Albert Einstein

Urodzil sie w 1879r. w Ulm w rodzinie zydowskiej.

· Mieszkal w Monachium, Wloszech, Szwajcarii, USA.
· Byl przeciwnikiem tendencji militarystycznych w niemieckich kregach politycznych, przyjal obywatelstwo szwajcarskie.
· Zrobil doktorat w Zurychu.
· W 1905r. zapisuje slawny wzór opisujacy zaleznosc miedzy energia i masa E = mc2
· W 1905r. publikuje szczególna teorie wzglednosci.
· W 1905r. odkryl prawo rzadzace zjawiskiem fotoelektrycznym.
· W 1905 zbadal i wyjasnil ruchy Browna.
· W 1909r. zostal uniwersyteckim wykladowca fizyki teoretycznej.
· W 1911r. byl wykladowca w Uniwersytecie Karola w Pradze, ale juz rok pózniej powrócil do Zurychu.
· W 1920r. objal stanowisko dyrektora utworzonego specjalnie dla niego Instytutu Fizyki na Uniwersytecie w Berlinie.
· W 1921r. otrzymuje Nagrode Nobla.
· W zwiazku z zydowskim pochodzeniem zostal usuniety przez nazistów ze swego stanowiska uniwersyteckiego w Berlinie.
· W 1933r. wyemigrowal do USA, gdzie zostal profesorem matematyki oraz stalym czlonkiem Institute for Advanced Study w Princeton (stan New Jesey).
· W 1939r. napisal list do przezydenta USA F.D. Roosevelta, zwracajac uwage na niebezpieczna mozliwosc skonstruowania przez nazistowskie Niemcy broni atomowej.
· Po II wojnie swiatowej dzialal na rzecz zakazu produkcji broni atomowej.
· W 1952r. panstwo Izrael zapronowalo mu objecie stanowiska prezydenta panstwa, jednak Einstein odmówil.
· W 1953r. publikuje zarys teorii istnienia podstawowych praw rzadzacych Wszechswiatem (próba stworzenia jednolitej teorii pola).
· Zmarl w 1955r.

Najwiekszym osiagnieciem Alberta Einsteina jest sformulowanie teorii wzglednosci.Do najwazniejszych wniosków plynacych ze szczególnej teorii wzglednosci nalezy stwierdzenie równowaznosci energii i masy. Ogólna teoria wzglednosci zostala opublikowana w 1915 roku, a potwierdzona doswiadczalnie gdy jedno z jej przewidywan - dotyczace zakrzywienia promieni swietlnych przez silne pole grawitacyjne, potwierdzily obserwacje przeprowadzane w 1919r. w czasie zacmienia Slonca. Pracowal równiez nad teoria promienowania. Albert Einstein wprowadzil korpuskularna teorie budowy swiatla. W 1905 opracowal teorie zjawiska fotoelektrycznego, podal prawo rzadzace tym zjawiskiem. Zjawisko polega na emisji elektronów z powierzchni metalu pod wplywem promieniowania elektromagnetycznego. Zjawisko równolegle bylo badane przez drugiego fizyka amerykanskiego pochodzania, Roberta Millikana, który doswiadczalnie potwierdzil sformulowane przez Alberta Einsteina prawo opsujace zjawisko fotoelektryczne zewnetrzne.

Einstein byl milczacym chlopcem; uwazano go raczej za dziecko dziwne niz utalentowane. Od dziesiatego roku zycia uczyl sie w Leopold Gymnasium. Nie znosil sztywnej, niemieckiej dyscypliny szkolnej i bez entuzjazmu uczyl sie laciny i greki. Jego droga do nauki rozpoczela sie od matematyki, do której zachecil go wuj, inzynier Jakub Einstein. W wieku okolo 12 lat Einstein samodzielnie nauczyl sie geometrii i postanowil, ze pewnego dnia rozwiaze zagadki swiata. Jego historia to raczej niecodzienny przypadek realizacji mlodzienczych marzen. Dalsza kariera szkolna Einsteina byla równie powiklana, jak jego edukacja w szkole podstawowej. W 1894 roku rodzina Einsteinów przeniosla sie Mediolanu, gdzie po wczesniejszych niepowodzeniach w interesach osiadl jego ojciec. Albert pozostal w Monachium, by zakonczyc nauke w gimnazjum, ale porzucil je, nie uzyskawszy koncowego swiadectwa, by dolaczyc do rodziny. Majac 17 lat, zostal przyjety na politechnike w Zurychu; rok wczesniej nie zdal egzaminu wstepnego. W szkole nabral przekonania, ze jego dziedzina bedzie nie matematyka, lecz fizyka, dlatego studiowal prace Hermana von Helmholtza, Jamesa Clarka Maxwella i innych. Nie byl wybitnym studentem, mial poczucie, ze uczelnia krepuje go. Póz niej pisal, iz "to cud, ze wspólczesne metody ksztalcenia nie zdusily calkowicie swietego zapalu i dociekliwosci. W 1900 roku otrzymal dyplom. W 1901 przyjal obywatelstwo szwajcarskie. Na poczatku 1902 roku Einstein uzyskal stanowisko mlodszego inspektora w szwajcarskim urzedzie patentowym. Przypuszczano, ze wlasnie ta praca - szczególowe badania i wyjasnianie zastosowania róznego rodzaju wynalazków - rozbudzila jego zainteresowanie czasem i przestrzenia. Z pewnoscia byl to jedyny okres, kiedy Einstein pozostawal w izolacji od srodowiska fizyków, ale sledzil najnowsze osiagniecia fizyki.

W roku 1905 - zwanym czesto annus mirabilis Einsteina - opublikowal w XVII tomie Annalen der Physik trzy bardzo wazne prace, w których, jak pisze Emilio Segre: "jego geniusz zaplonal z niedoscigla jasnoscia", przedlozyl w nich swoja szczególna teorie wzglednosci. Pokazal, ze takie dziwne zjawiska, jak zmiany rozmiarów, masy i tempa uplywu czasu, staja sie zauwazalne, gdy predkosci zblizaja sie do predkosci swiatla. Po opublikowaniu prac z 1905 roku Einstein stal sie znany w srodowisku fizyków. W 1909 roku Einstein opuscil szwajcarski urzad patentowy i rozpoczal kariere uniwersytecka. Zostal profesorem nadzwyczajnym fizyki teoretycznej na uniwersytecie w Zurychu. W 1909 roku zaczal pracowac na uniwersytecie w Pradze, ale czul sie tam z le z powodu antysemickich nastrojów panujacych w Austrii. W 1912 roku wrócil do Zurychu. W 1914 roku otrzymal nominacje na specjalne dla niego utworzone stanowisko w Pruskiej Akademii Nauk i równoczesnie zostal profesorem Uniwersytetu Berlinskiego. W 1914 Ponownie przyjal obywatelstwo niemieckie.





Od tego czasu mógl poswiecic wiekszosc swego czasu na badania naukowe. Teoria, znana dzis jako ogólna teoria wzglednosci, jest przede wszystkim teoria grawitacji. Einstein pracowal nad nia od roku 1907 do 1916. Teoria ogólna jest rozwinieciem szczególnej teorii i stosuje sie do ukladów poruszajacych sie ruchem przyspieszonym. Ogólna teoria wzglednosci stanowi podstawe calej dwudziestowiecznej kosmologii. W 1921 uzyskal Nagrode Nobla za wyjasnienie zjawiska fotoelektrycznego zewnetrznego i prace teoretyczne w dziedzinie fizyki.. Mniej wiecej po 1928 roku, w szczytowym okresie rozwoju teorii kwantów, czas dominacji Einsteina w jej rozwoju dobiegl konca. W 1930 opublikowal ksiazke About Zionism (O syjonizmie) W 1933 roku ksiazki Einsteina znalazly sie wsród ksiazek palonych w Berlinie przez hitlerowców. Jego osobisty majatek skonfiskowano, a wkrótce potem Einstein opuscil Niemcy i wyemigrowal do Stanów Zjednoczonych. Otrzymal dozywotnie stanowisko w Instytucie Studiów Zaawansowanych w Princeton. W obliczu narastajacego zagrozenia zarzucil swoje pacyfistyczne przekonania i w 1939 roku, jakkolwiek ociagaja sie, napisal list do Franklina Roosevelta, w którym zalecal podjecie prac nad budowa bomby atomowej. W 1940 przyjal obywatelstwo amerykanskie. Nie uczestniczyl w pracach przy projekcie bomby równiez dlatego, ze uwazano, iz jego lewicowe sympatie moga zagrazac bezpieczenstwu prac. Po wojnie Einstein byl rzecznikiem rozbrojenia nuklearnego. Nie stal sie patriota amerykanskim, byl przeciwny prowadzonym w latach piecdziesiatych przesluchaniom w Kongresie na temat tzw. dzialalnosci antyamerykanskiej. W 1950 przedstawil jednolita teorie oddzialywan elektromagnetycznych i grawitacyjnych, której nie zaakceptowali inni fizycy. W 1952 roku nie zgodzil sie objac stanowiska prezydenta Izraela, choc byla to jedynie funkcja honorowa. Pózniejsza kariera Einsteina wiaze sie z jego ogromnym prestizem. Stal sie osoba publiczna, byl pozadany jako mówca na publicznych zgromadzeniach. Out of My Later Years, jedna z jego popularnych, czesto wznawianych ksiazek zawiera artykuly na najrozmaitsze tematy, takie jak socjalizm, stosunki miedzy bialym a czarnymi czy upadek moralny. Einstein podobnie jak Freud, z którym korespondowal, glosil polityczne i spoleczne poglady zgodne z liberalnym duchem tego okresu. Jego eseje nadal godne sa uwagi. Czesto cytuje sie powiedzenie Einsteina: "Bóg nie gra w kosci". Odnosi sie ono do statystyki kwantowej. Einstein byl agnostykiem. Na pytanie, czy wierzy w Boga, odpowiedzial: "Nie mozna o to pytac kogos, kto z coraz wiekszym zadziwieniem próbuje zbadac i zrozumiec nadrzedny porzadek wszechswiata".



Szczególna teoria wzglednosci

1. Zagadnienia

Zostala opracowana przez Einsteina w roku 1905. Zajmuje sie ona cialami lub ukladami, które albo poruszaja sie wzgledem siebie ze stala predkoscia, albo tez nie poruszaja sie wcale (poruszaja sie ze stala zerowa predkoscia).



2. Podstawowe postulaty teorii:

a) wzglednosc ruchu - ruch mozna rozpatrywac tylko w odniesieniu do jakiegos ukladu.

Einstein uwazal, ze nie mozna wykryc eteru (osrodka w którym, jak uwazali ówczesni uczeni, rozchodzi sie swiatlo, a który wypelnia caly wszechswiat) poniewaz nieruchomy eter bylby jedynym nieruchomym cialem we wszechswiecie, posiadalby ruch absolutny. Stwierdzilismy jednak, ze mozemy wykryc jedynie ruch wzgledny, dlatego tez nie mozemy wykryc eteru.

b) stalosc predkosci swiatla - predkosc swiatla wynosi okolo 300 tys. km/s i jest stala wzgledem obserwatora tzn. nie zalezy ona od tego czy obserwator zbliza sie do zródla swiatla czy oddala.



eleóryc.:Wzglednosc ruchu w teorii wzglednosci eleórysunki: DJ (Wiedza i Zycie nr.3/1999)

3. Wnioski wynikajace z postulatów.

Omówimy je na obrazowym przykladzie dwóch rakiet poruszajacych sie wzgledem siebie z duza predkoscia.

a) skrócenie dlugosci - jesli obserwator lecacy w rakiecie A ma mozliwosc mierzenia dlugosci rakiety B, gdy obie poruszaja sie wzgledem siebie z predkoscia V, to matematyczne obliczenia mówia, iz rakieta B wyda sie skrócona. Zjawisko to nosi nazwe skrócenia Fitzgeralda-Lorentza i opisujemy je wzorem:



L` - dlugosc skróconej rakiety
L - dlugosc poczatkowa
v - predkosc rakiety A wzgledem rakiety B
c - predkosc swiatla

b) wzrost masy wraz z predkoscia - wartosc masy m` rakiety B otrzymana przez obserwatora A jest zalezna od ich predkosci wzgledem siebie i opisuje ja wzór:


m` - masa poruszajacej sie rakiety(tzw. masa relatywistyczna)

m - masa spoczynkowa rakiety

v - predkosc rakiety A wzgledem rakiety B

c - predkosc swiatla

Wartosc masy m` rakiety B dla obserwatora B jest równa m poniewaz jego predkosc wzgledna jest równa zero(masa nie zmienia sie).

c) dodawanie predkosci - jezeli dwa pojazdy maja predkosci V=160 tys. km/s wzgledem jakiegos ukladu, te same kierunki, lecz poruszaja sie w przeciwne strony to na podstawie podanego wzoru obliczymy, ze predkosc jednej rakiety wzgledem drugiej wynosi 250 tys. km/s, a nie 320 tys. km/s (jak wynikaloby to z teorii Newtona) poniewaz zadne cialo nie moze poruszac sie z predkoscia wzgledna wieksza niz 300 tys. km/s.



Vab - prekosc rakiety A wzgledem rakiety B

Va - predkosc rakiety A wzgledem okreslonego ukladu

Vb - predkosc rakiety B wzgledem tego samego ukladu

c - predkosc swiatla

d) równowaznosc masy i energii - wniosek ten opisuje najslawniejszy i najprostszy, a jakze genialny wzor Einsteina:


E - energia

m - masa ciala

c - predkosc swiatla

Jezeli masa ciala jest calkowicie zamieniona w energie tak, ze zadna czesc tej masy nie pozostala w dawnej postaci, to ilosc otrzymanej energii jest dana tym równaniem.

e) zwolnienie czasu (dylatacja czasu) - oznacza zwolnienie tempa uplywu czasu wraz ze wzrostem predkosci.



t` - zwolnienie czasu w ukladzie A wzgledem ukladu B

t - czas w ukladzie B

v - predkosc ukladów wzgledem siebie

c - predkosc swiatla

Jezeli ze wzoru otrzymamy np. 0.5 oznacza to, ze czas u obserwatora B plynie dwa razy wolniej niz u obserwatora A. Ma to miejsce przy V=270 tys. km/s. Pojecie "wzglednosci jednoczesnosci zdarzen" bylo podstawa rozumowania Einsteina. Oznaczalo ono, ze dane zdarzenie obserwowane przez obserwatora A i obserwatora B nie musi byc równoczesne. Czas spostrzezenia danego zdarzenia przez tych dwóch obserwatorów jest zalezny od ich predkosci wzgledem siebie.


Ogólna teoria wzglednosci

1. Zagadnienia

Ogólna Teoria Wzglednosci byla opracowywana przez Einsteina w latach 1907-1916. Jest ona przede wszystkim teoria grawitacji. Teoria ogólna jest rozwinieciem szczególnej teorii i odnosi sie do ukladów, które poruszaja sie ruchem przyspieszonym. Ogólna teoria wzglednosci stanowi podstawe calej dwudziestowiecznej kosmologii - miedzy innymi wyjasnia przesuniecie ku czerwieni widma galaktyk, które dowodzi, iz wszechswiat sie rozszerza, oraz tlumaczy powstanie czarnych dziur.


2. Postulat

Zasada równowaznosci - w danym punkcie przestrzeni efekty grawitacji i ruchu przyspieszonego sa równowazne i nie moga byc rozróznione.Aby zrozumiec ogólna teorie wzglednosci, nalezy zaczac od tej zasady. Jak stwierdzil Galileusz w swym slynnym doswiadczeniu, ciala spadaja na Ziemie z jednakowym przyspieszeniem, niezaleznym od ich masy. W tym sensie spadajace ciala, duze i male, Sa "niewazkie" - ich masa nie wplywa na to, jak reaguja na przyciaganie ziemskie. W rzeczywistosci astronauci na orbicie nieustannie "spadaja" na Ziemie, dzieki czemu sa w stanie niewazkosci. Gdy jednak ich statek kosmiczny opuszcza orbite i przyspiesza w kierunku odleglej gwiazdy, astronauci czuja ciezar. Przyczyna jest wtedy przyspieszenie, a nie grawitacja. Zasada równowaznosci Einsteina mówi, ze sily grawitacyjne i inercjalne, zwiazane z przyspieszeniem ukladu, sa nieodróznialne.


3. Wnioski

- deformacja orbit planet przez zmiane masy spowodowana zmienna predkoscia planety

- ugiecie wiazki swiatla w polu grawitacyjnym

- zwolniony rytm zegara w poblizu duzych mas

Z zasady równowaznosci wynika, ze przyciagnie grawitacyjne nie jest po prostu sila, z jaka przyciagaja sie wzajemnie wszystkie ciala. Ciazenie nalezy uwazac za skutek zakrzywienia czasoprzestrzeni przez mase. Masa powoduje, ze przestrzen ma geometrie nieeuklidesowa. Wprawdzie w warunkach, z jakimi spotykamy sie na co dzien, ogólna teoria wzglednosci i prawo powszechnego ciazenia Newtona daja w zasadzie takie same wyniki, ale teoria Einsteina nie tylko opisuje eliptyczne orbity planet, lecz równiez tlumaczy pewne anomalie, takie jak precesja orbity Merkurego wokól Slonca.

Kilka lat po tym, jak Einstein opublikowal ogólna teorie wzglednosci, zostala ona potwierdzona przez obserwacje astronomiczne. Juz w 1911 r. Einstein przewidzial, ze promien swiatla gwiazdy, przelatujac w poblizu duzej masy - na przyklad Slonca ulega ugieciu. Ugiecie mozna zaobserwowac porównujac polozenie gwiazdy na niebie, gdy lezy z dala od Slonca i gdy jej promienie przelatuja tuz obok Slonca. Z ogólnej teorii wzglednosci wynika, ze kat ugiecia powinien byc dwa razy wiekszy, niz przewiduje teoria klasyczna, w której przestrzen uwazamy za plaska.

Przewidywania Newtona i Einsteina mozna porównac, obserwujac polozenie gwiazd podczas zacmienia Slonca. Pierwsze próby zakonczyly sie niepowodzeniem, ale w 1919 r. za namowa astronoma Arthura Eddingtona wyruszyly dwie ekspedycje angielskie, jedna do Brazylii, a druga na Wyspe Ksiazeca, u wybrzezy Afryki Zachodniej. Wyniki byly jednoznaczne: analiza zdjec dowiodla, ze polozenie gwiazd jest zgodne z przewidywaniami ogólnej teorii wzglednosci. Einstein uzyskal z dnia na dzien miedzynarodowa slawe.