Elite-Astronomy

На главную  ║ Назад   Известные астрономы

Известные астрономы

Альберт Эйнштейн

Альберт Эйнштейн (Albert Einstein) - 1879-1955

   Альберт Эйнштейн (1879-1955) физик-теоретик, один из основателей современной физики, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и иностранный почетный член АН. Эйнштейн родился 14 марта 1879 в Ульме (Вюртемберг, Германия) в семье мелкого коммерсанта. Предки Эйнштейна поселились в Швабии около 300 лет назад, и ученый до конца жизни сохранил мягкое южногерманское произношение, даже когда говорил по-английски.
   Учился в католической народной школе в Ульме, затем, после переезда семьи в Мюнхен, в гимназии. Школьным урокам, однако, предпочитал самостоятельные занятия. В особенности привлекали его геометрия и популярные книги по естествознанию, и вскоре в точных науках он далеко опередил своих сверстников. К 16 годам Эйнштейн овладел основами математики, включая дифференциальное и интегральное исчисления. В 1895 году, не окончив гимназию, отправился в Цюрих, где находилось Федеральное высшее политехническое училище, пользовавшееся высокой репутацией. Не выдержав экзаменов по современным языкам и истории, поступил в старший класс кантональной школы в Аарау. По окончании школы, в 1896 ггоду, Эйнштейн стал студентом Цюрихского политехникума. Здесь одним из его учителей был превосходный математик Герман Минковский (впоследствии именно он придал специальной теории относительности законченную математическую форму), так что Энштейн мог бы получить солидную математическую подготовку, однако большую часть времени он работал в физической лаборатории, а в остальное время читал классические труды Г.Кирхгофа, Дж.Максвелла, Г.Гельмгольца и др.
 
   После выпускного экзамена в 1900 году Эйнштейн в течение двух лет не имел постоянного места работы. Недолгое время он преподавал физику в Шаффгаузене, давал частные уроки, а затем по рекомендации друзей получил место технического эксперта в Швейцарском патентном бюро в Берне. В этом «светском монастыре» Эйнштейн проработал 7 лет (1902–1907) и считал это время самым счастливым и плодотворным периодом в своей жизни.
   В 1905 году в журнале «Анналы физики» (Annalen der Physik) вышли работы Эйнштейна, принесшие ему мировую славу. С этого исторического момента пространство и время навсегда перестали быть тем, чем были прежде (специальная теория относительности), квант и атом обрели реальность (фотоэффект и броуновское движение), масса стала одной из форм энергии (E=mc2).
   Хронологически первыми были исследования Эйнштейна по молекулярной физике (начало им было положено в 1902 году), посвященные проблеме статистического описания движения атомов и молекул и взаимосвязи движения и теплоты. Он с помощью статистических методов показал, что между скоростью движения взвешенных частиц, их размерами и коэффициентами вязкости жидкостей существует количественное соотношение, которое можно проверить экспериментально. Закон броуновского движения Эйнштейна был полностью подтвержден в 1908 году опытами французского физика Ж. Перрена. Работы по молекулярной физике доказывали правильность представлений о том, что теплота есть форма энергии неупорядоченного движения молекул. Одновременно они подтверждали атомистическую гипотезу, а предложенный Эйнштейном метод определения размеров молекул и его формула для броуновского движения позволяли определить число молекул.
   В 1905 году была опубликована работа Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел» (Zur Elektrodynamik der bewegter Korper). В ней излагалась специальная теория относительности, которая обобщала ньютоновские законы движения и переходила в них при малых скоростях движения (v<<c). В основе теории лежали два постулата: специальный принцип относительности, являющийся обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические явления (в любых инерциальных, т.е. движущихся без ускорения системах все физические процессы – механические, электрические, тепловые и т. д. – протекают одинаково), и принцип постоянства скорости света в вакууме (скорость света в вакууме не зависит от движения источника или наблюдателя, т.е. одинакова во всех инерциальных системах и равна 3×1010 см/с).
   Это привело к ломке многих основополагающих понятий (абсолютность пространства и времени), установлению новых пространственно-временных представлений (относительность длины, времени, одновременности событий).
   Минковский, создавший математическую основу теории относительности, высказал мысль, что пространство и время должны рассматриваться как единое целое (обобщение евклидова пространства, в котором роль четвертого измерения играет время). Разным эквивалентным системам отсчета соответствуют разные «срезы» пространства-времени.
   Исходя из специальной теории относительности, Эйнштейн в том же 1905 открыл закон взаимосвязи массы и энергии. Его математическим выражением является знаменитая формула E=mc2. Из нее следует, что любой перенос энергии связан с переносом массы. Эта формула трактуется также как выражение, описывающее «превращение» массы в энергию. Именно на этом представлении основано объяснение т.н. «дефекта массы». В механических, тепловых и электрических процессах он слишком мал и потому остается незамеченным. На микроуровне он проявляется в том, что сумма масс составных частей атомного ядра может оказаться больше массы ядра в целом. Недостаток массы превращается в энергию связи, необходимую для удержания составных частей. Атомная энергия есть не что иное, как превратившаяся в энергию масса.
   В 1907 году Эйнштейн распространил идеи квантовой теории на физические процессы, не связанные с излучением. Рассмотрев тепловые колебания атомов в твердом теле и используя идеи квантовой теории, он объяснил уменьшение теплоемкости твердых тел при понижении температуры, разработав первую квантовую теорию теплоемкости. Эта работа помогла В.Нернсту сформулировать третье начало термодинамики.
   В конце 1909 года Эйнштейн получил место экстраординарного профессора теоретической физики Цюрихского университета. Здесь он преподавал только три семестра, затем последовало почетное приглашение на кафедру теоретической физики Немецкого университета в Праге, где долгие годы работал Э.Мах. Пражский период отмечен новыми научными достижениями ученого. Исходя из своего принципа относительности, он в 1911 в статье «О влиянии силы тяжести на распространение света» (Uber den Einfluss der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtesimes) заложил основы релятивистской теории тяготения, высказав мысль, что световые лучи, испускаемые звездами и проходящие вблизи Солнца, должны изгибаться у его поверхности. Таким образом, предполагалось, что свет обладает инерцией и в поле тяготения Солнца должен испытывать сильное гравитационное воздействие. Эйнштейн предложил проверить это теоретическое соображение с помощью астрономических наблюдений и измерений во время ближайшего солнечного затмения. Провести такую проверку удалось только в 1919 году. Это сделала английская экспедиция под руководством астрофизика Эддингтона. Полученные ею результаты полностью подтвердили выводы Эйнштейна.
   Летом 1912 года Эйнштейн возвратился в Цюрих, где в Высшей технической школе была создана кафедра математической физики. Здесь он занялся разработкой математического аппарата, необходимого для дальнейшего развития теории относительности. В этом ему помогал его соученик Марсель Гросман. Плодом их совместных усилий стал труд «Проект обобщенной теории относительности и теории тяготения» (Entwurf einer verallgemeinerten Relativitatstheorie und Theorie der Gravitation, 1913). Эта работа стала второй, после пражской, вехой на пути к общей теории относительности и учению о гравитации, которые были в основном закончены в Берлине в 1915 году.
   В Берлин Эйнштейн прибыл в апреле 1914 года, будучи уже членом Академии наук (1913), и приступил к работе в созданном Гумбольдтом университете – крупнейшем высшем учебном заведении Германии. Здесь он провел 19 лет – читал лекции, вел семинары, регулярно участвовал в работе коллоквиума, который во время учебного года раз в неделю проводился в Физическом институте.
   В 1915 Эйнштейн завершил создание общей теории относительности. Если построенная в 1905 специальная теория относительности, справедливая для всех физических явлений, за исключением тяготения, рассматривает системы, движущиеся по отношению друг к другу прямолинейно и равномерно, то общая имеет дело с произвольно движущимися системами. Ее уравнения справедливы независимо от характера движения системы отсчета, а также для ускоренного и вращательного движений. По своему содержанию, однако, она являтся в основном учением о тяготении. Она примыкает к гауссовой теории кривизны поверхностей и имеет целью геометризацию гравитационного поля и действующих в нем сил. Эйнштейн утверждал, что пространство отнюдь не однородно и что его геометрическая структура зависит от распределения масс, от вещества и поля. Сущность тяготения объяснялась изменением геометрических свойств, искривлением четырехмерного пространства-времени вокруг тел, которые образуют поле. По аналогии с искривленными поверхностями в неевклидовой геометрии используется представление об «искривленном пространстве». Здесь нет прямых линий, как в «плоском» пространстве Евклида; есть лишь «наиболее прямые» линии – геодезические, представляющие собой кратчайшее расстояние между точками. Кривизной пространства определяется геометрическая форма траекторий тел, движущихся в поле тяготения. Орбиты планет определяются искривлением пространства, задаваемым массой Солнца, и характеризуют это искривление. Закон тяготения становится частным случаем закона инерции.
   Всего через год после опубликования работы по общей теории относительности Эйнштейн представил еще одну работу, имеющую революционное значение. Поскольку не существует пространства и времени без материи, т.е. без вещества и поля, отсюда с необходимостью следует, что Вселенная должна быть пространственно конечной (идея замкнутой Вселенной). Эта гипотеза находилась в резком противоречии со всеми привычными представлениями и привела к появлению целого ряда релятивистских моделей мира. И хотя статическая модель Эйнштейна оказалась в дальнейшем несостоятельной, основная ее идея – замкнутости – сохранила силу.
   Середина 1920-х годов ознаменовалась в физике созданием квантовой механики. Несмотря на то что идеи Эйнштейна во многом способствовали ее становлению, вскоре обнаружились значительные расхождения между ним и ведущими представителями квантовой механики. На Сольвеевских конгрессах 1927 и 1930 гг. разгорелись жаркие, полные драматизма дискуссии между Эйнштейном и Бором по поводу интерпретации квантовой механики. Эйнштейн не смог убедить ни Бора, ни более молодых физиков – Гейзенберга и Паули. С тех пор он следил за работами «копенгагенской школы» с чувством глубокого недоверия. Статистические методы квантовой механики казались ему «невыносимыми» с теоретико-познавательной и неудовлетворительными с эстетической точки зрения. Начиная со второй половины 1920-х годов Эйнштейн уделял много времени и сил разработке единой теории поля. Такая теория должна была объединить электромагнитное и гравитационное поля на общей математической основе. Однако те несколько работ, которые он опубликовал по этому вопросу, не удовлетворили его самого.
 
   Между тем политическая ситуация в Германии становилась все более напряженной. К началу 1920 года относятся первые организованные выходки против ученого. В феврале реакционно настроенные студенты вынудили Эйнштейна прервать лекцию в Берлинском университете и покинуть аудиторию. Вскоре началась планомерная кампания против создателя теории относительности. Ею руководила группа антисемитов, которая выступала под вывеской «Рабочее объединение немецких естествоиспытателей для сохранения чистой науки»; одним из ее основателей был гейдельбергский физик Ф.Ленард. В августе 1920 года «Рабочее объединение» организовало в зале Берлинской филармонии демонстрацию против теории относительности. Вскоре в одной из газет появился призыв к убийству ученого, а спустя несколько дней в немецкой прессе были напечатаны сообщения, что Эйнштейн, оскорбленный травлей, намеревается покинуть Германию. Ученому была предложена кафедра в Лейдене, но он отказался, решив, что отъезд был бы предательством по отношению к тем немецким коллегам, которые его самоотверженно защищали, прежде всего к Лауэ, Нернсту и Рубенсу. Однако Эйнштейн выразил готовность принять звание экстраординарного почетного профессора в нидерландском Королевском университете, и голландская «выездная» профессура оставалась за ним вплоть до 1933 года.
   Начиная с 1930 года Эйнштейн проводил зимние месяцы в Калифорнии. В Пасаденском технологическом институте ученый читал лекции, в которых рассказывал о результатах своих исследований. В начале 1933 года Эйнштейн находился в Пасадене, и после прихода Гитлера к власти никогда более не ступал на немецкую землю. В марте 1933 года он заявил о своем выходе из Прусской Академии наук и отказался от прусского гражданства.
   С октября 1933 года Эйнштейн приступил к работе в Принстонском университете, а вскоре получил американское гражданство, одновременно оставаясь гражданином Швейцарии. Ученый продолжал свои работы по теории относительности; большое внимание уделял попыткам создания единой теории поля.
   Умер Альберт Эйнштейн в Принстоне (США) 18 апреля 1955 года. Его прах был развеян друзьями в месте, которое должно навсегда остаться неизвестным.

На главную  ║ Назад   Известные астрономы

 Рейтинг@Mail.ru

Хостинг от uCoz