Główny Biografia Albert Einstein - Rok cudów

Albert Einstein - Rok cudów

Albert Einstein

Rok cudów

Pomimo całodziennej pracy w urzędzie patentowym, Einstein spędził większość czasu na opracowywaniu własnych teorii naukowych. W 1905 roku był gotowy przedstawić swoje teorie światu. Opublikował w tym roku cztery prace naukowe, z których każda dotyczyła innego tematu, w czasopiśmie fizycznym o nazwieRoczniki Fizyki. Te dokumenty były przełomowe i położyły podwaliny pod współczesną fizykę. Ten wybuch naukowego odkrycia jest często nazywany przez historyków „rokiem cudów”.

Efekt fotoelektryczny i kwanty światła

Pierwsza publikacja Einsteina opublikowana w roku cudów nosiła tytuł 'Z heurystycznego punktu widzenia dotyczącego produkcji i transformacji światła”. Ten artykuł przedstawił ideę, że światło nie jest ciągłą falą, ale składa się z pakietów, które nazwał kwantami. Później termin „fotony” byłby używany do opisania małych cząstek światła Einsteina.

Einstein nie tylko wyciągnął ten pomysł z powietrza, ale wydedukował go z aktualnych teorii naukowych i eksperymentów prowadzonych przez innych fizyków. Praca Maxa Plancka (Stała Plancka), a także prace eksperymentalne nad efektem fotoelektrycznym przeprowadzone przez Philippa Lenarda miały ogromny wpływ na teorię Einsteina.

Rysunek efektu fotoelektrycznego

Efekt fotoelektryczny
Źródło: Wikimedia Commons

Pomysł, że światło istnieje w kwantach, został początkowo odrzucony przez społeczność naukową, w tym większość ówczesnych wielkich fizyków (nawet Max Planck odrzucił tę hipotezę). Dopiero wiele lat później, w 1919 roku, kiedy eksperymenty dowiodły trafności teorii Einsteina, teoria fotonów została szerzej zaakceptowana. Kiedy Einstein otrzymał Nagrodę Nobla w 1921 roku, wyraźnie wspomniano o jego pracy nad efektem fotoelektrycznym. Obecnie foton jest podstawową częścią współczesnej fizyki.

Ruch Browna

Drugi artykuł Einsteina z 1905 roku nie był tak przełomowy jak jego pierwszy, ale nadal okazał się ważnym kamieniem milowym w historii fizyki. Artykuł nosił tytuł „O ruchu małych cząstek zawieszonych w stacjonarnej cieczy, zgodnie z wymogami teorii molekularnej kinetyki ciepła”.

W tym artykule Einstein użył losowego ruchu cząsteczek, aby wyjaśnić ruchy Browna w cieczy. Aż do tego momentu wyjaśnienie ruchu Browna w cieczy było przeszkodą w próbach udowodnienia istnienia cząsteczek i atomów. Korzystając z fizyki statystycznej, Einstein był w stanie wyjaśnić, w jaki sposób małe, losowe efekty milionów maleńkich cząsteczek mogą powodować ruch większej cząstki (tj. Ruch Browna). Artykuł ten nie tylko udowodnił istnienie cząsteczek i atomów, ale także wykazał znaczenie fizyki statystycznej w nauce.

Kolorowy wykres ruchu Browna

Wykres przedstawiający dyfuzję cząstek Browna
Źródło: Nonequilibrium Statistical Thermodynamics

Szczególna Teoria Względności

Trzeci artykuł Einsteina z 1905 roku nosił tytuł 'O elektrodynamice ciał w ruchu”. Artykuł ten stał się później znany jako Teoria Szczególnej Teorii Względności Einsteina. W artykule tym wprowadzono duże zmiany w mechanice fizyki, gdy prędkość względna między obiektami zbliżała się do prędkości światła. Wyniki teorii Einsteina wprowadziły kilka przełomowych koncepcji, w tym koncepcję, że czas, masa i przestrzeń nie są stałe dla obiektów poruszających się z różnymi prędkościami.

W artykule Einstein postulował jednak, że prędkość światła zawsze była stała. Nie zmieniła się w zależności od względnej prędkości obserwatora i źródła światła. Następnie zbadał ideę jednoczesnych wydarzeń i doszedł do wniosku, że zdarzenia, które pojawiły się jednocześnie dla jednego obserwatora, nie mogą pojawić się jednoczesne dla innego obserwatora. W przeciwieństwie do wielu prac naukowych, Einstein wyjaśnił swoją nową teorię, opisując eksperymenty myślowe, a nie skomplikowaną matematykę. Posłużył się przykładem osoby podróżującej pociągiem w porównaniu z osobą stojącą na peronie, aby zilustrować, jak działała jego teoria.

Einstein twierdził również, że tajemniczy „eter”, który naukowcy próbowali zdefiniować przez setki lat, nie istnieje. Może nie brzmi to dziś przełomowo, ale koncepcja „eteru” była wówczas ważną ideą w fizyce. Odrzucenie idei „eteru” było śmiałym stwierdzeniem i zmieniło bieg fizyki.

Portret Hendrika Lorentza

Einstein czerpał z prac holenderskiego fizyka
Hendrik Lorentz w definiowaniu szczególnej teorii względności
Źródło: Biblioteka Królewska

Równoważność masy i energii

Ostatni artykuł z cudownego roku Einsteina nosił tytuł 'Czy bezwładność ciała zależy od zawartości energii?W artykule przedstawiono jedno z najsłynniejszych równań naukowych w historii: E = mc^dwa. W tym artykule wykorzystano niektóre z pojęć, które Einstein po raz pierwszy zaproponował w swoim artykule o szczególnej teorii względności. Wykazano, że masa obiektu jest miarą jego zawartości energetycznej. Zasadniczo masa i energia to to samo.

Ten pomysł i słynne równanie Einsteina miały ogromne konsekwencje. Równanie wykazało, że nawet niewielka ilość masy zawierała ogromne ilości energii. Jeśli spojrzysz na równanie Einsteina, zobaczysz, że energia (E) jest równa masie (m) razy kwadratowi prędkości światła (c). Prędkość światła (c) jest stałą i dużą liczbą (około 300 000 km / s lub 186 000 mil / s). Czyli nawet niewielka ilość masy pomnożona przez c^dwabędzie dużo energii. Ten pomysł ostatecznie doprowadził do powstania bomby atomowej i energii jądrowej.

Słynna formuła Einsteina E = mc2
Autor: Derek Jensen

Interesujący fakt

Einstein przedstawił również swoją dysertację 'Nowe określenie wymiarów molekularnych„w 1905 r. uzyskał doktorat z fizyki na Uniwersytecie w Zurychu.

Spis treści biografii Alberta Einsteina