικά της Φυσικής. Αυτές οι εργασίες ήταν πρωτοποριακές και έθεσαν τα θεμέλια για τη σύγχρονη φυσική. Αυτή η έκρηξη της επιστημονικής ανακάλυψης ονομάζεται συχνά «Έτος Θαύματος» από τους ιστορικούς.

Φωτοηλεκτρικό εφέ και Light Quanta

Το πρώτο άρθρο που δημοσιεύτηκε στον Έινταϊν Έτος είχε τον τίτλο «Σε μια ευρετική άποψη σχετικά με την παραγωγή και τον μετασχηματισμό του φωτός' Αυτό το έγγραφο εισήγαγε την ιδέα ότι το φως δεν ήταν ένα συνεχές κύμα, αλλά αποτελούταν από πακέτα που ονόμασε κβάντα. Αργότερα, ο όρος «φωτόνια» θα χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει τα μικρά σωματίδια φωτός του Αϊνστάιν.

Ο Αϊνστάιν δεν έβγαλε απλώς αυτή την ιδέα από τον αέρα, συνέβαλε την ιδέα από τις τρέχουσες επιστημονικές θεωρίες και πειράματα που διεξήχθησαν από άλλους φυσικούς. Το έργο του Max Planck (Planck's Constant) καθώς και το πειραματικό έργο για το φωτοηλεκτρικό εφέ του Philipp Lenard είχε μεγάλη επίδραση στη θεωρία του Αϊνστάιν.

Σχέδιο του φωτοηλεκτρικού εφέ

Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο
Πηγή: Wikimedia Commons

Αυτή η ιδέα ότι το φως υπήρχε στην κβάντα απορρίφθηκε αρχικά από την επιστημονική κοινότητα, συμπεριλαμβανομένων των περισσότερων από τους μεγάλους φυσικούς της εποχής (ακόμη και ο Max Planck απέρριψε αυτήν την υπόθεση). Μόνο πολλά χρόνια αργότερα, το 1919, όταν τα πειράματα έδειξαν την ακρίβεια της θεωρίας του Αϊνστάιν ότι η θεωρία των φωτονίων έγινε ευρύτερα αποδεκτή. Όταν ο Αϊνστάιν απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ το 1921, αναφέρθηκε συγκεκριμένα το έργο του για το φωτοηλεκτρικό εφέ. Σήμερα, το φωτόνιο είναι ένα θεμελιώδες μέρος της σύγχρονης φυσικής.

Brownian Motion

Το δεύτερο έγγραφο του Αϊνστάιν το 1905 δεν ήταν τόσο πρωτοποριακό όσο το πρώτο του, αλλά ακόμα αποδείχθηκε σημαντικό ορόσημο στην ιστορία της φυσικής. Το έγγραφο είχε τον τίτλο «Σχετικά με την κίνηση των μικρών σωματιδίων σε αναστολή σε ένα στατικό υγρό, όπως απαιτείται από τη μοριακή κινητική θεωρία της θερμότητας'

Σε αυτό το άρθρο, ο Αϊνστάιν χρησιμοποίησε την τυχαία κίνηση μορίων για να εξηγήσει το Brownian Motion σε υγρό. Μέχρι αυτό το σημείο, η εξήγηση του Brownian Motion σε υγρό ήταν ένα εμπόδιο στην προσπάθεια να αποδειχθεί η ύπαρξη μορίων και ατόμων. Χρησιμοποιώντας τη στατιστική φυσική, ο Αϊνστάιν μπόρεσε να εξηγήσει πώς τα μικρά τυχαία αποτελέσματα εκατομμυρίων μικροσκοπικών μορίων θα μπορούσαν να προκαλέσουν την κίνηση ενός μεγαλύτερου σωματιδίου (δηλ. Brownian Motion). Αυτό το έγγραφο όχι μόνο απέδειξε την ύπαρξη μορίων και ατόμων, αλλά επίσης απέδειξε τη σημασία της στατιστικής φυσικής στην επιστήμη.

Γράφημα με χρωματική κωδικοποίηση του Brownian Motion

Γράφημα με χρωματική κωδικοποίηση του Brownian Motion

Γράφημα που δείχνει τη διάχυση σωματιδίων Brown
Πηγή: Nonequilibrium Statistic Thermodynamics

Ειδική σχετικότητα

Το τρίτο έγγραφο του Αϊνστάιν του 1905 είχε τον τίτλο «Σχετικά με την ηλεκτροδυναμική των κινούμενων σωμάτων' Αυτό το άρθρο θα γίνει αργότερα γνωστό ως Θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Αυτή η εργασία εισήγαγε σημαντικές αλλαγές στη μηχανική της φυσικής καθώς η σχετική ταχύτητα μεταξύ των αντικειμένων πλησίαζε την ταχύτητα του φωτός. Τα αποτελέσματα της θεωρίας του Αϊνστάιν εισήγαγαν πολλές πρωτοποριακές έννοιες, συμπεριλαμβανομένης της ιδέας ότι ο χρόνος, η μάζα και ο χώρος δεν είναι σταθερά σε αντικείμενα που κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες.

Στην εφημερίδα, ο Αϊνστάιν υποστήριξε ότι η ταχύτητα του φωτός, ωστόσο, ήταν πάντα σταθερή. Δεν άλλαξε με βάση τη σχετική ταχύτητα του παρατηρητή και την πηγή φωτός. Στη συνέχεια διερεύνησε την ιδέα των ταυτόχρονων γεγονότων και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα γεγονότα που εμφανίστηκαν ταυτόχρονα σε έναν παρατηρητή ενδέχεται να μην εμφανίζονται ταυτόχρονα με έναν άλλο παρατηρητή. Σε αντίθεση με πολλές επιστημονικές εργασίες, ο Αϊνστάιν εξήγησε τη νέα του θεωρία περιγράφοντας πειράματα σκέψης και όχι πολύπλοκα μαθηματικά. Χρησιμοποίησε το παράδειγμα του ατόμου που ταξιδεύει με τρένο έναντι ενός που στέκεται στην πλατφόρμα για να δείξει πώς λειτούργησε η θεωρία του.

Ο Αϊνστάιν ισχυρίστηκε επίσης ότι δεν υπήρχε ο μυστηριώδης «αιθέρας» που οι επιστήμονες προσπαθούσαν να ορίσουν για εκατοντάδες χρόνια. Αυτό μπορεί να μην ακούγεται πρωτοποριακό σήμερα, αλλά η έννοια του «αιθέρα» ήταν μια σημαντική ιδέα στη φυσική εκείνη την εποχή. Η απόρριψη της ιδέας του «αιθέρα» ήταν μια τολμηρή δήλωση και άλλαξε την πορεία της φυσικής.

Πορτρέτο του Χέντρικ Λορέντζ

Ο Αϊνστάιν ασχολήθηκε με το έργο του Ολλανδού φυσικού
Hendrik Lorentz στον καθορισμό της Ειδικής Σχετικότητας
Πηγή: Βασιλική Βιβλιοθήκη

Ισοδυναμία μάζας-ενέργειας

Το τελικό έγγραφο της χρονιάς του Αϊνστάιν θαύμα είχε τον τίτλο «Εξαρτάται η αδράνεια ενός σώματος από το ενεργειακό του περιεχόμενο;«Αυτό το άρθρο παρουσίασε μια από τις πιο διάσημες επιστημονικές εξισώσεις στην ιστορία: E = mc^δύο. Αυτό το άρθρο χρησιμοποίησε μερικές από τις έννοιες που πρότεινε ο Αϊνστάιν στην εργασία του για την Ειδική Σχετικότητα. Έδειξε ότι η μάζα ενός αντικειμένου είναι το μέτρο του ενεργειακού περιεχομένου του αντικειμένου. Βασικά, η μάζα και η ενέργεια ήταν το ίδιο πράγμα.

Αυτή η ιδέα, και η περίφημη εξίσωση του Αϊνστάιν, είχε τεράστιες επιπτώσεις. Η εξίσωση έδειξε ότι ακόμη και μια μικρή ποσότητα μάζας περιείχε τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Αν κοιτάξετε την εξίσωση του Αϊνστάιν θα δείτε ότι η ενέργεια (Ε) ισούται με τη μάζα (m) επί το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός (c). Η ταχύτητα του φωτός (c) είναι σταθερή και μεγάλος αριθμός (περίπου 300.000 km / sec ή 186.000 μίλια / δευτερόλεπτο). Έτσι, ακόμη και μια μικρή ποσότητα μάζας πολλαπλασιαζόμενη με το c^δύοθα έχει πολλή ενέργεια. Αυτή η ιδέα οδήγησε τελικά στην ατομική βόμβα και την πυρηνική ενέργεια.

Ο διάσημος τύπος Einstein E = mc2
Συγγραφέας: Derek Jensen

Ενδιαφέρον γεγονός

Ο Αϊνστάιν παρουσίασε επίσης τη διατριβή τουΈνας νέος προσδιορισμός των μοριακών διαστάσεων«κατά τη διάρκεια του 1905, κερδίζοντας διδακτορικό στη φυσική από το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης.

Περιεχόμενα βιογραφίας Albert Einstein