Az évezred végén Fizika Világa magazin egy közvélemény-kutatást végzett, ahol megkérdezték a világ vezető fizikusainak 100-at, akiket ők tartottak a minden idők tíz legjobb tudósának. Amellett, hogy a leghíresebb tudós, aki valaha élt, Albert Einstein egy háztartási név is, a zseni és a végtelen kreativitás szinonimája.
A speciális és az általános relativitás felfedezőjeként Einstein forradalmasította az idő, a tér és az univerzum megértését. Ez a felfedezés a kvantummechanika fejlesztésével ténylegesen véget vetett a newtoni fizika korszakának, és utat adott a modern kornak. Míg az elmúlt két évszázadot univerzális gravitáció és rögzített referenciakeretek jellemezték, Einstein segített a bevezetőn a bizonytalanság, a fekete lyukak és a „távoli ijesztő cselekvés” korában.
Korai élet:
Albert Einstein 1879. március 14-én született Ulm városában, a Wurttenmbergi Királyság (a mai Baden-Württemberg szövetségi állam) részében. Szülei Hermann Einstein (kereskedő és mérnök) és Pauline Koch, akik nem figyelmes Askenazi zsidók voltak - egy kiterjesztett jiddis nyelvű zsidók közössége, akik Németországban és Közép-Európában éltek.
1880-ban, amikor csak hathetes volt, Einstein családja Münchenbe költözött, ahol apja és nagybátyja alapította Elektrotechnische Fabrik J. Einstein & Cie (olyan társaság, amely egyenáram alapján gyártott elektromos berendezéseket). Apja társasága 1894-ben kudarcot vallott, és a család Olaszországba költözött, míg Einstein Münchenben maradt, hogy befejezze tanulmányait.
Oktatás:
1884-ben Albert Einstein katolikus általános iskolába járt, ahol 1887-ig maradt. Abban az időben átment a Luitpold Gimnáziumba, ahol megszerezte felsőfokú általános és középiskolai végzettségét. Apja azt remélte, hogy Einstein követi nyomában és elkezdi az elektrotechnikát, ám Einsteinnek nehézségei voltak az iskola tanítási módszereivel, és inkább az önirányítást részesítették a rote tanulásban.
Einstein az 1894-es olaszországi látogatása során írta egy rövid esszé „Az éter állapotának vizsgálata mágneses mezőben” című rövid esszéjét - ez lesz az első tudományos publikációja. 1895-ben Einstein megtette a belépési vizsgaot a zürichi svájci szövetségi műszaki szakba (jelenleg Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) néven).
Bár nem felel meg az összes követelménynek, kivételes fokozatot kapott a fizikában és a matematikában. A Zürich Műszaki Főiskola tanácsa tanácsára a svájci Aarau-ban, az argovi kantoni iskolában járt, hogy befejezze középiskoláját. Ezt 1895-96 között tette, miközben egy professzor családjában maradt.
1896 szeptemberében letette a svájci kilépési vizsga nagyrészt jó osztályzatát, ideértve a fizika és a matematika tantárgyak felső szintjét. Annak ellenére, hogy csak 17, beiratkozott a négyéves matematika és fizika oktatási diploma programjára a Zürichi Politechnikában. Ott találkozott első és leendő feleségével, Mileva Maricel, egy szerb állampolgárral, és a matematika és fizika szak hat hallgatója közül az egyetlen nővel.
A ketten 1904-ben házasodnak, és két fia születik, de 1919-ig válnak, miután ötéves külön éltek. Később Einstein újból feleségül ment, ezúttal unokatestvéreével, Löwenthal Elsa-val - akivel feleségül maradt 1939-es haláláig. Einstein ebben az idõben folytatta a legnagyobb tudományos eredményeit.
Tudományos eredmények:
1900-ban Einstein elnyerte a Zürich Politechnikai Tanári oklevelet. A diploma befejezése után közel két évet tanári poszt keresésére töltött, és megszerezte svájci állampolgárságát. Végül, barátja és kollégája, Marcel Grossmann apja segítségével, Einsten munkát kapott a berni Szellemi Tulajdoni Hivatalnál. 1903-ban pozíciója állandóvá vált.
Einstein szabadalmi irodájában végzett munkájának nagy része az elektromos jelek továbbításával és az idő elektromos-mechanikus szinkronizálásával kapcsolatos kérdésekkel kapcsolatos. Ezek a technikai problémák ismételten felbukkannak Einstein gondolatkísérleteiben, végül radikális következtetéseihez vezetve a fény természetéről és a tér és az idő közötti alapvető kapcsolatról.
1900-ban kiadta egy „Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen”(„ Következtetések a kapilláris jelenségekről ”). Newton univerzális gravitációs elméletére támaszkodva azt javasolta ebben a cikkben, hogy az összes molekula közötti kölcsönhatások a távolság univerzális függvényei, a gravitáció fordított négyzetének erõvel analóg módon. Ez később bebizonyosodik, hogy helytelen, de a cikk publikálása a presztízsben jelent megAnnalen der Physik (A Physics Journal) a tudományos világ figyelmét felvette.
1905. április 30-án Einstein Alfred Kleiner professzor, az egyetem kísérleti fizika professzora figyelemmel kísérte dolgozatát. Disszertációja - melynek címe: „A molekuláris méretek új meghatározása” - PhD fokozatot szerzett a Zürichi Egyetemen.
Ugyanebben az évben, a kreatív szellemi energia robbanásában - az úgynevezett „Annus mirabilis” (csodaév) - Einstein négy úttörő dokumentumot is közzétett a fotoelektromos hatásról, a Brown-mozgásról, a speciális relativitáseljárásáról, valamint a tömeg és az energia egyenértékűségéről, amelyek felhívták őt a nemzetközi tudományos közösség figyelmébe.
1908-ra kinevezték oktatóvá a berni egyetemen. A következõ évben, miután az elektrodinamika és a relativitáselmélet elõadását tartotta a zürichi egyetemen, Alfred Kleiner ajánlotta a kar számára az újonnan létrehozott elméleti fizika professzor számára. Einsteint 1909-ben nevezték el egyetemi docensnek.
1911 áprilisában Einstein teljes professzorává vált a Praque-i Károly-Ferdinánd Egyetemen, amely akkoriban az Osztrák-Magyar Birodalom része volt. Prágában töltött ideje alatt 11 tudományos munkát írt, amelyek közül 5 a sugárzás matematikájával és a szilárd anyag kvantumelméletével foglalkozott.
1912 júliusában visszatért Svájcba és az ETH Zürichbe, ahol 1914-ig tanult az analitikai mechanikáról és a termodinamikáról. Az ETH Zürichben töltött ideje alatt folyamatos mechanikát, valamint a hő molekuláris elméletét és a gravitáció problémáját is tanulmányozta. 1914-ben visszatért Németországba, és a Kaiser Wilhelm Fizikai Intézet igazgatójává (1914–1932) nevezték ki és a berlini Humboldt Egyetem professzorává nevezték ki.
Hamarosan a Porosz Tudományos Akadémia tagjává vált, 1916 és 1918 között a Német Fizikai Társaság elnöke. 1920-ban a Holland Királyi Művészeti és Tudományos Akadémia külföldi tagjává vált, és 1921-ben a Királyi Társaság (ForMemRS) külföldi tagjává választották.
Menekült állapot:
1933-ban Einstein harmadik alkalommal járt az Egyesült Államokban. A korábbi látogatásokkal ellentétben - ahol előadássorozatokat és turnékat tartott - erről az alkalomról tudta, hogy nem tud visszatérni Németországba, az Adolf Hitler vezetõ nácizmus miatt. Miután harmadik két hónapos vendégprofesszorát töltötte be az amerikai egyetemeken, Elsa feleségével 1933 márciusában Antwerpenbe, Belgiumba utazott.
Érkezésükkor, amikor megtudták, hogy házukat nácik támadták meg, és személyes vitorlásukat elkobozták, Einstein lemondott német állampolgárságáról. Egy hónappal később Einstein művei azok közé tartoztak, amelyekre a náci könyvgyújtás irányult, és őt felvetették a „német rezsim ellenségei” listájára, 5000 dollár fejdíjjal.
Ebben az időszakban Einstein belga német és zsidó ex-hazafiak nagy közösségének részévé vált, akik közül sokan tudósok voltak. Az első néhány hónapban házat bérelt De Haanban, Belgiumban, ahol élt és dolgozott. Arra is elkötelezte magát, hogy segítse a zsidó tudósokat a nácik kezébe vetett üldöztetés és gyilkosság elkerülésében.
1933 júliusában barátja és haditengerészeti tiszt, Oliver Locker-Lampson parancsnok személyes meghívására ment Angliába. Itt tartózkodva találkozott Winston Churchill akkori parlamenti képviselővel és Lloyd George volt miniszterelnökkel, és felkérte őket, hogy segítsenek a zsidó tudósok Németországból történő kivonásában. Az egyik történész szerint Churchill Frederick Lindemann fizikusot küldött Németországba, hogy keresse meg a zsidó tudósokat és helyezze őket a brit egyetemekbe.
Einstein később kapcsolatba lépett más nemzetek vezetõivel, köztük Ismet Inönü török miniszterelnökkel, hogy segítséget kérjen a nácik elõl menekülõ zsidó állampolgárok áttelepítéséhez. 1933 szeptemberében írt Inönü-nek, munkanélküli német-zsidó tudósok elhelyezését kérte. Einstein levelének eredményeként a zsidó meghívott törökországi végül összesen több mint 1000 ember volt.
Bár Locker-Lamspon sürgette Nagy-Britannia parlamentjét, hogy az állampolgárságot terjessze ki Einsteinre, erőfeszítései kudarcot valltak, és Einstein elfogadta a New Jersey-i Princeton Advanced Institute for Advanced Study korábbi ajánlatát, hogy rezidens tudós legyen. 1933 októberében Einstein megérkezett az Egyesült Államokba és átvette a posztot.
Abban az időben a legtöbb amerikai egyetemen minimális volt vagy nem volt zsidó oktató vagy hallgató, vagyis olyan kvóták miatt, amelyek korlátozták a beiratkozni vagy tanítani képes zsidók számát. Ezek 1940-ig lejárnak, ám akadályok maradtak az amerikai-zsidó tudósok teljes körű részvételében az egyetemi életben és egyetemi oktatás megszerzésében.
1935-ben Einstein állandó állampolgárságot kért az Egyesült Államokban, amelyet 1940-ben kapták meg. Az USA-ban marad, és 1955-ben fennálló haláláig fenntartja a fejlett tanulmányi intézettel való kapcsolatát. Ebben az időszakban Einstein megpróbált egy egységesített térelmélet és a kvantumfizika elfogadott értelmezésének megcáfolása, mindkettő sikertelenül.
A manhattani projekt:
A II. Világháború alatt Einstein fontos szerepet játszott a Manhattan Projekt létrehozásában - az atombomba kifejlesztésében. Ez a projekt azután kezdődött, hogy Einsteinhez egy tudóscsoport, Szilárd Leó vezette, 1939-ben. A náci nukleáris fegyverprogramról szóló figyelmeztetéseik után, levelet írt Roosevelt akkori elnöknek, figyelmeztetve a rendkívüli veszélyről. egy ilyen fegyver náci kezekben van.
Noha egy pacifista, aki soha nem gondolta a nukleáris fizika fegyver kifejlesztésének célját, Einstein aggódott amiatt, hogy a nácik rendelkeznek ilyen fegyverrel. Mint ilyen, ő és Szilárd, más menekültekkel, mint például Edward Teller és Eugene Wigner, „felelősségüknek tartotta az amerikaiak figyelmeztetését arra a lehetőségre, hogy a német tudósok nyerjék az atombomba építését, és figyelmeztessék, hogy Hitler több, mint hajlandó alkalmazni egy ilyen fegyvert. ”
Sarah J. Diehl és James Clay Moltz történészek szerint a levél vitathatatlanul az volt a fő ösztönzője, hogy az Egyesült Államok a II. Világháborúba való belépés előestéjén komoly nukleáris fegyverekkel foglalkozzon. A levél mellett Einstein a belga királyi családdal és a belga királynő anyjával való kapcsolataival személyes megbízottjával jutott el a Fehér Ház Ovális Irodájához, ahol Roosevelttal találkozott, hogy személyesen megvitassa a veszélyt.
Einstein levelének és Roosevelttal tartott találkozása eredményeként az Egyesült Államok kezdeményezte a Manhattan projektet és összes szükséges forrást mozgósított az atombomba kutatásához, felépítéséhez és teszteléséhez. 1945-re a fegyveres verseny e szempontját a szövetséges hatalom nyerte meg, mivel Németországnak soha nem sikerült saját atomfegyverét létrehoznia.
Az alapos pacifista Einstein később mélységesen megbánta a nukleáris fegyverek fejlesztésében való részvételét. Mint mondta barátjának, Linus Paulingnak, 1954-ben (egy évvel a halála előtt): „Egy nagy hibát vétettem az életemben - amikor Roosevelt elnöknek küldött levelet írtam, amelyben azt javasolta, hogy atombombákat készítsenek; de volt valamilyen igazolás - annak a veszélye, hogy a németek megteszik őket. ”
Relativitás-elmélet:
Bár Einstein számos jelentős eredményt ért el az évek során, és széles körben ismert a Manhattan Projekt létrehozásához való hozzájárulásáról, leghíresebb elmélete az, amelyet az egyszerű egyenlet képvisel E = MC² (ahol E az energia, m tömeg, és c a fénysebesség). Ez az elmélet megfordítja a tudományos gondolkodás és az ortodoxia évszázadokat.
De természetesen Einstein nem fejlesztette ki ezt az elméletet vákuumban, és az az út, amely arra a következtetésre késztette őt, hogy az idő és a tér a megfigyelőhöz viszonyítva hosszú volt és kanyargós. Einstein esetleges relativitási hipotézise nagyrészt annak kísérlete volt, hogy Newton mechanikai törvényei összeegyeztethetők legyenek az elektromágnesesség törvényeivel (amelyeket Maxwell egyenletei és a Lorentz erőtörvény jellemeznek).
A tudósok egy ideje küzdöttek a két terület közötti következetlenségekkel, amelyek a newtoni fizikában is tükröződtek. Míg Isaac Newton elfogadta az abszolút tér és idő gondolatát, betartotta a Galileo relativitáselvének elvét is, amely kimondja: "Bármelyik, egymáshoz képest állandó sebességgel és irányban mozgó megfigyelő ugyanazokat az eredményeket kap minden mechanikai kísérletnél."
1905-től, amikor Einstein közzétette a „A mozgó test elektrodinamikájáról“, A tudósok közötti konszenzus szerint a mozgó közegen áthaladó fényt a közeg húzza. Ez viszont azt jelentette, hogy a fény mért sebessége a sebesség egyszerű összege lesz keresztül közepes plusz a sebesség nak,-nek az a közeg.
Ez az elmélet azt is állította, hogy a teret „fényes éterrel” töltötték fel, egy hipotetikus közeggel, amelyről azt gondolták, hogy szükséges a fény terjedéséhez az egész világegyetemben. Ennek megfelelően ezt az étert mozgó anyag húzza vagy szállítja benne. Ez a konszenzus azonban számos elméleti problémát eredményezett, amelyek Einstein idejére megoldatlanok maradtak.
Egyrészt a tudósoknak nem sikerült megtalálniuk a mozgás abszolút állapotát, ami azt jelezte, hogy a mozgás relativitáselve (azaz csak ez) relatív a mozgás megfigyelhető, és nincs abszolút pihenési norma) érvényes volt. Másodszor, ott volt a folyamatban lévő probléma, amelyet a „csillagcsiszolás” jelentett, egy olyan jelenség, amelyben az égitestek látszólagos mozgása helyük körül a megfigyelő sebességétől függött.
Ezenkívül a vízben elért fénysebességgel végzett tesztek (a Fizeau-kísérlet) azt mutatták, hogy a mozgó közegen áthaladó fényt a közeg végighúzza, de nem csak annyira, mint az várható volt. Ez támogatta más kísérleteket - például Fresnel részleges éter-húzási hipotézisét és Sir George Stokes kísérleteit -, amelyek azt sugallták, hogy az étert részben vagy egészben az anyag hordozza.
Einstein speciális relativitáselmélete úttörő volt abban a tekintetben, hogy azt állította, hogy a fénysebesség minden inerciális referenciakeretben azonos, és bemutatta azt az elképzelést, miszerint nagy változások történnek, amikor a dolgok a fénysebességhez közel állnak. Ide tartoznak egy mozgó test idő-tér kerete, amely úgy tűnik, hogy lelassul, és a mozgás irányában összehúzódik, amikor a megfigyelő keretében mérik.
Einstein speciális relativitáselméletének néven megfigyelései összehangolták Maxwell elektromos és mágneses egyenleteit a mechanika törvényeivel, egyszerűsítették a matematikai számításokat azáltal, hogy eltávolították a más tudósok által használt idegen magyarázatokat, és egy éter létezését teljesen feleslegessé tették. Ez megfelel a közvetlenül megfigyelt fénysebességnek, és figyelembe veszi a megfigyelt aberrációkat.
Einstein elmélete természetesen vegyes reakciókkal állt a tudományos közösség részéről, és évek óta ellentmondásos marad. Az egy egyenletével E = MC², Einstein jelentősen leegyszerűsítette a fény terjedésének megértéséhez szükséges számításokat. Valójában azt is javasolta, hogy a tér és az idő (valamint az anyag és az energia) csupán ugyanazon dolog különféle kifejezései.
1907 és 1911 között, miközben még mindig a szabadalmi hivatalban dolgozott, Einstein elkezdett mérlegelni, hogy a speciális relativitáselmélet hogyan alkalmazható a gravitációs terekre - az úgynevezett általános relativitáselmélet. Ez egy cikkel kezdődött:A relativitási elvről és az abból levont következtetésekről1907-ben jelent meg, amelyben arról beszélt, hogy a speciális relativitáselmélet miként alkalmazható a gyorsításra is.
Röviden: azt állította, hogy a szabad esés valójában inerciális mozgás; és a megfigyelő számára a speciális relativitáselméleti szabályokat kell alkalmazni. Ez az érv az Equivalence elvnek is nevezik, amely kimondja, hogy a gravitációs tömeg megegyezik a tehetetlenségi tömeggel. Einstein ugyanabban a cikkben előre jelezte a gravitációs időtágulás jelenségét is, amikor két megfigyelő, amelyek a gravitációs tömegtől eltérő távolságra helyezkednek el, érzékelik a két esemény közötti időbeli különbséget.
1911-ben Einstein közzétette:A gravitáció hatásáról a fény terjedésére”, Amely kibővítette az 1907-es cikket. Ebben a cikkben azt jósolta, hogy egy olyan dobozban, amely felfelé gyorsuló órát tartalmaz, gyorsabban fog megtapasztalni az időt, mint egy változatlan gravitációs mezőben ülő doboznál. Megállapítja, hogy az órák sebessége függ a gravitációs mezőben elfoglalt helyétől, és hogy a sebességkülönbség arányos az első megközelítés gravitációs potenciáljával.
Ugyanebben a cikkben azt jósolta, hogy a fény eltérítése az érintett test tömegétől függ. Ez különösen befolyásosnak bizonyult, mert először tesztelhető javaslatot tett. Erwin Finlay-Freundlich német csillagász 1919-ben a világ minden tájáról arra hívta fel a tudósokat, hogy teszteljék ezt az elméletet a fény eltérítésének mérésével az 1929. május napfogyatkozás során.
Einstein előrejelzését Sir Arthur Eddington megerősítette, akinek észrevételeit nem sokkal ezután közölték. 1919. november 7-én a Az idők Az eredményeket a következő címsor alatt tette közzé: „Forradalom a tudományban - Az univerzum új elmélete - Newtoni ötletek megdöntése”. Az általános relativitás azóta a modern asztrofizika alapvető eszközévé vált. Alapot ad a fekete lyukak jelenlegi megértéséhez, a tér azon régióihoz, ahol a gravitációs vonzerő olyan erős, hogy még a fény sem tud elmenekülni.
Modern kvantumelmélet:
Einstein a kvantummechanika elméletének előmozdításában is segített. Az 1910-es évek során ez a tudomány kiterjedt számos különböző rendszerre. Einstein hozzájárult ezekhez a fejleményekhez azáltal, hogy a kvantumelméletet világossá tette, és felhasználta különféle termodinamikai hatások beszámolására, amelyek ellentmondtak a klasszikus mechanikának.
Az 1905-ös tanulmányábanHeurisztikus szempontból a fény előállításával és átalakításával kapcsolatbanAzt állította, hogy maga a fény lokalizált részecskékből (azaz kvantákból) áll. Kortársai - köztük Neils Bohr és Max Planck - ezt az elméletet elutasítanák, de 1919-ig bebizonyíthatják a fotoelektromos hatást mérő kísérletekkel.
Ezt tovább fejtette ki 1908-as tanulmányában:A sugárzás összetételére és lényegére vonatkozó nézeteink kialakítása", Ahol megmutatta, hogy Max Planck energiakvantumainak jól definiált momentumokkal kell rendelkezniük, és bizonyos tekintetben független, pontszerű részecskékké kell viselkedniük. Ez a cikk bemutatta a foton fogalmát és ihlette a hullám – részecske kettősségének fogalmát (azaz a fény részecskeként és hullámként egyaránt viselkedik) a kvantummechanikában.
Az 1907-es tanulmányábanPlanck sugárzási elmélete és a fajlagos hő elmélete„Einstein olyan anyagmodellt javasolt, amelyben a rácsszerkezetben minden atom független harmonikus oszcillátor - létezik egyenlő távolságra, kvantált állapotban. Azért javasolta ezt az elméletet, mert ez egyértelmûen bizonyította, hogy a kvantummechanika meg tudja oldani a klasszikus mechanika sajátos hõproblémáját.
1917-ben Einstein egy cikket tett közzé:A sugárzás kvantumelméletéről", Amely javasolta a stimulált emisszió lehetőségét, a fizikai folyamatot, amely lehetővé teszi a mikrohullámú amplifikációt és a lézert. Ez a cikk óriási befolyást gyakorolt a kvantummechanika későbbi fejlesztésében, mivel ez volt az első cikk, amely megmutatta, hogy az atomi átmenetek statisztikája egyszerű törvényekkel rendelkezik.
Ez a munka Erwin Schrödinger 1926-os, „A mennyiségi meghatározás mint sajátérték-probléma„. Ebben a cikkben közzétette a ma híres Schrödinger-egyenletét, amelyben leírja, hogyan változik a kvantumrendszer kvantum állapota az idővel. Ezt a papírt egyetemesen ünnepelték a XX. Század egyik legfontosabb eredményeként, és forradalmat hoztak a kvantummechanika, valamint a fizika és a kémia legtöbb területén.
Érdekes, hogy idővel Einstein elégedetlenné válik a kvantummechanika elméletével, amelyet elősegített létrehozni, és úgy érezte, hogy ez a káosz és a véletlenszerűség érzetét inspirálja a tudományokban. Válaszul elkészítette híres idézetét: „Isten nem játszik kockán”, és visszatért a kvantum-jelenségek tanulmányozásához.
Ez arra késztette őt, hogy javaslatot tegyen Einstein és Podolsky – Rosen paradoxonra (EPR paradoxon), amelyet Einstiennek és társainak - Boris Podolisky és Nathan Rosennak neveztek. 1935-ben, „A fizikai valóság kvantummechanikai leírása teljesnek tekinthető-e?” Állításukban azt állították, hogy bizonyítják, hogy a kvantumbeillesztés sérti az okozati összefüggések helyi realista nézetét - Einsteinnek „távolról kísérteties cselekedetnek” nevezték.
Ennek során azt állították, hogy a kvantummechanika hullámfüggvénye nem nyújtotta a fizikai valóság teljes leírását, egy fontos paradoxon, amelynek fontos következményei lennének a kvantummechanika értelmezésére. Míg az EPR paradoxon Einstein halála után helytelennek bizonyul, hozzájárult egy olyan területhez, amelyet segített létrehozni, de később megpróbálta megcáfolni napjainak végéig.
Kozmológiai állandó és fekete lyukak:
1917-ben Einstein az általános relativitáselméletet alkalmazta az univerzum egészének szerkezetének modellezésére. Bár inkább örökkévaló és változatlan univerzum elképzelését részesítette előnyben, ez nem volt összhangban a relativitáselmélettel kapcsolatos elméleteivel, amelyek azt jósolták, hogy az univerzum vagy expanziós, vagy összehúzódó állapotban van.
Ennek megoldására Einstein egy új koncepciót vezetett be az elméletbe, kozmológiai állandóként ismert (egy Lambda képviselte). Ennek célja a gravitáció hatásának kiküszöbölése volt, és lehetővé tette, hogy az egész rendszer örök, statikus gömb maradjon. 1929-ben azonban Edwin Hubble megerősítette, hogy az univerzum bővül. Miután meglátogatta a Mount Wilson Obszervatóriumot a Hubble-lel, Einstein hivatalosan elvette a kozmológiai állandót.
A koncepció azonban 2013 végén került átgondolásra, amikor Einstein korábban nem fedezte fel kéziratát („A kozmológiai problémáról") felfedezett. Ebben a kéziratban Einstein javasolta a modell felülvizsgálatát, amelyben az állandó a felelős új anyag létrehozásáért, ahogy az univerzum kibővült - ezáltal biztosítva, hogy az univerzum átlagos sűrűsége soha ne változjon.
Ez összhangban áll a kozmológia elavult Steady State modelljével (amelyet később 1949-ben javasoltak) és a sötét energia mai modern megértésével. Lényegében az, amit Einstein sok életrajzában „legnagyobb hibájaként” írt le, végül újraértékelésre és az univerzum nagyobb rejtélyének részeként tekintendő - láthatatlan tömeg és energia létezésére, amely fenntartja a kozmológiai egyensúlyt.
1915-ben, néhány hónappal azután, hogy Einstein közzétette az általános relativitási elméletét, a német fizikus és csillagász Karl Schwarzschild megoldást talált az Einstein-egyenletekre, amelyek leírják egy pont és a gömbtömeg gravitációs mezőjét. Ez a megoldás, amelyet most Schwarzschild-sugárnak neveznek, egy olyan pontot ír le, ahol a gömb tömege annyira összenyomódott, hogy a felületből való menekülési sebesség megegyezzen a fénysebességgel.
Idővel más fizikusok függetlenül hasonló következtetésekre jutottak. Az angol asztrofizikus, Arthur Eddington 1924-ben kommentálta, hogy Einstein elmélete lehetővé teszi számunkra, hogy kizárjuk a látható csillagok túl nagy sűrűségét, azt állítva, hogy „annyira nagy térbeli-időbeli mutatót mutatnak, hogy a tér bezárul a csillag körül, és elhagy minket kívül (azaz sehol). ”
1931-ben az indiai-amerikai asztrofizikus, Subrahmanyan Chandrasekhar a speciális relativitáselmélet alkalmazásával kiszámította, hogy egy bizonyos korlátozó tömeg fölött egy nem-forgó elektrondegenerált anyagtest önmagában összeomlik. 1939-ben Robert Oppenheimer és mások egyetértettek Chandrasekhar elemzésével, azt állítva, hogy az előírt határ feletti neutroncsillagok fekete lyukakba esnek, és arra a következtetésre jutottak, hogy egy fizikai törvény nem beavatkozik és legalább néhány csillagot megállít az összeomlásról a fekete lyukakra.
Oppenheimer és társszerzői úgy értelmezték a szingularitást a Schwarzschild-sugár határán, hogy azt jelzik, hogy ez egy buborék határát képezi, amelyben az idő megállt. A külső megfigyelő számára láthatnák a csillag felületét időben fagyosnak az összeomlás pillanatában, de egy beeső megfigyelőnek teljesen más tapasztalata lenne.
Egyéb eredmények:
Amellett, hogy forradalmasította az idő, a tér, a mozgás és a gravitáció megértését saját speciális és általános relativitáselméletének elméleteivel, Einstein számos más hozzájárulást nyújtott a fizika területéhez is. Valójában Einstein száz száz könyvet és cikket tett közzé életében, valamint több mint 300 tudományos és 150 nem tudományos publikációt.
2014. december 5-én az egész világ egyetemei és levéltárai hivatalosan kiadták Einstein összegyűjtött papírokat, amelyek több mint 30 000 egyedi dokumentumot tartalmaztak. Például két dokumentum, amelyeket 1902-ben és 1903-ban tettek közzé - „A termikus egyensúly kinetikai elmélete és a termodinamika második törvénye”És„A termodinamika alapjainak elmélete”- a termodinamika és a Brown-mozgás témájával foglalkozott.
A definíció szerint a Brown-mozgás kijelenti, hogy ahol kis részecskék lengnek előre nem kívánt irányban, végül elterjednek, hogy megtöltsék az egész közeget. Statisztikai szempontból ezzel foglalkozva Einstein úgy vélte, hogy a közegben fellépő oszcilláló részecskék kinetikus energiája nagyobb részecskékre osztható, amelyek viszont megfigyelhetők a mikroszkóp alatt - ezáltal bizonyítva, hogy eltérő méretű atomok léteznek.
Ezek az iratok képezték az 1905-ös Brown-mozgásról szóló cikk alapját, amely megmutatta, hogy azt szilárd bizonyítékként lehet értelmezni a molekulák létezésére. Ezt az elemzést később a francia fizikus, Jean-Baptiste Perrin igazolja, és Einstein 1926-ban Nobel-fizikai díjjal részesült. Munkája megalapozta a Brown-féle mozgás fizikai elméletét és véget vet az atomok és molekulák mint tényleges fizikai entitások létezésével kapcsolatos szkepticizmusnak. .
Az általános relativitáselmélettel kapcsolatos kutatásait követve Einstein megpróbálta sorolni a gravitációs geometriai elmélete általánosítását, hogy az elektromágnesesség mint egyetlen entitás másik aspektusa is szerepeljen. 1950-ben egy egységes terepi elméletét írja le egy „A gravitáció általános elméletéről“, Amely leírja annak kísérletét, hogy az univerzum minden alapvető erejét egy keretbe oldja.
Noha munkáját továbbra is dicsérték, Einstein kutatásában egyre inkább elszigetelődik, és erőfeszítései végül sikertelen voltak. Ennek ellenére Einstein azon álma, hogy egyesítse a fizika más törvényeit a gravitációval, továbbra is fennáll a mai napig, és tájékoztatja a Mindent elmélet (ToE) kidolgozására tett erőfeszítésekről - különösen a String Theoryról, ahol a geometriai mezők egységes kvantum-mechanikus környezetben jelennek meg.
Podolskyval és Rosen-nal végzett munkája, remélve, hogy megcáfolja a kvantumbeillesztések fogalmát, Einsteint és kollégáit arra is késztette, hogy javaslatot tegyen egy féreglyuk modelljére. Schwarzschild elméletének a fekete lyukakon való felhasználásával és az elemi részecskék töltéssel való modellezésének megkísérléseként a gravitációs térerőegyenletek megoldására leírta a két térfolt közötti hidat.
Ha a féreglyuk egyik vége pozitív töltésű, a másik vége negatív töltésű. Ezek a tulajdonságok arra késztették Einsteint, hogy a részecske- és részecskepárok beleakadhatnak anélkül, hogy megsértenék a relativitási törvényeket. Ez a koncepció nagyon sok munkát látott az elmúlt években, amikor a tudósok sikeresen létrehoztak egy mágneses féreglyukat egy laboratóriumban.
És 1926-ban Einstein és korábbi hallgatója, Szilárd Leó, együtt találta ki az Einstein hűtőszekrényt - egy olyan készüléket, amelyben nem voltak mozgó alkatrészek, és csak a hőelnyelésre támaszkodott, hogy tartalmát lehűtse. 1930 novemberében szabadalmat kaptak a formatervezésükhöz. Erőfeszítéseiket azonban hamarosan aláásta a depressziós korszak, a Freon találmánya és a svéd Electrolux cég, amely megszerezte szabadalmaikat.
A technológia újjáélesztésének kísérlete a 90-es és 2000-es években kezdődött, amikor a Georgia Tech és az Oxfordi Egyetem hallgatói csapata megpróbálta elkészíteni az Einstein hűtőszekrény saját változatát. Mivel a Freon bizonyítottan kapcsolódik az ózonkárosodáshoz, és arra törekszik, hogy kevesebb áram felhasználásával csökkentsük a környezetre gyakorolt hatásainkat, a kialakítást környezetbarát alternatívának és hasznos eszköznek tekintik a fejlődő világ számára.
Halál és örökség:
1955. április 17-én Albert Einstein belső vérzést tapasztalt egy hasi aorta aneurizma megrepedése miatt, amelyet hét évvel korábban műtétre törekedett. A kórházba vitte az Izrael Állam hetedik évfordulója alkalmából televíziós megjelenésre készülõ felszólalás tervezetét, de nem élt elég sokáig annak elkészítéséhez.
Einstein megtagadta a műtétet, mondván: „Azt akarom menni, amikor akarok. Íztelen az élet mesterséges meghosszabbítása. Megtettem a részem, itt az ideje menni. Elegánsan fogom csinálni. Másnap reggel kora reggel 76 éves korában halt meg a Princetoni Kórházban, majd a vége felé folytatta a munkát.
A boncolás során a Princetoni Kórház patológusa (Thomas Stoltz Harvey) megőrzés céljából eltávolította Einstein agyát, bár családja engedélye nélkül. Harvey szerint azt tett abban, hogy reményei szerint az idegtudósok jövő generációi megismerhetik Einstein zsenialitásának okát. Einstein maradványait hamvasztották, hamvait pedig egy nyilvánosságra nem hozott helyre szétszórták.
Az elért élettartama alatt Einstein számtalan kitüntetést kapott, életében és posztumálisan egyaránt. 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.
