Kako se Albert Einstein borio za europski svijet i teorijsku fiziku

<

O tome kako je znanost usko povezana s politikom.

Na samom početku dvadesetog stoljeća u fizici su stvorena kolosalna otkrića, od kojih su neka pripadala Albertu Einsteinu, tvorcu opće teorije relativnosti.

Znanstvenici su se našli na pragu sasvim novog pogleda na Svemir, koji je zahtijevao njihovu intelektualnu hrabrost, spremnost da se uroni u teoriju i vještine u radu sa složenim matematičkim aparatom. Nisu svi prihvatili izazov i, kao što se ponekad događa, političke kontroverze koje su se preklapale u znanstvenim sporovima, uzrokovanim najprije Prvim svjetskim ratom, zatim Hitlerovim dolaskom na vlast u Njemačkoj. Ajnštajna, a onda se pokazalo da je ključna figura, oko koje su se slomila koplja.

Einstein protiv svih

Početak Prvog svjetskog rata bio je popraćen patriotskim rastom među stanovništvom država sudionica, uključujući i znanstvenike.

U Njemačkoj, 1914., 93 znanstvenika i kulturnih djelatnika, uključujući Maxa Plancka, Fritza Habera i Wilhelma Roentgena, objavili su manifest koji izražava punu potporu državi i ratu koji vodi: “Mi, predstavnici njemačke znanosti i umjetnosti, izjavljujemo protest cijelom kulturnom svijetu. protiv laži i klevete kojima naši neprijatelji pokušavaju zagaditi pravedni uzrok Njemačke u teškoj borbi za opstanak koji joj je nametnut. Bez njemačkog militarizma, njemačka kultura bi se davno uništila u samoj klici. Njemački militarizam izveden je iz njemačke kulture i rođen je u zemlji koja je, kao ni jedna druga zemlja na svijetu, stoljećima bila izložena pljačkaškim napadima. "

Propagandni plakat američke vojske "Uništite ovo ludo stvorenje. Zapis "(1917). "Militarizam" je na kacigi, "Kultura" na batini.

Ipak, postojao je njemački znanstvenik koji je oštro govorio protiv takvih ideja. Albert Einstein je 1915. godine objavio manifesto o odgovoru „Prema Europljanima“: „Rat nikada nije povrijedio interakciju kultura na takav način. Dužnost Europljana za obrazovanje i dobru volju nije dopustiti Europi da se preda. " Međutim, ovaj apel, osim samog Einsteina, potpisali su samo tri osobe.

Einstein je nedavno postao njemački znanstvenik, iako je rođen u Njemačkoj. Završio je školu i sveučilište u Švicarskoj, a nakon toga gotovo deset godina različita su europska sveučilišta odbila prihvatiti ga za rad. To je djelomično bilo zbog načina na koji je Einstein tražio da razmotri svoju kandidaturu.

Dakle, u pismu Paulu Drudeu, tvorcu elektroničke teorije metala, on je najprije ukazao na dvije greške sadržane u njegovoj teoriji i tek tada zatražio da ga zaposle.

Kao rezultat toga, Einstein je morao dobiti posao u švicarskom uredu za patente u Bernu, a tek na samom kraju 1909. godine dobio je mjesto na Sveučilištu u Zurichu. Već 1913. godine, sam Max Planck, zajedno s budućim dobitnikom Nobelove nagrade za kemiju, Walter Nernst osobno je došao u Zurich uvjeriti Einsteina da prihvati njemačko državljanstvo, preseliti se u Berlin i postati član Pruske akademije znanosti i ravnatelj Instituta za fiziku.

Albert Einstein u Uredu za patente u Bernu 1905

Rad u patentnom uredu pokazao se nevjerojatno produktivnim za Einsteina sa znanstvenog stajališta. "Kad je netko prošao, gurnuo sam svoje bilješke u ladicu i pretvarao se da radim patent", prisjetio se. 1905. ušao je u povijest znanosti kao annus mirabilis, "godinu čuda".

Ove je godine četiri časopisa Einsteina objavljena u časopisu Annalen der Physik, u kojem je teoretski mogao opisati Brownovo gibanje, objasniti, koristeći Planckovu ideju kvanta svjetlosti, fotoelektrični efekt, ili utjecaj elektrona koji izlaze iz metala kada je ozračen svjetlom (u ovom eksperimentu JJJ Thomson je otkrio elektron) i dao odlučujući doprinos stvaranju posebne teorije relativnosti.

Iznenađujuća slučajnost: teorija relativnosti pojavila se gotovo istodobno s teorijom kvanta i jednako iznenada i neopozivo promijenila temelje fizike.

U XIX stoljeću valna je priroda svjetla čvrsto utemeljena, a znanstvenici su bili zainteresirani kako je uređena tvar u kojoj se ti valovi šire.

Unatoč činjenici da nitko nikada nije promatrao eter (ta tvar se nazivala tako izravno), sumnje da ona postoji i prožima cijeli Svemir nije se pojavio: bilo je jasno da val treba širiti u nekom elastičnom mediju, po analogiji sa krugovi od napuštenog kamena na vodi: površina vode na mjestu pada kamena počinje oscilirati, a budući da je elastična, oscilacije se prenose na susjedne točke, od njih do susjednih, i tako dalje. Postojanje fizičkih objekata koji se ne mogu vidjeti uz pomoć dostupnih uređaja, nakon otkrića atoma i elektrona, također nisu nikoga iznenadili.

Jedno od jednostavnih pitanja na koje klasična fizika nije mogla naći odgovor je bilo da li se eter zanima za tijela koja se u njoj kreću? Do kraja XIX. Stoljeća neki su pokusi uvjerljivo pokazali da je eter potpuno fasciniran pokretnim tijelima, a drugi, i ne manje uvjerljivo, da je samo djelomično odnesen.

Krugovi na vodi jedan su primjer vala u elastičnom mediju. Ako pokretno tijelo ne nosi eter zajedno sa sobom, tada će brzina svjetlosti u odnosu na tijelo biti zbroj brzine svjetlosti u odnosu na eter i brzine samog tijela. Ako u potpunosti uvuče eter (kao što se događa pri kretanju u viskoznoj tekućini), tada će brzina svjetlosti u odnosu na tijelo biti jednaka brzini svjetlosti u odnosu na eter i neće ovisiti o brzini tijela.

Francuski fizičar Louis Fizeau 1851. godine pokazao je da se eter djelomično odvodi pokretnom strujom vode. U nizu eksperimenata iz 1880.-1887. Amerikanci Albert Michelson i Edward Morley, s jedne strane, potvrdili su Fizeauov zaključak s većom točnošću, as druge strane, otkrili su da Zemlja, rotirajući se oko Sunca, u potpunosti nosi eter zajedno s njim, tj. Brzinu svjetla na Zemlja ne ovisi o tome kako se kreće.

Kako bi odredili kako se Zemlja kreće u odnosu na eter, Michelson i Morley su konstruirali poseban uređaj, interferometar (vidi dijagram ispod). Svjetlo iz a pada na prozirnu ploču, odakle se djelomično reflektira u zrcalu 1 i djelomično prelazi u zrcalo 2 (ogledala su na istoj udaljenosti od ploče). Zrake koje se reflektiraju od zrcala zatim ponovno padaju na prozirnu ploču i zajedno dolaze do detektora na kojem se pojavljuje interferencijski uzorak.

Shema eksperimenta Michelsona i Morleya

Ako se Zemlja kreće u odnosu na eter, na primjer u smjeru zrcala 2, onda se brzine svjetlosti u horizontalnom i vertikalnom smjeru neće podudarati, što bi trebalo dovesti do pomaka faza valova reflektiranih od različitih ogledala na detektoru (na primjer, kao što je prikazano na slici ispod ). U stvarnosti, pomak nije uočen (vidi dolje dolje).

Einstein protiv Newtona

Einstein održava javno predavanje u Parizu 1922

Pokušavajući razumjeti kretanje etera i širenje svjetla u njemu, Lorentz i francuski matematičar Henri Poincaré morali su pretpostaviti da se veličine pokretnih tijela mijenjaju u usporedbi s veličinama fiksnih i, štoviše, vrijeme kretanja tijela teče sporije. Teško je zamisliti - a Lorenz je te pretpostavke tretirao kao matematički trik, a ne kao fizički učinak - ali su dopustili da se mehanika, elektromagnetska teorija svjetla i eksperimentalni podaci pomire.

U dva članka iz 1905. Einstein je na temelju tih intuitivnih razmatranja uspio stvoriti koherentnu teoriju, u okviru koje su svi ti nevjerojatni učinci rezultat dvaju postulata:

  • brzina svjetlosti je konstantna i ne ovisi o tome kako se prijemnik pomiče (i jednak je otprilike 300.000 kilometara u sekundi);
  • za svaki fizički sustav, fizički zakoni djeluju na isti način bez obzira na to da li se kreće bez ubrzanja (pri bilo kojoj brzini) ili je u mirovanju.

I proizveo je najpoznatiju fizikalnu formulu - E = mc2! Osim toga, zbog prvog postulata, kretanje etera prestalo je biti važno, a Einstein ga je jednostavno odbio - svjetlo se može širiti u vakuumu.

Učinak vremenske dilatacije, osobito, dovodi do poznatog "paradoksa blizanaca". Ako je jedan od dvojice blizanaca, Ivan, poslan na svemirski brod do zvijezda, a drugi, Peter, ostaje ga čekati na Zemlji, onda će se nakon povratka pokazati da je Ivan ostario manje od Petra, jer je vrijeme na njegovom ubrzanom svemirskom brodu polagano padalo, nego na zemlji.

Ovaj učinak, kao i druge razlike teorije relativnosti od obične mehanike, očituje se samo u ogromnoj brzini kretanja koja se može usporediti sa brzinom svjetlosti, pa je nikada ne susrećemo u svakodnevnom životu. Za normalne brzine s kojima se susrećemo na Zemlji, frakcija v / c (podsjetimo, c = 300.000 kilometara u sekundi) je vrlo malo različita od nule, a mi se vraćamo u poznati i ugodan svijet školske mehanike.

Ipak, učinke teorije relativnosti treba uzeti u obzir, primjerice, kada se sinkroniziraju satovi na GPS satelitima s onima na zemlji radi točnog rada sustava pozicioniranja. Osim toga, učinak usporavanja vremena očituje se u proučavanju elementarnih čestica. Mnogi od njih su nestabilni iu vrlo kratkom vremenu se pretvaraju u druge. Međutim, oni se obično brzo kreću, i zbog toga se proteže vrijeme prije njihove transformacije sa stajališta promatrača, što omogućuje njihovo registriranje i istraživanje.

Posebna teorija relativnosti proizašla je iz potrebe pomirbe elektromagnetske teorije svjetla s mehanikom brzih (i sa stalnom brzinom) pokretnih tijela. Nakon preseljenja u Njemačku, Einstein je dovršio svoju opću teoriju relativnosti (GTR), gdje je dodao gravitaciju elektromagnetskim i mehaničkim pojavama. Pokazalo se da se gravitacijsko polje može opisati kao deformacija masivnim tijelom prostora i vremena.

Jedna od posljedica GTR je zakrivljenost trajektorije zraka za vrijeme prolaska svjetla u blizini velike mase. Prvi pokušaj eksperimentalne verifikacije GTR-a trebao se dogoditi u ljeto 1914. godine, dok je na Krimu zabilježena pomrčina Sunca. Međutim, tim njemačkih astronoma bio je interniran u vezi s početkom rata. U određenom smislu, to je spasilo ugled GRT-a, budući da je u tom trenutku teorija sadržavala greške i davala pogrešno predviđanje ugla otklona grede.

Godine 1919. engleski fizičar Arthur Eddington, dok je promatrao pomrčinu sunca na otoku Principe kod zapadne obale Afrike, bio je u stanju potvrditi da svjetlo zvijezde (postalo je vidljivo zbog činjenice da ga Sunce nije potamnilo) odstupa od Sunca točno pod kutom predviđenim Einsteinove jednadžbe.

Eddingtonovo otkriće učinilo je Einsteina superzvijezdom.

7. studenoga 1919., na vrhuncu Pariške mirovne konferencije, kada se činilo da je sva pozornost bila usmjerena na to kako će svijet postojati nakon Prvog svjetskog rata, londonski list The Times izašao je s naslovnice: “Revolucija u znanosti: nova teorija svemira, Newtonove ideje su oborene.

Novinari su posvuda tražili Einsteina, gnušući zahtjeve da se teorija relativnosti objasni u najkraćim crtama, a dvorane u kojima je održavao javna predavanja bile su pretrpane (dok sudeći prema recenzijama suvremenika Einstein nije bio jako dobar predavač, slušatelji nisu razumjeli suštinu predavanja, ali ipak došao vidjeti slavnu osobu).

Godine 1921. Einstein je, zajedno s britanskim biokemičarima i budućim predsjednikom Izraela Haimom Weizmannom, otišao na predavanje u Sjedinjene Države kako bi prikupio sredstva za potporu židovskim naseljima u Palestini. Prema The New York Timesu, "u Metropolitenskoj operi sva su mjesta bila okupirana, od orkestralne jame do posljednjeg reda galerije, stotine ljudi stajalo je u prolazima." Novinarski dopisnik je naglasio: "Einstein je govorio njemački, ali oni koji su željeli vidjeti i čuti osobu koja je dopunila znanstveni koncept svemira novom teorijom prostora, vremena i pokreta, zauzela je sva mjesta u dvorani".

Unatoč uspjehu u javnosti, u znanstvenoj zajednici, teorija relativnosti je uzeta s velikim poteškoćama.

Od 1910. do 1921. kolege progresivci su deset puta nominirali Einsteina za Nobelovu nagradu za fiziku, ali konzervativni Nobelov odbor svaki put je odbijao, navodeći činjenicu da teorija relativnosti još nije dobila dovoljno eksperimentalne potvrde.

Nakon ekspedicije u Eddingtonu, počela se sve više odbijati od skandala, a 1921. godine, iako još uvijek nije uvjerena, članovi povjerenstva donijeli su elegantnu odluku da Einsteinu dodijele nagradu, a da se uopće ne spomene teorija relativnosti, naime: “Za usluge teoretskoj fizici, a osobito, njegovo otkriće zakona fotoelektričnog učinka. "

Arijska fizika protiv Einsteina

Einstein se susreo u New Yorku, 1921

Popularnost Einsteina na Zapadu izazvala je bolnu reakciju kolega u Njemačkoj, koji su praktički bili izolirani nakon militantnog manifesta iz 1914. i poraza u Prvom svjetskom ratu. Godine 1921. Einstein je bio jedini njemački znanstvenik koji je primio poziv na Svjetski kongres fizičara Solvay u Bruxellesu (koji je, međutim, ignorirao u korist putovanja Weizmannom u Sjedinjene Države.

Istodobno, unatoč ideološkim razlikama, Einstein je uspio održati prijateljske odnose s većinom patriotskih kolega. No, u krajnje desnim krilima studenata i znanstvenika, Einstein je stekao reputaciju izdajnika koji je zaveo njemačku znanost.

Jedan od predstavnika tog krila bio je Phillip Lenard. Unatoč činjenici da je 1905. za eksperimentalno proučavanje elektrona proizvedenih fotoelektričnim učinkom, Lenard dobio Nobelovu nagradu za fiziku, stalno je patio jer njegov doprinos znanosti nije bio dovoljno prepoznat.

Prvo, 1893. posudio je X-zrake samoproizvedenom cijevi za pražnjenje, a 1895. X-zrake otkrile su da cijevi za ispuštanje emitiraju zrake koje znanost ne poznaje. Lenard je vjerovao da bi otkriće trebalo barem smatrati zajedničkim, ali cijela slava otkrića i Nobelove nagrade za fiziku 1901. otišla je na jedan rendgen. Lenard je bio ogorčen i izjavio je da je majka zraka, dok je Roentgen bio samo babica. U ovom slučaju, očigledno, u odlučujućim pokusima, rendgen nije koristio Lenardovu cijev.

Drugo, Lenard je bio ozbiljno uvrijeđen britanskom fizikom. On je osporio prioritet otkrića elektrona od strane Thomsona i optužio je engleskog znanstvenika da se pogrešno poziva na svoj rad. Lenard je stvorio model atoma, koji se može smatrati prethodnikom Rutherfordovog modela, ali to nije ispravno navedeno. Nije iznenađujuće da je Lenard engleske nazvao narodom plaćenika i prijevarnih trgovaca, a Nijemci su, naprotiv, nacija heroja, i nakon početka Prvog svjetskog rata, ponudili organiziranje intelektualne kontinentalne blokade za Britaniju.

Treće, Einstein je bio u stanju teoretski objasniti fotoelektrični učinak, a Lenard ga je 1913., čak i prije nesuglasica vezanih uz rat, čak preporučio za profesuru. No, Nobelova nagrada za otkriće zakona fotoelektričnog učinka 1921. dobila je samo Einstein.

Početak dvadesetih bio je u pravilu težak trenutak za Lenarda. On se sukobio s učenicima koji su bili strastveni prema lijevim idejama i javno se ponižavao kada je nakon ubijanja liberalnog političara židovskog podrijetla i njemačkog ministra vanjskih poslova Waltera Rathenaua odbio spustiti zastavu na zgradu svog instituta u Heidelbergu.

Njegova ušteda uložena u državni dug izgorjela je zbog inflacije, a 1922. godine njegov jedini sin umro je od posljedica pothranjenosti tijekom rata. Lenard se počeo priklanjati ideji da su problemi Njemačke (uključujući njemačku znanost) rezultat židovske urote.

U to je vrijeme bliski suradnik Lenarda bio Johannes Stark, Nobelova nagrada za fiziku 1919. godine, koji je također bio sklon okrivljavanju intriga Židova za vlastite neuspjehe. Nakon rata, Stark je, u suprotnosti s liberalnim Fizičkim društvom, organizirao konzervativnu "njemačku profesionalnu zajednicu sveučilišnih profesora", kojom je pokušao kontrolirati financiranje istraživanja i raspoređivanje na znanstvena i nastavna radna mjesta, ali nije uspio. Nakon neuspjele obrane diplomiranog studenta 1922. godine, Stark je izjavio da je bio okružen Einsteinovim obožavateljima i dao ostavku kao sveučilišni profesor.

Godine 1924., šest mjeseci nakon Beer Putscha, u novinama Grossdeutsche Zeitung objavljen je članak Lenarda i Starka pod naslovom "Hitlerov duh i znanost". Autori su Hitlera uspoređivali s takvim divovima znanosti kao što su Galileo, Kepler, Newton i Faraday (“Koliko je sretno što ovaj genij živi među nama u tijelu!”). Također je pohvalio Arijskog genija i osudio judaizam koji ga kvari.

Prema Lenardu i Starku, u znanosti je štetan židovski utjecaj očitovao u novim smjerovima teorijske fizike - kvantne mehanike i teorije relativnosti, koja je zahtijevala napuštanje starih pojmova i korištenje složenog i nepoznatog matematičkog aparata.

Za starije znanstvenike, čak i one talentirane poput Lenarda, to je bio izazov koji je malo tko uspio uzeti.

Lenard je suprotstavio "židovsku", to jest, teorijsku, fiziku s "arijevcem", to jest, eksperimentalno, i zahtijevao da se njemačka znanost usredotoči na ovo drugo. В предисловии к учебнику «Немецкая физика» он писал: «Немецкая физика? — спросят люди. Я бы мог также сказать арийская физика, или физика нордических людей, физика правдоискателей, физика тех, кто основал естественнонаучные исследования».

«Бедный дурак», Deutsche Tageszeitung, 1933 год

Долгое время «арийская физика» Ленарда и Штарка оставалась маргинальным явлением, и физики различного происхождения занимались в Германии теоретическими и экспериментальными исследованиями высочайшего уровня.

Всё изменилось, когда в 1933 году канцлером Германии стал Адольф Гитлер. Эйнштейн, находившийся в тот момент в США, отказался от немецкого гражданства и членства в Академии наук, а президент Академии Макс Планк приветствовал это решение: «Несмотря на глубокую пропасть, разделяющую наши политические взгляды, наши личные дружеские отношения всегда останутся неизменными», — заверял он Эйнштейна в личной переписке. При этом некоторые члены академии были раздосадованы тем, что Эйнштейна не успели демонстративно исключить из неё.

Вскоре Йоханнес Штарк стал президентом Физико-технического института и Немецкого научно-исследовательского общества. В течение следующего года Германию покинула четверть всех физиков и половина физиков-теоретиков.

<

Popularni Postovi