Einstein Albert
 
Encyklopedia
Einstein
[insztain]
Albert Wymowa, ur. 14 III 1879, Ulm, zm. 18 IV 1955, Princeton (stan New Jersey),
fizyk, twórca teorii względności, jeden z twórców teorii kwantów i fizyki statystycznej.
Cytat
Kalendarium
Urodził się 14 III 1879 w Ulm. Urodził się w żydowskiej rodzinie kupieckiej, która 1880 przeniosła się z Ulm do Monachium, a 1894 do Mediolanu. W latach 1896–1900 Einstein studiował na politechnice w Zurychu. Po ukończeniu studiów bezskutecznie poszukiwał pracy na różnych uniwersytetach. Pracował jako korepetytor, nauczyciel matematyki, wreszcie w okresie 1902–08 jako ekspert w federalnym biurze patentowym w Bernie. To mało absorbujące zajęcie pozostawiało mu czas na zgłębianie zasad fizyki. W rezultacie tych przemyśleń Einstein napisał (1902–05) prace, które ukazały się (1905) w prestiżowym niemieckim miesięczniku „Annalen der Physik”.
Wyłożone w nich teorie wkrótce zyskały uznanie i Einstein 1909 został profesorem uniwersytetu w Zurychu, następnie (1911–12) — niemieckiego uniwersytetu w Pradze, a 1912 — politechniki w Zurychu. W 1913 został członkiem Akademii Nauk w Berlinie. W 1914 przeniósł się do Berlina, gdzie był dyrektorem specjalnie dla niego utworzonego Instytutu Fizyki, z prawem wykładania na tamtejszym uniwersytecie.
Podczas studiów w Zurychu, 1897 Albert Einstein poznał Milevę Marić, Serbkę. Miał z nią dwóch synów. W 1919 rozwiódł się z Marić; w ramach ugody rozwodowej przekazał jej Nagrodę Nobla, którą otrzymał dopiero 1921 za odkrycie praw zjawiska fotoelektrycznego i prace z zakresu fizyki teoretycznej. Drugie małżeństwo zawarł ze swą kuzynką Elsą Lowenthal (zmarła 1936).
W 1933 został zmuszony do opuszczenia Niemiec. Na znak protestu przeciw hitleryzmowi zrzekł się obywatelstwa niemieckiego i członkostwa Akademi Nauk w Berlinie. Wyjechał do Stanów Zjednoczonych, osiedlił się w Princeton, gdzie pracował do końca życia w Institute for Advanced Study.
Einstein jest uważany za jednego z najwybitniejszych fizyków w historii nauki; choć był przede wszystkim teoretykiem, był też autorem kilku ciekawych pomysłów eksperymentalnych (doświadczenie Einsteina–de Haasa), a także technicznych (otrzymał kilka patentów). Pisał książki, w których popularyzował własne teorie, m.in. Istota teorii względności (1922, wydanie polskie 1962), Mein Weltbild (1935) oraz Ewolucja fizyki (1947, wspólnie z L. Infeldem, wydanie polskie 1962).
Poza fizyką Einstein pasjonował się m.in. żeglarstwem; doskonale grał na skrzypcach, był nawet uznawany za wirtuoza tego instrumentu, namiętnie palił fajkę.
Zmarł 18 IV 1955 w Princeton (stan New Jersey). Na życzenie Einsteina jego zwłoki zostały poddane kremacji, a prochy rozsypano w nieznanym miejscu.
Udział w życiu politycznym
W czasie I wojny światowej głosił idee pacyfistyczne, które w latach następnych — w obliczu nazistowskiego zagrożenia i rosnącej potęgi hitlerowskich Niemiec — zarzucił; jednocześnie narastające objawy antysemityzmu spowodowały, że stał się zdecydowanym orędownikiem syjonizmu. W czasie II wojny światowej popierał prace zmierzające do budowy bomby jądrowej; 1939 napisał list do prezydenta Stanów Zjednoczonych F.D. Roosevelta, zwracając uwagę na militarne znaczenie energii jądrowej. Po wojnie uznał jednak, że dalsza rozbudowa arsenału jądrowego zagraża istnieniu ludzkości. W dowód uznania za poparcie dla syjonizmu 1952 zaproponowano mu prezydenturę Izraela, której nie przyjął.
Pierwsze prace
Pierwsza z prac zamieszczonych w „Annalen der Physik”, Über die von der molekularkinetischen Theorie..., zawierała wyjaśnienie ruchów Browna oraz wyprowadzenie relacji Einsteina–Smoluchowskiego. Stała się ona zaczątkiem rozwiniętej później przez Einsteina teorii fluktuacji. W pracy Über einen die Erzeugung... wprowadził pojęcie kwantu światła i na tej podstawie wyprowadził m.in. prawa zjawiska fotoelektrycznego zewnętrznego i równoważności fotochemicznej. Wyniki badań nad szczególną teorią względności zawarł w 30-stronicowej pracy Zur Elektrodynamik bewegter Körper (O elektrodynamice ciał w ruchu), która zrewolucjonizowała poglądy na czas i przestrzeń, zupełnie zmieniając oblicze współczesnej fizyki. Zawiera ona do dziś aktualne i jasne sformułowanie zasad szczególnej teorii względności, w której Einstein zerwał z pojęciem czasu absolutnego, łącząc przestrzeń i czas w 4-wymiarową czasoprzestrzeń. W czwartej pracy, Ist die Trägheit..., wyprowadził wzór łączący masę z energią (wzór Einsteina).
Szczególna teoria względności
Jako podstawę tej teorii Albert Einstein przyjął dwa postulaty: 1) prawa przyrody są jednakowe dla wszystkich obserwatorów w ruchu jednostajnym prostoliniowym; 2) prędkość światła nie zależy od ruchu jego źródła. Z tych założeń wynika, że odstęp czasu między dwoma zdarzeniami nie ma charakteru absolutnego, lecz zależy od obserwatora, podobnie jak mierzona przezeń długość odcinka. Te dwa ważne wyniki, relatywistyczna dylatacja czasu i skrócenie długości, zostały następnie potwierdzone w wielu doświadczeniach. H. Minkowski podał 1908 elegancki formalizm szczególnej teorii względności, wprowadzając tzw. czasoprzestrzeń.
Szczególna teoria względności przewidziała istnienie licznych, nie znanych przedtem zjawisk, z których wszystkie znalazły potwierdzenie w doświadczeniach. Za najważniejsze jej konsekwencje uznaje się: uzależnienie czasu przebiegu zjawisk fizycznych, masy cząstek i wielu innych wielkości od stanu ruchu układu, w którym te zjawiska są opisane; podanie związku E = mc2 pomiędzy masą m i energią E ciała; eliminację z fizyki pojęcia eteru i nadanie polom fizycznym statusu samodzielnych obiektów fizycznych charakteryzujących się masą, gęstościami pędu, energii, momentu pędu itp.; uznanie pewnych wielkości, uznawanych poprzednio za wielkości odrębne, za składowe jednej wielkości określonej w czasoprzestrzeni.
Wzór E = mc2 Einstein zaproponował we IX 1905, a 1907 wyprowadził podstawową zasadę równoważności masy grawitacyjnej i masy bezwładnej, będącą kluczem do ogólnej teorii względności. Opracowanie całej tej teorii potrwało jednak do 1915.
Teoria względności, zwłaszcza szczególna, spotkała się początkowo z wielkim oporem ze względu na trudny do pogodzenia z tzw. zdrowym rozsądkiem opis czasu i przestrzeni. Dziś jest to fundament rozumienia przyrody. Szczególna teoria względności stanowi podstawę konstrukcji akceleratorów cząstek, a kinematyka relatywistyczna jest potwierdzona tysiącami doświadczeń nad rozpraszaniem cząstek o wysokich energiach.
Ogólna teoria względności
Okres 1914–16 to lata najintensywniejszej pracy nad ogólną teorią względności, w której po raz pierwszy od czasów I. Newtona zostały poddane rewizji prawa grawitacji. Nowe ujęcie grawitacji pozwoliło Einsteinowi wyjaśnić ilościowo znaną od dawna wartość ruchu peryhelium Merkurego, przewyższającą tę, która wynikała z mechaniki Newtona. Einstein podał też ilościowe przewidywania odchylenia promienia świetlnego w polu grawitacyjnym Słońca. Zostały one potwierdzone przez astronomiczne obserwacje, które prowadził zespół kierowany przez A. Eddingtona, położeń gwiazd na niebie podczas całkowitego zaćmienia Słońca 1919. Wyniki tych obserwacji uznał Einstein za ostateczny dowód słuszności swej teorii.
W ogólnej teorii względności zjawisko powszechnego ciążenia jest spowodowane wystąpieniem krzywizny czasoprzestrzeni, która jest przestrzenią bardziej ogólną niż nie mająca krzywizny czasoprzestrzeń Minkowskiego. Właściwości geometryczne tej ogólnej czasoprzestrzeni zależą od ruchu i rozkładu materii oraz pól, i z kolei same określają ruch materii oraz mają wpływ na pola. Zależność ta jest określona przez równania Einsteina. Rozwiązaniami tych równań są czasoprzestrzenie odpowiadające rozmaitym sytuacjom fizycznym, a jedną z nich, dla przypadku gdy nie ma materii i pól, jest czasoprzestrzeń Minkowskiego. W teorii tej nie ma żadnych wyróżnionych układów odniesienia. Pojawiają się one jednak wtedy, gdy rozwiązania równań Einsteina mają pewnego rodzaju symetrie. Ogólna teoria względności przewiduje poprawki do ruchu ciał i światła w polu grawitacyjnym. Wpływ grawitacyjnego pola Ziemi na energię fotonów został potwierdzony 1957 doświadczalnie w tzw. zjawisku Mössbauera. Potwierdzeniem teorii jest także m.in. zaobserwowane w widmach białych karłów i Słońca oraz pulsarów podwójnych poczerwienienie grawitacyjne, tj. zwiększenie długości fal elektromagnetycznych przy opuszczaniu obszaru o niższym potencjale grawitacyjnym, czyli powierzchni gwiazdy. Ogólna teoria względności znalazła duże zastosowanie w astrofizyce i kosmologii, umożliwia m.in. konstruowanie modeli kosmologicznych Wszechświata (jeden z takich modeli tłumaczy zaobserwowane zjawisko ucieczki odległych galaktyk rozszerzaniem się Wszechświat).
Einstein jako pierwszy podał teorię fal grawitacyjnych (1916), był także twórcą ogólnej relatywistycznej kosmologii (1917).
Inne osiągnięcia
W 1916 uczony opublikował pracę na temat kwantowej teorii promieniowania, w której przewidział istnienie emisji wymuszonej — był to pierwszy krok w kierunku zbudowania lasera. W tym okresie Einstein gościł z wykładami w wielu ośrodkach naukowych w Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii, Francji, Chinach, Japonii, Palestynie, Hiszpanii.
Od lat 20. pracował nad stworzeniem zunifikowanej teorii pola, mającej w jednolity sposób opisać pole grawitacyjne i elektromagnetyczne. Wieloletnie badania nie zakończyły się sukcesem, stały się jednak impulsem rozwoju geometrii różniczkowej. W 1924, po zapoznaniu się z pracą S.N. Bosego o statystyce kwantów światła, opublikował ją wraz z uwagami dotyczącymi możliwości uogólnienia teorii Bosego na gaz doskonały, wkrótce też dokonał tego, przyczyniając się do powstania tzw. statystyki Bosego–Einsteina.
Ilustracje
Einstein Albert, rękopis początku pracy o kwantach światła fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia