Ako Albert Einstein bojoval za európsku svetovú a teoretickú fyziku

<

O tom, ako je veda úzko prepojená s politikou.

Na začiatku dvadsiateho storočia sa objavili kolosálne objavy vo fyzike, z ktorých niektoré patrili Albertovi Einsteinovi, tvorcovi všeobecnej teórie relativity.

Vedci sa ocitli na prahu úplne nového pohľadu na Vesmír, ktorý požadoval ich intelektuálnu odvahu, pripravenosť ponoriť sa do teórie a zručností pri zaobchádzaní so zložitým matematickým aparátom. Nie všetci prijali túto výzvu a ako sa niekedy stalo, politické diskusie sa prekrývali s vedeckými spormi spôsobenými najprv prvej svetovej vojne a potom Hitlerom pristúpením k moci v Nemecku. Einstein a potom sa ukázala ako kľúčová postava, okolo ktorej sa zlomili oštepy.

Einstein proti všetkým

Začiatok prvej svetovej vojny sprevádzal vlastenecký vzostup medzi obyvateľstvom zúčastnených štátov vrátane vedcov.

V Nemecku v roku 1914 vydalo 93 vedeckých a kultúrnych pracovníkov vrátane Max Plancka, Fritza Habera a Wilhelma Roentgena manifest, ktorý vyjadruje plnú podporu štátu a vojne, ktorú vedie: "My, zástupcovia nemeckej vedy a umenia, vyhlásime protest do celého kultúrneho sveta proti klamstvám a ohováraniu, s ktorými sa naši nepriatelia snažia znečisťovať spravodlivú príčinu Nemecka v náročnom boji o existenciu, ktorý je na ňom uložený. Bez nemeckého militarizmu by nemecká kultúra bola dávno zničená v samotných klíčkoch. Nemecký militarizmus je derivátom nemeckej kultúry a narodil sa v krajine, ktorá, ako žiadna iná krajina na svete, nebola podrobená lúpežným nájazdom po stáročia. "

Propagačný plagát americkej armády "Zničte toto bláznivé stvorenie. Nahrávať "(1917). "Militarizmus" je napísaný na prilbe, "Kultúra" na cudgel.

Napriek tomu tu bol nemecký vedec, ktorý sa proti takýmto myšlienkam prudko vyslovil. V roku 1915 vydal Albert Einstein program odpovedí "Smerom k Európanom": "Nikdy predtým vojna neporušila interakciu kultúr takýmto spôsobom. Povinnosťou Európanov so vzdelaním a dobrým úmyslom nie je umožniť Európe, aby sa vzdala. " Táto výzva, s výnimkou samotného Einsteina, bola podpísaná iba troma ľuďmi.

Einstein sa stal nemeckým vedcom nedávno, aj keď sa narodil v Nemecku. Absolvoval školu a univerzitu vo Švajčiarsku a po takmer desiatich rokoch odmietol rôzne európske univerzity ho prijať. Čiastočne to bolo spôsobené tým, ako Einstein požiadal o zváženie jeho kandidatúry.

Takže v liste Pavlovi Drudeovi, tvorcovi elektrónovej teórie kovov, najprv poukázal na dve chyby obsiahnuté v jeho teórii a až potom požiadal, aby bol najatý.

V dôsledku toho musel Einstein získať prácu vo švajčiarskej patentovej kancelárii v Berne a až na konci roku 1909 získal pozíciu na univerzite v Zürichu. A už v roku 1913 sám Max Planck spolu s budúcim laureátom Nobelovej ceny v chemii Walter Nernst osobne prišli do Zürichu, aby presvedčil Einsteina, aby prijal nemecké občianstvo, presťahoval sa do Berlína a stal sa členom Pruskej akadémie vied a riaditeľom Fyzikálneho ústavu.

Albert Einstein na Bernskom patentovom úrade v roku 1905

Práca v patentovom úrade sa z vedeckého hľadiska ukázala ako úžasne produktívna pre Einsteina. "Keď niekto prešiel, strčil som svoje poznámky do zásuvky a predstieral, že robím patentovú prácu, " spomenul si. 1905 vstúpil do histórie vedy ako annus mirabilis, "rok zázrakov".

Tento rok štyri články od Einsteina boli publikované v časopise Annalen der Physik, v ktorom bol schopný teoreticky opísať Brownian pohyb, vysvetliť pomocou Planckovej myšlienky svetelných kvantov fotoelektrický efekt alebo účinok elektrónov unikajúcich z kovu, keď bol ožiarený svetlom (v tomto experimente JJJ Thomson objavil elektrón) a rozhodujúcim spôsobom prispel k vytvoreniu špeciálnej teórie relativity.

Prekvapujúca náhoda: teória relativity sa objavila takmer súčasne s teóriou kvantových a rovnako ako náhle a neodvolateľne zmenila základy fyziky.

V 19. storočí bola vlnová povaha svetla pevne stanovená a vedci sa zaujímali o to, ako je usporiadaná látka, v ktorej sa tieto vlny šíria.

Napriek tomu, že nikto nikdy nepozoroval éter (táto látka bola nazývaná tak priamo), pochybuje o tom, že existuje a preniká celým vesmírom, nevznikla: bolo jasné, že vlna by sa mala šíriť v niektorom elastickom médiu, analogicky kruhy z opustených kameňov na vode: povrch vody v mieste pádu kameňa začne oscilovať a keďže je pružný, kmity sa prenášajú do okolitých bodov, od nich k susedným a tak ďalej. Existencia fyzických objektov, ktoré nie je možné vidieť pomocou dostupných zariadení po objavení atómov a elektrónov, nikoho nijako neprekvapila.

Jednou z jednoduchých otázok, ktoré klasická fyzika nemohla nájsť odpoveď, je: aether sa zaujíma o tela, ktoré sa v ňom pohybujú? Koncom devätnásteho storočia niektoré experimenty presvedčivo ukázali, že éter je úplne fascinovaný pohybujúcimi sa telami a inými, a nie menej presvedčivým, že je len čiastočne unášaný.

Kruhy na vode sú jedným príkladom vlny v elastickom médiu. Ak pohyblivé teleso nenosie éter, vzhľadom na teleso bude rýchlosť svetla v porovnaní s éterom a rýchlosťou samotného tela. Ak úplne unáša éter (ako sa to stane pri pohybe vo viskóznej kvapaline), potom rýchlosť svetla vzhľadom na telo bude rovná rýchlosti svetla vzhľadom na éter a nebude závisieť od rýchlosti tela.

Francúzsky fyzik Louis Fizeau v roku 1851 ukázal, že éter je čiastočne unášaný pohyblivým prúdom vody. V sérii experimentov z rokov 1880-1887 Američania Albert Michelson a Edward Morley na jednej strane potvrdili záver Fizeau s vyššou presnosťou a na druhej strane zistili, že Zem, ktorá sa otáča okolo Slnka, úplne nesie éter spolu s ňou, to znamená rýchlosť svetla na Zem nezávisí na tom, ako sa pohybuje.

Aby sme zistili, ako sa Zem pohybuje vo vzťahu k éteru, vytvorili Michelson a Morley špeciálny nástroj, interferometer (pozri diagram uvedený nižšie). Svetlo z pádu na priesvitnej doske, odkiaľ sa čiastočne odráža v zrkadle 1 a čiastočne prechádza na zrkadlo 2 (zrkadlá sú v rovnakej vzdialenosti od dosky). Lúče odrazené od zrkadiel potom opäť padajú na priesvitnú dosku a spoločne prichádzajú k detektoru, na ktorom sa objavuje interferenčný vzor.

Schéma experimentu Michelsona a Morleyho

Ak sa Zem pohybuje vzhľadom k éteru, napríklad v smere zrkadla 2, rýchlosti svetla v horizontálnom a zvislom smere sa nezhodujú, čo by malo viesť k posunu fáz vln odrážaných z rôznych zrkadiel na detektore (napríklad, ako je znázornené na obrázku nižšie vpravo ). V skutočnosti nebol zaznamenaný posun (pozri nižšie).

Einstein v. Newton

Einstein dá verejnú prednášku v Paríži v roku 1922

Pokúšajúc sa pochopiť pohyb éterov a šírenie svetla v ňom, Lorentz a francúzsky matematik Henri Poincaré musela predpokladať, že veľkosť pohyblivých telies sa mení v porovnaní s veľkosťou pevných a navyše čas na pohybovanie telies točí pomalšie. Je ťažké si to predstaviť - a Lorenz považoval tieto predpoklady za matematický trik skôr ako za fyzický efekt - ale dovolil, aby boli zmieňovaní mechanici, elektromagnetická teória svetla a experimentálne dáta.

V dvoch článkoch z roku 1905 bol Einstein na základe týchto intuitívnych úvah schopný vytvoriť koherentnú teóriu, v rámci ktorej všetky tieto úžasné účinky sú výsledkom dvoch postulátov:

  • rýchlosť svetla je konštantná a nezávisí na tom, ako sa pohybuje prijímač (a rovná sa približne 300 000 kilometrov za sekundu);
  • pre fyzický systém fyzické zákony konajú rovnako bez ohľadu na to, či sa pohybuje bez akcelerácie (pri akejkoľvek rýchlosti) alebo je v kľude.

A odvodil najznámejšie fyzikálne vzorce - E = mc2! Navyše, kvôli prvému postulátu, pohyb éteru zanikol a Einstein ho jednoducho odmietol - svetlo sa môže šíriť vo vákuu.

Efekt rozširovania času najmä vedie k slávnemu "paradoxu dvojčiat". Ak je jedna z dvoch dvojčiat, Ivan, poslaná na kozmickú loď k hviezdam a druhá Petrová naďalej čaká na neho na Zemi a po návrate sa ukáže, že Ivan starne menej ako Peter, pretože čas na jeho rýchlo sa pohybujúcej kozmickej lode letí pomalšie, než na zemi.

Tento efekt, podobne ako ostatné rozdiely medzi teóriou relativity a bežnou mechanikou, sa prejavuje len pri obrovskej rýchlosti pohybu porovnateľnej s rýchlosťou svetla, a preto sa s ním nikdy nestretávame v každodennom živote. Pri normálnych rýchlostiach, s ktorými sa stretávame na Zemi, sa zlomok v / c (odvolanie, c = 300 000 kilometrov za sekundu) veľmi málo líši od nuly a vrátime sa do známeho a útulného prostredia mechaniky školy.

Napriek tomu by sa mali brať do úvahy účinky teórie relativity, napríklad pri synchronizácii hodín na družiciach GPS s časom zeme pre presnú prevádzku systému určovania polohy. Okrem toho sa účinok spomalenia času prejavuje v štúdiu elementárnych častíc. Mnohé z nich sú nestabilné a vo veľmi krátkom čase sa menia na iné. Avšak zvyčajne sa rýchlo pohybujú, a preto je čas pred ich transformáciou z pohľadu pozorovateľa natiahnutý, čo im umožňuje zaregistrovať sa a vyšetrovať.

Špeciálna teória relativity vznikla z potreby zosúladiť elektromagnetickú teóriu svetla s mechanikou pohyblivých telies rýchlej (a s konštantnou rýchlosťou). Po presťahovaní do Nemecka Einstein dokončil svoju všeobecnú teóriu relativity (GTR), kde pridal gravitáciu k elektromagnetickým a mechanickým javom. Ukázalo sa, že gravitačné pole môže byť opísané ako deformácia masívnym telom priestoru a času.

Jedným z dôsledkov GTR je zakrivenie dráhy lúča počas prechodu svetla blízko veľkej hmoty. Prvý pokus o experimentálne overenie GTR sa mal uskutočniť v lete roku 1914 pri pozorovaní zatmenia Slnka na Kryme. V súvislosti so začiatkom vojny bol však internovaný tím nemeckých astronómov. V určitom zmysle to zachovalo povesť GRT, pretože vtedy teória obsahovala chyby a poskytla nesprávnu predikciu uhla vychýlenia lúča.

V roku 1919 dokázal anglický fyzik Arthur Eddington pri pozorovaní zatmenia slnka na ostrove Principe pri západnom pobreží Afriky potvrdiť, že hviezdne svetlo (stalo sa viditeľné kvôli tomu, že Slnko ho neztmavilo) sa odchyľuje od Slnka presne podľa uhla predpovedaného Einsteinove rovnice.

Eddington objavil Einsteina superstar.

Dňa 7. novembra 1919 sa na vrchole Parížskej mierovej konferencie, keď sa všetka pozornosť zdala byť zameraná na to, ako svet bude existovať po prvej svetovej vojne, vyšiel londýnsky denník The Times s titulnou stranou: "Revolúcia vo vede: nová teória vesmíru, Newtonove nápady sú zvrhnuté. "

Rečníci sledovali Einsteina všade a chválili žiadosti o vysvetlenie teórie relativity v skratke a sály, kde prednášal verejné prednášky, boli preplnené (pri posudzovaní súčasných posudkov Einstein nebol veľmi dobrý lektor, poslucháči nerozumeli podstate prednášky, ale stále prišiel vidieť celebrity).

Einstein spolu s britským biochemikom a budúcim prezidentom Izraela Haimom Weizmannom v roku 1921 absolvovali prednáškovú prehliadku Spojených štátov s cieľom získať finančné prostriedky na podporu židovských osád v Palestíne. Podľa The New York Times: "V metropolitnej opere boli všetky miesta obsadené, od orchestrovskej jamy až po poslednú radu galérie stovky ľudí stáli v uličkách." Novinový korešpondent zdôraznil: "Einstein hovoril nemecky, ale tí, ktorí túžili vidieť a počuť človeka, ktorý doplnil vedeckú koncepciu vesmíru o novú teóriu o priestore, čase a pohybe, vzal všetky miesta v hale."

Napriek úspechu širokej verejnosti vo vedeckej komunite bola teória relativity prijatá s veľkými ťažkosťami.

Od roku 1910 do roku 1921 desaťkrát nominovali Einsteina Nobelovu cenu za fyziku, ale konzervatívny Nobelov výbor vždy odmietol, pričom uviedol, že teória relativity zatiaľ nedostala dostatočné experimentálne potvrdenie.

Po expedícii v Eddingtone sa začala čím ďalej tým viac vzdať so škandálom a v roku 1921, stále nepresvedčená, členovia výboru urobili elegantné rozhodnutie udeliť Einstein cenu bez toho, aby sa vôbec zmienil o téme teórie relativity, a to: "Pre služby teoretickej fyziky, jeho objavovanie práva fotoelektrického efektu. "

Aryanova fyzika vs. Einstein

Einstein sa stretol v New Yorku v roku 1921

Popularita Einsteina na Západe spôsobila bolestivú reakciu kolegov v Nemecku, ktorí boli prakticky izolovaní po militantnom manifestu z roku 1914 a porážke v prvej svetovej vojne. V roku 1921 bol Einstein jediným nemeckým vedcom, ktorý prijal pozvanie na svetový kongres Solvay Physics v Bruseli (ktorý však ignoroval v prospech cesty do Spojených štátov s Weizmannom).

Zároveň sa napriek ideologickým rozdielom Einstein podarilo udržať priateľské vzťahy s väčšinou vlasteneckých kolegov. Ale v pravom krídle študentov a vedcov získal Einstein povesť zradcu, ktorý zrazil nemeckú vedu z cesty.

Jedným zo zástupcov tohto krídla bol Phillip Lenard. Napriek skutočnosti, že v roku 1905 Lenard získal Nobelovu cenu za fyziku v experimentálnej štúdii elektrónov vyrábaných fotoelektrickým efektom, trpel trvalo, pretože jeho prínos k vedeckej problematike nebol dostatočne rozpoznaný.

Po prvé, v roku 1893 si vypožičal röntgenovú rúrku a v r. 1895 zistil, že výbojky vyžarujú lúče, ktoré vedec nie je známy. Lenard veril, že objav by mal byť aspoň považovaný za spoločný, ale celá sláva objavu a Nobelovu cenu za fyziku v roku 1901 šli na jeden röntgen. Lenard bol rozhorčený a vyhlásil, že je matkou lúčov, zatiaľ čo Roentgen bol len pôrodnou asistentkou. Zdá sa, že Lenard nepoužil röntgenovú trubicu v rozhodujúcich pokusoch.

Po druhé, Lenard bol vážne urazený britskou fyzikou. Spochybnil prioritu objavenia elektrónu od Thomsona a obvinil anglického vedca, že nesprávne odkazuje na jeho prácu. Lenard vytvoril model atómu, ktorý možno považovať za predchodcu modelu Rutherforda, ale toto nebolo správne zaznamenané. Niet divu, že Lenard nazval anglický národ žoldnierskych a klamlivých obchodníkov, a Nemci, naopak, národ hrdinov a po začiatku prvej svetovej vojny ponúkol, aby zabezpečili intelektuálnu kontinentálnu blokádu pre Britániu.

Po tretie, Einstein dokázal teoreticky vysvetliť fotoelektrický efekt a Lenard v roku 1913 dokonca pred rozpormi spojenými s vojnou dokonca odporúčil profesorovi. No Nobelovu cenu za objavovanie zákona o fotoelektrickom efekte v roku 1921 dostal iba Einstein.

Začiatok 20. storočia bol pre Lenarda ťažkou dobou. Zrážal sa so študentmi, ktorí boli vášniví ľavicovými myšlienkami a bol verejne ponížený, keď po zabití liberálneho politika židovského pôvodu a nemeckého ministra zahraničia Waltera Rathenaua odmietol znížiť vlajku na budovu svojho inštitútu v Heidelbergu.

Jeho úspory na vládnom dlhu boli spálené v dôsledku inflácie av roku 1922 jeho jediný syn zomrel v dôsledku podvýživy počas vojny. Lenard začal sklopiť myšlienku, že problémy Nemecka (vrátane nemeckej vedy) sú výsledkom židovského sprisahania.

Blízkým spolupracovníkom Lenarda v tejto dobe bol Johannes Stark, Nobelovu cenu za fyziku v roku 1919, ktorý bol tiež ochotný obviňovať intrigy Židov za svoje zlyhania. Po vojne organizoval Stark v protiklade s liberálnou fyzickou spoločnosťou konzervatívnu "nemeckú profesijnú komunitu univerzitných profesorov", s ktorou sa snažil kontrolovať financovanie výskumu a prideľovanie vedeckých pozícií a pozícií, ale neuspel. Po neúspešnej obhajobe postgraduálneho študenta v roku 1922 vyhlásil, že bol obklopený obdivovateľmi Einsteina a rezignoval na univerzitný profesor.

V roku 1924, šesť mesiacov po Beer Putsch, bol publikovaný v novinách Grossdeutsche Zeitung článok od Lenarda a Starka nazvaný "Hitlerov duch a veda". Autori porovnávali Hitlera s takými gigantickými vedcami ako Galileo, Kepler, Newton a Faraday ("Aké šťastie, že tento génius žije medzi nami v tele!") A tiež chválil géniu ariánov a odsúdil judaizmus, ktorý ho skorumpuje.

Podľa Lenarda a Staraka sa vo vedách zničil židovský vplyv v nových smeroch teoretickej fyziky - kvantovej mechaniky a teórie relativity, ktoré vyžadovali opustenie starých myšlienok a použitie zložitého a neznámeho matematického aparátu.

Pre starších vedcov, dokonca aj tých talentovaných, ako je Lenard, bola to výzva, ktorú len málokto dokázal prijať.

Lenard kontrastoval "židovskú", ktorá je teoretická, s fyzikou "árijskej", teda experimentálnej a požadovala, aby sa nemecká veda zamerala na druhú. V úvode do učebnice "Nemecká fyzika" napísal: "Nemecká fyzika? - ľudia sa budú opýtať. Mohol by som povedať aj árijskú fyziku, fyziku severských ľudí, fyziku tých, ktorí hľadajú pravdu, fyziku tých, ktorí založili prírodné vedy. "

Chudobný, Deutsche Tageszeitung, 1933

Po dlhú dobu Lenardová a Starkova "arijská fyzika" zostali okrajovým fenoménom a fyzici rôzneho pôvodu sa zapájali do teoretických a experimentálnych štúdií na najvyššej úrovni v Nemecku.

Všetko sa zmenilo, keď sa v roku 1933 stal nemeckým kancelárom Adolf Hitler. Einstein, ktorý bol v tom čase v Spojených štátoch, odmietol nemecké občianstvo a členstvo v Akadémii vied, a prezident akadémie Max Planck privítal toto rozhodnutie: "Napriek hlbokému priepasti, ktorá oddeľuje naše politické názory, naše osobné priateľstvo zostane vždy nezmenené" on je Einstein v osobnej korešpondencii. Niektorí členovia akadémie boli však rozčuľovaní, že Einstein nemal čas na vzdialené vylúčenie.

Johannes Stark sa čoskoro stal prezidentom Fyzikotechnického inštitútu a Nemeckej výskumnej spoločnosti. V priebehu budúceho roka prestala štvrtina všetkých fyzikov a polovica teoretických fyzikov opustiť Nemecko.

<

Populárne Príspevky