Aastatuhande lõpus Füüsika maailm ajakiri viis läbi küsitluse, kus nad küsisid 100 maailma juhtivalt füüsikult, keda nad pidasid kõigi aegade kümne parima teadlase hulka. Lisaks kõige kuulsamale teadlasele, kes kunagi elanud, on Albert Einstein ka leibkonna nimi, sünonüüm geenusele ja lõputule loovusele.
Eri- ja üldrelatiivsuse avastajana pööras Einstein revolutsiooni meie arusaamale ajast, ruumist ja universumist. See avastus koos kvantmehaanika arendamisega lõpetas tõhusalt Newtoni füüsika ajastu ja andis aluse tänapäevale. Kui kahte eelmist sajandit oli iseloomustanud universaalne gravitatsioon ja fikseeritud tugiraamistikud, siis Einstein aitas sissejuhatuses esineda ebakindluse, mustade aukude ja "hirmutavalt kaugelt" ajastul.
Varane elu:
Albert Einstein sündis 14. märtsil 1879 Ulmi linnas, mis oli siis Wurttenmbergi kuningriigi osa (nüüd Baden-Württembergi Saksamaa liidumaa). Tema vanemad olid Hermann Einstein (müüja ja insener) ja Pauline Koch, kes olid tähelepandamatud aškenazi juudid - laiendatud jidiši keelt kõnelevate juutide kogukond, kes elasid Saksamaal ja Kesk-Euroopas.
1880. aastal, kui ta oli vaid kuue nädala vanune, kolis Einsteini pere Münchenisse, kus asutasid tema isa ja onu Elektrotechnische Fabrik J. Einstein & Cie (ettevõte, mis tootis alalisvoolu alusel elektriseadmeid). Aastal 1894 ta isa ettevõte nurjus ja pere kolis Itaaliasse, samal ajal kui Einstein jäi õpingute lõpetamiseks Münchenisse.
Haridus:
1884. aastal õppis Albert Einstein katoliku põhikoolis, kuhu ta jäi kuni aastani 1887. Sel ajal läks ta üle Luitpoldi gümnaasiumi, kus sai kõrgema alg- ja keskkoolihariduse. Tema isa oli lootnud, et Einstein järgib tema jälgedes ja astub elektrotehnikasse, kuid Einsteinil oli raskusi kooli õpetamismeetoditega, eelistades enesejuhistamist rote õppimisele.
Tema perekonna visiidi ajal Itaalias 1894 kirjutas Einstein lühikese essee pealkirjaga "Eetri oleku uurimise kohta magnetväljal" - see oleks tema esimene teaduslik väljaanne. 1895. aastal tegi Einstein sisseastumiseksami Zürichi Šveitsi föderaalsesse polütehnikumi - mida praegu tuntakse kui Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich).
Ehkki ta ei suutnud kõiki nõudeid täita, sai ta füüsikas ja matemaatikas erakordseid hindeid. Zürichi polütehnikumi direktori soovitusel õppis ta keskkooli lõpetamiseks Šveitsis Aaraus asuvas Argovia kantoni koolis. Seda tegi ta aastatel 1895–96, viibides samal ajal professori pere juures.
Septembris 1896 sooritas ta Šveitsi väljumise eksami peamiselt heade hinnetega, sealhulgas füüsika ja matemaatika õppeainete kõrgeimate klassidega. Kuigi ta oli vaid 17, õppis ta nelja-aastase matemaatika ja füüsika õpetamise diplomiprogrammi Zürichi polütehnikumis. Seal kohtus ta oma esimese ja tulevase naise, Mileva Mariciga, Serbia kodanikuga ja ainsa naisega matemaatika ja füüsika sektsiooni kuue õpilase seas.
Nad abielluksid 1904. aastal ja neil oleks kaks poega, kuid nad lahutaksid 1919. aastaks pärast viis aastat lahus elamist. Pärast seda abiellus Einstein uuesti, seekord oma nõbu Elsa Löwenthaliga - kellega ta abiellus kuni naise surmani 1939. Sel ajal läks Einstein ka oma suurimate teadusalaste saavutuste poole.
Teaduslikud saavutused:
1900. aastal omistati Einsteinile Zürichi polütehnikumi õpetamise diplom. Pärast kooli lõpetamist veetis ta peaaegu kaks aastat õpetajaametit otsides ja omandas Šveitsi kodakondsuse. Lõpuks kindlustas Einsten oma sõbra ja kolleegi Marcel Grossmanni isa abiga töö Berni intellektuaalomandi föderaalses büroos. 1903. aastal sai tema ametikoht alaliseks.
Suur osa Einsteini tööst patendiametis oli seotud küsimustega elektriliste signaalide edastamise ja aja elektrilise-mehaanilise sünkroniseerimise kohta. Need tehnilised probleemid ilmnevad Einsteini mõttekatsetes korduvalt, viies ta lõpuks radikaalsete järeldusteni valguse olemuse ning ruumi ja aja vahelise põhimõttelise seose kohta.
1900. aastal avaldas ta paberi pealkirjaga “Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen”(„ Järeldused kapillaarsuse fenomenist ”). Toetudes Newtoni universaalse gravitatsiooni teooriale, tegi ta käesolevas artiklis ettepaneku, et teooria, mille kohaselt kõigi molekulide vastastikmõjud on kauguse universaalne funktsioon, analoogselt gravitatsiooni pöördjõudlusega ruudu suhtes. See osutub hiljem ebaõigeks, kuid paberi avaldamine mainekasAnnalen der Physik (Journal of Physics) pälvis akadeemilise maailma tähelepanu.
30. aprillil 1905 lõpetas Einstein väitekirja ülikooli eksperimentaalfüüsika professori Alfred Kleineri valvsa pilgu all. Tema väitekiri „Molekulaarsete mõõtmete uus määramine“ pälvis talle doktorikraadi Zürichi ülikoolis.
Samal aastal loova intellektuaalse energia plahvatuses - mida tuntakse tema nime all „Annus mirabilis” (ime-aasta) - Einstein avaldas ka neli murrangulist ettekannet fotoelektrilise efekti, Browni liikumise, erilise relatiivsusteooria ning massi ja energia samaväärsuse kohta, mis viiks ta rahvusvahelise teadlaskonna tähelepanu alla.
1908. aastaks määrati ta Berni ülikooli õppejõuks. Järgmisel aastal pärast Zürichi ülikoolis elektrodünaamika ja suhtelisuse põhimõtte loengu pidamist soovitas Alfred Kleiner ta teaduskonnale vastloodud teoreetilise füüsika professuuriks. Einstein määrati dotsendiks 1909. aastal.
Aprillis 1911 sai Einstein täieõiguslikuks professoriks Praque Charles-Ferdinandi ülikoolis, mis omal ajal kuulus Austria-Ungari impeeriumisse. Prahas töötamise ajal kirjutas ta 11 teadustööd, millest 5 olid kiirgusmatemaatika ja tahkiste kvantteooria kohta.
Juulis 1912 naasis ta Šveitsi ja Zürichi ETH-sse, kus õpetas analüütilist mehaanikat ja termodünaamikat aastani 1914. Zürichi ETH-s töötamise ajal õppis ta ka pidevmehaanikat ning soojuse molekulaarteooriat ja gravitatsiooni probleemi. 1914 naasis ta Saksamaale ja määrati Kaiser Wilhelmi Füüsika Instituudi direktoriks (1914–1932) ning Berliini Humboldti ülikooli professoriks.
Peagi sai temast Preisi Teaduste Akadeemia liige ning aastatel 1916–1918 oli ta Saksa füüsikaühingu president. 1920. aastal sai temast Hollandi Kuningliku Kunstide ja Teaduste Akadeemia välisliige ning 1921 valiti ta Kuningliku Seltsi (ForMemRS) välisliikmeks.
Pagulase staatus:
1933. aastal külastas Einstein kolmandat korda USA-d. Kuid erinevalt varasematest visiitidest - kus ta viis läbi loengusarju ja ringreise - teadis ta sel korral, et ei saa Saksamaale naasta, sest Adolf Hitleri ajal valitses natsism. Pärast oma kolmanda kahekuulise professorikutse tegemist Ameerika ülikoolides reisis ta koos abikaasa Elsaga 1933. aasta märtsis Antwerpenisse, Belgiasse.
Kui nad saabusid, kui nad said teada, et natsid ründasid nende suvila ja nende isiklik purjekas konfiskeeriti, loobus Einstein Saksamaa kodakondsusest. Kuu aega hiljem olid Einsteini teosed nende hulgas, kellele natside raamatute põletamine oli suunatud, ja ta pandi “Saksa režiimi vaenlaste” nimekirja, pearaha oli 5000 dollarit.
Sel perioodil sai Einstein osaks suurest saksa ja juudi endiste patriootide kogukonnast Belgias, kellest paljud olid teadlased. Esimesed paar kuud rentis ta maja Belgias De Haanis, kus ta elas ja töötas. Samuti pühendus ta juudi teadlastele natside käest tagakiusamise ja mõrvade põgenemiseks.
Juulis 1933 läks ta oma sõbra ja mereväeohvitseri ülema Oliver Locker-Lampsoni isiklikul kutsel Inglismaale. Seal olles kohtus ta tollase parlamendiliikme Winston Churchilli ja endise peaministri Lloyd George'iga ning palus neil aidata juudi teadlasi Saksamaalt välja viia. Ühe ajaloolase sõnul saatis Churchill Saksamaale füüsiku Frederick Lindemanni, et otsida juudi teadlasi ja paigutada nad Suurbritannia ülikoolidesse.
Einstein võttis hiljem ühendust teiste rahvaste juhtidega, sealhulgas Türgi peaminister Ismet Inönüga, et paluda abi natside eest põgenenud juudi kodanike ümberasustamiseks. Septembris 1933 kirjutas ta Inönüle, taotledes töötute Saksa-Juudi teadlaste paigutamist. Einsteini kirja tulemusel oli juutide kutsutud Türki kokku üle 1000 inimese.
Ehkki Locker-Lamspon kutsus Suurbritannia parlamenti üles laiendama Einsteini kodakondsust, ebaõnnestusid tema jõupingutused ja Einstein võttis New Jerseys asuvas Princetoni kõrgkooli uuringute instituudis vastu varasema pakkumise saada residenditeadlaseks. Oktoobris 1933 saabus Einstein USA-sse ja asus sellele kohale.
Sel ajal oli enamikus Ameerika ülikoolides juudi õppejõude või üliõpilasi minimaalselt või polnud neid üldse, kuna kvoodid piirasid registreeruda või õpetada juute. Need aeguksid 1940. aastaks, kuid jäid Ameerika juudi teadlastele takistuseks akadeemilises elus täielikul osalemisel ja ülikoolihariduse saamisel.
1935. aastal taotles Einstein USA-s alalise kodakondsuse saamist, mis talle 1940. aastal anti. Ta jääb USA-sse ja säilitab oma seotuse edasijõudnute instituudiga kuni oma surmani 1955. Sel perioodil üritas Einstein välja töötada ühtne väljateooria ja kvantfüüsika aktsepteeritud tõlgenduse kummutamine, mõlemad edutult.
Manhattani projekt:
Teise maailmasõja ajal mängis Einstein olulist rolli The Manhattani projekti loomisel - aatomipommi väljatöötamisel. See projekt sai alguse pärast seda, kui 1939. aastal pöördus Einsteini poole teadlaste rühm, mida juhtis ungari füüsik Leó Szilárd. Pärast kuulmist nende hoiatustest natside tuumarelvaprogrammi kohta kirjutas ta kaaskirja president tollasele presidendile Rooseveltile, hoiatades teda äärmise ohu eest. sellise relva natside käes.
Ehkki patsifist, kes polnud kunagi relva väljatöötamiseks kaalunud tuumafüüsika kasutamise ideed, oli Einstein mures natside pärast, kellel selline relv oli. Sellisena pidas ta koos Szilárdiga koos teiste põgenikega, nagu Edward Teller ja Eugene Wigner, „nende vastutuseks hoiatada ameeriklasi võimalusega, et Saksa teadlased võidavad aatomipommi ehitamise võidu, ning hoiatada, et Hitler olla rohkem kui valmis kasutama sellist relva. ”
Ajaloolaste Sarah J. Diehli ja James Clay Moltzi sõnul oli kiri vaieldamatult peamine stiimul tuumarelvade tõsiste uurimiste vastuvõtmiseks USA-s II maailmasõja saabumise eelõhtul. Lisaks kirjale kasutas Einstein oma sidemeid Belgia kuningliku perekonna ja Belgia kuninganna emaga, et pääseda isikliku saadikuga Valge Maja ovaalsesse kabinetti, kus ta kohtus Rooseveltiga, et isiklikult ohtu arutada.
Einsteini kirja ja tema kohtumiste Rooseveltiga algatas USA Manhattani projekti ja koondas kõik vajalikud ressursid aatomipommi uurimiseks, ehitamiseks ja katsetamiseks. 1945. aastaks võitsid selle võidurünnaku liitlasväed, kuna Saksamaal polnud kunagi õnnestunud luua oma aatomirelva.
Põhjalik patsifist, Einstein peaks hiljem sügavalt kahetsema oma osalust tuumarelvade väljatöötamisel. Nagu ta ütles oma sõbrale Linus Paulingule 1954. aastal (aasta enne surma): „Ma tegin oma elus ühe suure vea - kui allkirjastasin president Rooseveltile kirja, milles soovitas teha aatomipomme; kuid see oli mingil määral õigustatud - oht, et sakslased muudavad need. "
Relatiivsusteooria:
Ehkki Einstein tegi aastate jooksul palju olulisi saavutusi ja on laialt tuntud oma panuse eest Manhattani projekti loomisse, on tema kuulsaim teooria, mida esindab lihtne võrrand E = mc² (kus E on energia, m on mass ja c on valguse kiirus). See teooria lükkaks ümber sajanditepikkuse teadusliku mõtlemise ja õigeusu.
Kuid muidugi ei arendanud Einstein seda teooriat vaakumis ja tee, mis viis ta järeldusele, et aeg ja ruum on vaatleja suhtes suhteliselt pikk ja käänuline. Einsteini võimalik suhtelise suhte hüpotees oli suures osas katse ühildada Newtoni mehaanika seadused elektromagnetilisuse seadustega (mida iseloomustavad Maxwelli võrrandid ja Lorentzi jõu seadus).
Teadlased olid juba mõnda aega vaeva näinud nende kahe välja ebakõladega, mis kajastusid ka Newtoni füüsikas. Kui Isaac Newton oli liitunud absoluutse ruumi ja aja ideega, järgis ta ka Galileo relatiivsusteooria põhimõtet, milles öeldakse: "Kõik kaks vaatlejat, kes liiguvad üksteise suhtes konstantsel kiirusel ja suunas, saavad kõigi mehaaniliste katsete korral ühesugused tulemused."
Alates 1905. aastast, kui Einstein avaldas oma seminari paberi “Liikuvate kehade elektrodünaamikast“, Leidsid teadlased tööl üksmeelel, et liikuvast keskkonnast läbivat valgust lohistab see ka mööda keskkonda. See omakorda tähendas, et valguse mõõdetud kiirus oleks selle kiiruse lihtne summa läbi keskmine pluss kiirus of see meedium.
See teooria leidis ka, et ruum oli täidetud helendava eetriga - hüpoteetilise keskkonnaga, mida usuti olevat vajalik valguse levimiseks kogu universumis. Vastavalt sellele lohistatakse seda eetrit liikuva materjali poolt või transporditakse selle sees. Selle konsensuse tulemuseks oli aga arvukalt teoreetilisi probleeme, mis Einsteini ajaks olid jäänud lahendamata.
Ühe jaoks polnud teadlastel õnnestunud leida absoluutset liikumisseisundit, mis osutas sellele, et liikumise relatiivsuse põhimõte (s.o ainult see) sugulane liikumine on jälgitav ja absoluutset puhkestandardit pole olemas) kehtis. Teiseks, seal oli ka jätkuv probleem, mis oli seotud tähehõõrumisega - nähtusega, kus taevakehade nähtav liikumine nende asukohtade suhtes sõltus vaatleja kiirusest.
Lisaks näitasid vees valguse kiirusel tehtud testid (Fizeau eksperiment), et liikuvast keskkonnast läbivat valgust lohistab keskkond, kuid mitte peaaegu nii palju, kui võiks oodata. See toetas teisi katseid - näiteks Fresneli osalise eetri-lohistamise hüpoteesi ja sir George Stokesi eksperimente -, milles tehti ettepanek, et eeter on kas osaliselt või täielikult ainega kaasas.
Einsteini erirelatiivsusteooria oli murranguline, kuna ta väitis, et valguse kiirus on kõigis inertsiaalsetes võrdlusraamides ühesugune, ja tutvustas ideed, et suured muutused toimuvad siis, kui asjad lähevad valguse kiirusele lähemale. Need hõlmavad liikuva keha aegruumi raami, mis vaatleja kaameral mõõdetuna aeglustub ja liigub liikumissuunas.
Einsteini erilise relatiivsusteooriana tuntud teooriana sobitasid tema tähelepanekud Maxwelli elektrienergia ja magnetilisuse võrrandid mehaanika seadustega, lihtsustasid matemaatilisi arvutusi, eemaldades teiste teadlaste kasutatud kõrvalised seletused, ja muutsid eetri olemasolu täiesti ülearuseks. See vastas ka otseselt jälgitavale valguse kiirusele ja moodustas täheldatud hälbed.
Loomulikult kohtus Einsteini teooria teadusringkondade segase reaktsiooniga ja see jääks palju aastaid vaieldavaks. Tema ühe võrrandiga E = mc², Einstein oli tohutult lihtsustanud arvutusi, mis on vajalikud valguse leviku mõistmiseks. Samuti soovitas ta tegelikult, et ruum ja aeg (aga ka mateeria ja energia) olid lihtsalt ühe ja sama asja erinevad väljendused.
Aastatel 1907–1911, töötades endiselt patendiametis, hakkas Einstein kaaluma, kuidas saaks gravitatsiooniväljadele rakendada spetsiaalset relatiivsusteooriat - mida võiks nimetada üldise relatiivsusteooria teooriaks. See algas artikliga pealkirjaga “Relatiivsuse põhimõtte ja selle põhjal tehtud järelduste kohta, Avaldatud 1907. aastal, kus ta käsitles, kuidas erirelatiivsuse reeglit võiks kohaldada ka kiirendusele.
Lühidalt väitis ta, et vaba kukkumine on tegelikult inertsiaalne liikumine; ja vaatleja jaoks tuleb kohaldada erirelatiivsuse reegleid. Seda argumenti tuntakse ka kui ekvivalentsuspõhimõtet, mis väidab, et gravitatsioonimass on identne inertsiaalse massiga. Samas artiklis ennustas Einstein ka gravitatsioonilise aja laienemise nähtust - kus kaks vaatlejat, kes asuvad gravitatsioonimassist erineval kaugusel, tajuvad erinevust aja jooksul kahe sündmuse vahel.
1911. aastal avaldas Einstein “Gravitatsiooni mõjust valguse levikule“, Mis laiendas 1907. aasta artiklit. Selles artiklis ennustas ta, et kasti, mis sisaldab ülespoole kiirenevat kella, saab aeg kiiremini kui see, mis istub paigal muutumatul gravitatsiooniväljal. Ta järeldab, et kellade kiirused sõltuvad nende asukohast gravitatsiooniväljas ja et kiiruse erinevus on võrdeline gravitatsioonipotentsiaaliga esimese lähenduse suhtes.
Samas artiklis ennustas ta, et valguse läbipaine sõltub sellega seotud keha massist. See osutus eriti mõjukaks, sest esimest korda pakkus ta välja proovitava ettepaneku. 1919. aastal kutsus Saksa astronoom Erwin Finlay-Freundlich teadlasi kogu maailmas üles seda teooriat katsetama, mõõtes valguse läbipainet 1929. aasta mai päikesevarjutuse ajal.
Einsteini ennustust kinnitas sir Arthur Eddington, kelle tähelepanekutest teatati varsti pärast seda. 7. novembril 1919 Ajad avaldas tulemused pealkirja all: “Revolution in Science - Universumi uus teooria - Newtoni ideed kukutatud”. Üldine relatiivsus on sellest ajast peale muutunud oluliseks vahendiks kaasaegses astrofüüsikas. See loob aluse praeguseks arusaamiseks mustadest aukudest, kosmose piirkondadest, kus gravitatsiooniline külgetõmme on nii tugev, et isegi valgus ei pääse välja.
Kaasaegne kvantteooria:
Einstein aitas edasi viia ka kvantmehaanika teooriat. Kogu 1910. aastate jooksul laienes selle teaduse ulatus paljudele erinevatele süsteemidele. Einstein aitas nendes arengutes kaasa kvantiteooria valgusesse viimisele ja kasutas seda mitmesuguste termodünaamiliste mõjude arvestamiseks, mis olid vastuolus klassikalise mehaanikaga.
Tema 1905. aasta artiklis “Heuristilisest vaatepunktist, mis käsitleb valguse tootmist ja muutmist“, Postuleeris ta, et valgus koosneb iseenesest lokaliseeritud osakestest (s.o kvantidest). Tema kaasaegsed - sealhulgas Neils Bohr ja Max Planck - lükkaksid selle teooria tagasi, kuid tõestaksid seda 1919. aastaks katsetega, mille käigus mõõdeti fotoelektrilist efekti.
Ta laiendas seda oma 1908. aasta artiklis „Kiirguse koostise ja olemuse vaadete kujunemine“, Kus ta näitas, et Max Plancki energiakvantidel peab olema täpselt määratletud hetk ja nad peavad mõnes mõttes tegutsema iseseisvate, punktitaoliste osakestena. See artikkel tutvustas footon kontseptsiooni ja inspireeris laine – osakese duaalsuse (s.o valguse, mis käitub nii osakese kui ka lainana) mõistet kvantmehaanikas.
Tema 1907. aasta artiklis “Plancki kiirgusteooria ja spetsiifilise soojuse teooria“, Pakkus Einstein välja mateeria mudeli, kus võre struktuuris on iga aatom sõltumatu harmooniline ostsillaator - eksisteerib võrdselt paigutatud, kvantiseeritud olekutes. Ta pakkus selle teooria välja, kuna see oli eriti selge tõestus, et kvantmehaanika suudab lahendada konkreetse soojusprobleemi klassikalises mehaanikas.
1917. aastal avaldas Einstein artikli pealkirjaga “Kiirguse kvantteooria kohta”Mis pakkus välja stimuleeritud emissiooni võimaluse, füüsikalise protsessi, mis võimaldab mikrolainetega võimendamist ja laserit. See paber avaldas kvantmehaanika hilisemas arengus tohutut mõju, kuna see oli esimene paber, mis näitas, et aatomi üleminekute statistikal olid lihtsad seadused.
See töö jätkuks Erwin Schrödingeri 1926. aasta artikli “Kvantifitseerimine kui mitteväärtuse probleem“. Selles artiklis avaldas ta oma nüüd kuulsa Schrödingeri võrrandi, kus ta kirjeldab, kuidas kvantisüsteemi kvant olek aja jooksul muutub. Seda paberit on üldiselt tähistatud kahekümnenda sajandi ühe olulisema saavutusena ja see lõi revolutsiooni enamikus kvantmehaanika valdkondades, aga ka kogu füüsikas ja keemias.
Huvitaval kombel oli Einstein aja jooksul rahul kvantmehaanika teooriaga, mida ta aitas luua, tundes, et see inspireerib teaduses kaose ja juhuslikkuse tunnet. Vastuseks tegi ta oma kuulsa tsitaadi: “Jumal ei mängi täringut” ja naasis kvantnähtuste uurimise juurde.
See pani teda välja pakkuma Einteinile ja tema kaaslastele - Boriss Podoliskyle ja Nathan Rosenile nimetatud Einstein – Podolsky – Roseni paradoksi (EPR paradoks). Oma 1935. aasta artiklis pealkirjaga „Kas füüsilise reaalsuse kvantmehaanilist kirjeldamist saab pidada täielikuks?“ Väitsid nad, et näitasid, et kvantne takerdumine rikkus põhjusliku seose kohalikku realistlikku vaadet - Einstein nimetas seda „õudseks tegutsemiseks eemalt”.
Seda tehes väitsid nad, et kvantmehaanika lainefunktsioon ei anna füüsilise reaalsuse täielikku kirjeldust, mis on oluline paradoks, millel on kvantmehaanika tõlgendamisel oluline mõju. Ehkki EPR-i paradoks osutub pärast Einsteini surma ebaõigeks, aitas see kaasa valdkonnale, mille ta aitas luua, kuid üritas seda hiljem oma päevade lõpuni ümber lükata.
Kosmoloogiline konstant ja mustad augud:
1917. aastal kasutas Einstein universumi kui terviku struktuuri modelleerimiseks üldist relatiivsusteooriat. Ehkki ta eelistas universumi ideed, mis oleks igavene ja muutumatu, ei olnud see kooskõlas tema relatiivsusteooria teooriatega, mis ennustasid, et universum on kas laienemis- või kokkutõmbumisseisundis.
Selle käsitlemiseks tutvustas Einstein teooriale uut kontseptsiooni, mida tuntakse kui kosmoloogilist konstanti (esindatud Lambda). Selle eesmärk oli heastada gravitatsiooni mõjud ja lasta kogu süsteemil jääda igaveseks, staatiliseks sfääriks. Ent 1929. aastal kinnitas Edwin Hubble, et universum laieneb. Pärast Hubble'iga Mount Wilsoni observatooriumi külastamist loobus Einstein ametlikult kosmoloogilisest konstandist.
Kuid kontseptsioon vaadati uuesti läbi 2013. aasta lõpus, kui Einsteini varem avastamata käsikiri (pealkirjaga “Kosmoloogilisest probleemist“) Avastati. Selles käsikirjas tegi Einstein ettepaneku mudeli muutmiseks, kus konstant oli universumi laienedes vastutav uue aine loomise eest - tagades sellega, et universumi keskmine tihedus ei muutu kunagi.
See on kooskõlas nüüdseks vananenud stabiilse olekuga kosmoloogia mudeliga (pakuti välja hiljem 1949) ja tänapäevase arusaamisega tumedast energiast. Põhimõtteliselt tuleks see, mida Einstein paljudes elulugudes kirjeldas kui oma “suurimat viga”, lõpuks ümber hinnata ja vaadelda osana universumi suuremast müsteeriumist - nähtamatu massi ja energia olemasolust, mis säilitab kosmoloogilise tasakaalu.
1915. aastal, mõni kuu pärast seda, kui Einstein oli avaldanud oma üldise relatiivsusteooria, leidis saksa füüsik ja astronoom Karl Schwarzschild Einsteini välja võrrandite jaoks lahenduse, mis kirjeldas punkti ja sfäärilise massi gravitatsioonivälja. See lahendus, mida nüüd nimetatakse Schwarzschildi raadiuseks, kirjeldab punkti, kus kera mass on nii kokku surutud, et pinnalt väljumise kiirus võrduks valguse kiirusega.
Aja jooksul jõudsid teised füüsikud iseseisvalt samadele järeldustele. Inglise astrofüüsik Arthur Eddington kommenteeris 1924. aastal seda, kuidas Einsteini teooria võimaldab meil välistada nähtavate tähtede liiga suured tihedused, väites, et need "tekitaksid ruumi-aja meetrika nii palju kumerust, et ruum sulguks tähe ümber, jättes meid väljaspool (st kuhugi). ”
India-ameerika astrofüüsik Subrahmanyan Chandrasekhar arvutas 1931. aastal spetsiaalse relatiivsuse abil, et teatud piirava massi kohal olev elektronide poolt degenereerunud mitte pöörlev keha variseb iseenesest kokku. Aastal 1939 nõustusid Robert Oppenheimer ja teised Chandrasekhari analüüsiga, väites, et ettenähtud piirist kõrgemad neutronitähed varisevad mustadesse aukudesse, ja järeldasid, et ükski füüsikaseadus ei sekku tõenäoliselt ega peata vähemalt mõne tähe varisemist mustadesse aukudesse.
Oppenheimer ja tema kaasautorid tõlgendasid ainsust Schwarzschildi raadiuse piiril nii, et see näitas, et see oli mulli piir, mille ajal aeg peatus. Välisvaatlejale näeksid nad tähe pinda varisemishetkel õigel ajal külmunud, kuid sissetungival vaatlejal oleks hoopis teistsugune kogemus.
Muud saavutused:
Lisaks sellele, et revolutsiooniliselt muutis meie arusaamist ajast, ruumist, liikumisest ja gravitatsioonist oma eri- ja üldrelatiivsusteooriatega, andis Einstein ka arvukalt muid panuseid füüsika valdkonda. Tegelikult avaldas Einstein oma elus sadu raamatuid ja artikleid, samuti üle 300 teadustöö ja 150 mitteteaduslikku.
5. detsembril 2014 hakkasid ülikoolid ja arhiivid kogu maailmas ametlikult välja andma Einsteini kogutud pabereid, mis koosnesid enam kui 30 000 unikaalsest dokumendist. Näiteks kaks artiklit, mis ilmusid 1902. ja 1903. aastal - “Termilise tasakaalu kineetiline teooria ja termodünaamika teine seadus”Ja“Termodünaamika aluste teooria”- käsitleti termodünaamika ja Browni liikumise teemat.
Definitsiooni järgi väidab Browni liikumine, et kui väike kogus osakesi võngub ilma eelistatud suunata, levivad need lõpuks kogu söötme täitmiseks. Käsitledes seda statistilisest vaatepunktist, uskus Einstein, et söötmes võnkuvate osakeste kineetilist energiat saab jaotada suurematele osakestele, mida omakorda võib jälgida mikroskoobi all - tõestades sellega erineva suurusega aatomite olemasolu.
Need paberid olid aluseks 1905. aasta Browniansi liikumist käsitlevale paberile, mis näitas, et seda saab tõlgendada kindla tõendusmaterjalina molekulide olemasolu kohta. Seda analüüsi kontrollis hiljem prantsuse füüsik Jean-Baptiste Perrin ja Einstein pälvis 1926. aastal Nobeli füüsikaauhinna. Tema töö lõi Brownide liikumise füüsikalise teooria ja lõpetas skeptitsismi aatomite ja molekulide olemasolu kohta tegelike füüsiliste üksustena. .
Pärast üldise relatiivsustegevuse uurimist alustas Einstein rea katseid üldistada oma geomeetriline gravitatsiooniteooria, et lisada elektromagnetilisus ühe üksuse veel ühe aspektina. 1950. aastal kirjeldas ta oma “ühtse välja teooriat” artiklis pealkirjaga “Gravitatsiooni üldistatud teooria kohta“, Mis kirjeldab tema katset lahendada kõik universumi põhijõud ühes raamistikus.
Ehkki teda tema töö eest jätkuvalt kiideti, sai Einstein oma uurimistöös üha isoleeritumaks ja tema pingutused olid lõpuks ebaõnnestunud. Sellest hoolimata jätkub Einsteini unistus ühendada muud füüsikaseadused gravitatsiooniga, toetudes püüdlustele välja töötada kõik teooria (eriti keelte teooria), kus geomeetrilised väljad tekivad ühtses kvantmehaanilises keskkonnas.
Tema töö Podolsky ja Roseniga, lootes kvantpöördumiste kontseptsiooni ümber lükata, ajendas Einsteini ja tema kolleege tegema välja ka ussiava mudeli. Kasutades Schwarzschildi teooriat mustade aukude kohta ja püüdes gravitatsioonivälja võrrandite lahendusena modelleerida elementaarosakesi laenguga, kirjeldas ta silda kahe ruumilaigu vahel.
Kui ussi augu üks ots on positiivselt laetud, siis teine ots on negatiivselt laetud. Need omadused panid Einsteini uskuma, et osakeste ja antiosakeste paarid võivad olla takerdunud ilma relatiivsusteadusi rikkumata. See kontseptsioon on viimastel aastatel üsna palju tööd teinud, teadlased on laboris edukalt loonud magnetilise ussiaugu.
Ja 1926. aastal leiutasid Einstein ja tema endine õpilane Leó Szilárd Einsteini külmiku - seadme, millel polnud liikuvaid osi ja mille sisu jahutamiseks toetuti ainult soojuse neeldumisele. Novembris 1930 anti neile disainilahenduse eest patent. Nende pingutusi õõnestati peagi aga depressiooni ajastul, Freooni leiutisel ja nende patente omandaval Rootsi ettevõttel Electrolux.
Katsed seda tehnoloogiat taaselustada said alguse 90ndatel ja 2000ndatel aastatel, kui Georgia Techi ja Oxfordi ülikooli tudengitiimid üritasid ehitada Einsteini külmkapist oma versiooni. Kuna Freoni tõestatud seos osooni kahanemisega on olemas ja soov on vähendada meie keskkonnamõju vähem elektrit kasutades, peetakse seda kujundust keskkonnasõbralikuks alternatiiviks ja arengumaade jaoks kasulikuks seadmeks.
Surm ja pärand:
17. aprillil 1955 koges Albert Einstein kõhu aordi aneurüsmi rebendist põhjustatud sisemist verejooksu, mille ta oli juba seitse aastat enne operatsiooni otsinud. Iisraeli riigi seitsmenda aastapäeva tähistamiseks ette valmistatud kõne eelnõu võttis ta haiglasse, kuid ta ei elanud selle valmimiseks piisavalt kaua.
Einstein keeldus operatsioonist, öeldes: “Ma tahan minna siis, kui tahan. Maha on kunstlikult elu pikendada. Olen oma osa ära teinud, on aeg minna. Teen seda elegantselt. ” Ta suri Princetoni haiglas järgmisel hommikul vara varahommikul, 76-aastaselt, jätkas tööd kuni lõpuni.
Lahkamise käigus eemaldas Princetoni haigla patoloog (Thomas Stoltz Harvey) Einsteini aju säilitamiseks, ehkki ilma perekonna loata. Harvey sõnul oli ta seda teinud lootuses, et neuroteadlaste tulevased põlvkonnad suudavad avastada Einsteini geeniuse põhjuse. Einsteini säilmed tuhastati ja tema tuhk hajutati avalikus kohas.
Oma eluaegsete saavutuste eest sai Einstein lugematuid autasusid, nii oma elu jooksul kui ka postuumselt. 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.
