Hoe Albert Einstein geveg het vir Europese vrede en teoretiese fisika

2024 Outeur: Malcolm Clapton | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 03:44

Oor hoe wetenskap nou verweef was met politiek.

Heel aan die begin van die twintigste eeu is kolossale ontdekkings in fisika gemaak, waarvan 'n aantal aan Albert Einstein, die skepper van die algemene relatiwiteitsteorie, behoort het.

Wetenskaplikes was op die rand van 'n heeltemal nuwe siening van die Heelal, wat van hulle intellektuele moed vereis het, 'n gewilligheid om hulself in teorie te verdiep en vaardighede in die hantering van 'n komplekse wiskundige apparaat. Die uitdaging is nie deur almal aanvaar nie, en, soos soms gebeur, is wetenskaplike geskille op politieke verskille geplaas wat eers deur die Eerste Wêreldoorlog, toe deur Hitler se koms aan bewind in Duitsland, veroorsaak is. Einstein was ook 'n sleutelfiguur waarom spiese gebreek het.

Einstein teen almal

Die uitbreek van die Eerste Wêreldoorlog het gepaard gegaan met 'n patriotiese oplewing onder die bevolking van die deelnemende state, insluitend wetenskaplikes.

In Duitsland het 93 wetenskaplikes en kulturele figure, insluitend Max Planck, Fritz Haber en Wilhelm Roentgen, in 1914 'n manifes gepubliseer waarin hulle hul volle steun vir die staat en die oorlog wat dit voer, uitgespreek het: “Ons, verteenwoordigers van die Duitse wetenskap en kuns, protesteer voor die hele kultuurwêreld teen die leuens en laster waarmee ons vyande die regverdige saak van Duitsland probeer besoedel in die harde bestaanstryd wat aan haar opgelê word. Sonder Duitse militarisme sou die Duitse kultuur lank gelede reeds met sy ontstaan vernietig gewees het. Duitse militarisme is 'n produk van die Duitse kultuur, en dit is gebore in 'n land wat, soos geen ander land ter wêreld, al eeue lank aan rooftogte onderwerp is nie."

Nietemin was daar 'n Duitse wetenskaplike wat hom skerp teen sulke idees uitgespreek het. Albert Einstein het in 1915 'n reaksiemanifes "Aan die Europeërs" gepubliseer: "Nog nooit tevore het oorlog die interaksie van kulture so versteur nie. Dit is die plig van Europeërs, opgevoed en van goeie wil, om nie toe te laat dat Europa swig nie.” Hierdie appèl, behalwe Einstein self, is egter deur slegs drie mense onderteken.

Einstein het redelik onlangs 'n Duitse wetenskaplike geword, hoewel hy in Duitsland gebore is. Hy studeer aan skool en universiteit in Switserland, en daarna het verskeie universiteite in Europa vir byna tien jaar geweier om hom aan te stel. Dit was deels te wyte aan die manier waarop Einstein die versoek benader het om sy kandidatuur te oorweeg.

Dus, in 'n brief aan Paul Drude, die skepper van die elektroniese teorie van metale, het hy eers twee foute uitgewys wat in sy teorie vervat is, en toe eers gevra om gehuur te word.

Gevolglik moes Einstein werk by die Switserse patentkantoor in Bern kry, en eers heel aan die einde van 1909 kon hy 'n pos aan die Universiteit van Zürich kry. En reeds in 1913 het Max Planck self, saam met die toekomstige Nobelpryswenner in chemie Walter Nernst, persoonlik na Zürich gekom om Einstein te oorreed om Duitse burgerskap te aanvaar, na Berlyn te verhuis en 'n lid van die Pruisiese Akademie vir Wetenskappe en direkteur van die Instituut te word. van Fisika.

Einstein het sy werk by die patentkantoor uit 'n wetenskaplike oogpunt verbasend produktief gevind. "As iemand verbykom, het ek my notas in 'n laai gesit en voorgee dat ek patentwerk doen," het hy onthou. Die jaar 1905 het in die geskiedenis van die wetenskap afgegaan as annus mirabilis, "die jaar van wonderwerke."

Vanjaar het die joernaal Annalen der Physik vier artikels deur Einstein gepubliseer waarin hy Brownse beweging teoreties kon beskryf, verduidelik, met behulp van die Planckiaanse idee van ligkwanta, die foto-effek, of die effek van elektrone wat uit 'n metaal ontsnap wanneer dit word met lig bestraal (dit was in so 'n eksperiment dat JJ Thomson die elektron ontdek het), en lewer 'n deurslaggewende bydrae tot die skepping van die spesiale relatiwiteitsteorie.

’n Wonderlike toeval: die relatiwiteitsteorie het feitlik gelyktydig met die kwantateorie verskyn en net so onverwags en onherroeplik die grondslae van fisika verander.

In die 19de eeu was die golfaard van lig stewig gevestig, en wetenskaplikes was geïnteresseerd in hoe die stof waarin hierdie golwe voortplant, gerangskik is.

Ten spyte van die feit dat niemand nog die eter (dit is die naam van hierdie stof) direk waargeneem het nie, het twyfel dat dit bestaan en die hele heelal deurdring nie ontstaan nie: dit was duidelik dat die golf in 'n soort elastiese medium moes voortplant, na analogie van sirkels van 'n klip wat op die water gegooi word: die wateroppervlak by die val van die klip begin ossilleer, en aangesien dit elasties is, word die ossillasies oorgedra na naburige punte, van hulle na naburiges, ensovoorts aan. Ná die ontdekking van atome en elektrone het die bestaan van fisiese voorwerpe wat nie met die bestaande instrumente gesien kan word nie, ook niemand verras nie.

Een van die eenvoudige vrae waarop klassieke fisika nie 'n antwoord kon vind nie, was dit: word die eter weggevoer deur liggame wat daarin beweeg? Teen die einde van die 19de eeu het sommige eksperimente oortuigend getoon dat die eter heeltemal weggevoer is deur bewegende liggame, terwyl ander, en nie minder oortuigend nie, dat dit net gedeeltelik weggevoer is.

Sirkels op die water is een voorbeeld van 'n golf in 'n elastiese medium. As die bewegende liggaam nie die eter saamdra nie, dan sal die spoed van lig relatief tot die liggaam die som wees van die spoed van lig relatief tot die eter en die spoed van die liggaam self. As dit die eter heeltemal meevoer (soos wanneer dit in 'n viskose vloeistof beweeg), dan sal die spoed van lig relatief tot die liggaam gelyk wees aan die spoed van lig relatief tot die eter en sal dit nie op enige manier afhang van die spoed van die eter nie. liggaam self.

Die Franse fisikus Louis Fizeau het in 1851 gewys dat die eter gedeeltelik deur die bewegende stroom water weggevoer word. In 'n reeks eksperimente van 1880-1887 het die Amerikaners Albert Michelson en Edward Morley aan die een kant Fizeau se gevolgtrekking met 'n groter akkuraatheid bevestig, en andersyds het hulle uitgevind dat die Aarde, wat om die Son wentel, heeltemal meevoer die eter daarmee, dit wil sê die spoed van lig op Die aarde is onafhanklik van hoe dit beweeg.

Om te bepaal hoe die Aarde in verhouding tot die eter beweeg, het Michelson en Morley 'n spesiale instrument, 'n interferometer, gebou (sien diagram hieronder). Die lig van die bron val op die halfdeursigtige plaat, vanwaar dit gedeeltelik in die spieël 1 weerkaats word en gedeeltelik na die spieël 2 oorgaan (die spieëls is op dieselfde afstand van die plaat af). Die strale wat deur die spieëls weerkaats word, val dan weer op die halfdeursigtige plaat en kom daaruit saam by die detektor aan, waarop 'n interferensiepatroon ontstaan.

As die Aarde relatief tot die eter beweeg, byvoorbeeld in die rigting van spieël 2, dan sal die spoed van lig in die horisontale en vertikale rigtings nie saamval nie, wat moet lei tot 'n faseverskuiwing van die golwe wat deur verskillende spieëls op die detektor (byvoorbeeld, soos getoon in die diagram, regs onder). In werklikheid is geen verplasing waargeneem nie (sien links onder).

Einstein teen Newton

In hul pogings om die beweging van die eter en die voortplanting van lig daarin te verstaan, moes Lorentz en die Franse wiskundige Henri Poincaré aanvaar dat die afmetings van bewegende liggame verander in vergelyking met die dimensies van stilstaandes, en boonop tyd vir bewegende liggame vloei stadiger. Dit is moeilik om te dink - en Lorentz het hierdie aannames meer soos 'n wiskundige truuk as 'n fisiese effek behandel - maar hulle het die versoening van meganika, elektromagnetiese teorie van lig en eksperimentele data toegelaat.

Einstein kon in twee artikels in 1905, op grond van hierdie intuïtiewe oorwegings, 'n samehangende teorie skep waarin al hierdie wonderlike effekte 'n gevolg is van twee postulate:

• die spoed van lig is konstant en hang nie af van hoe die bron en ontvanger beweeg nie (en is gelyk aan ongeveer 300 000 kilometer per sekonde);
• vir enige fisiese stelsel werk fisiese wette op dieselfde manier, ongeag of dit sonder versnelling (teen enige spoed) beweeg of in rus is.

En hy het die bekendste fisiese formule afgelei - E = mc²! Daarbenewens, as gevolg van die eerste postulaat, het die beweging van die eter opgehou om saak te maak, en Einstein het dit eenvoudig laat vaar - lig kan in leegheid voortplant.

Die tydsverwyderingseffek, veral, lei tot die bekende "paradoks van tweelinge". As een van die twee tweeling, Ivan, op 'n ruimteskip na die sterre gaan, en die tweede, Peter, bly om vir hom op Aarde te wag, dan sal dit ná sy terugkeer blyk dat Ivan sedertdien minder as Peter oud geword het. sy vinnigbewegende ruimteskip het stadiger gevloei as op Aarde.

Hierdie effek, sowel as ander verskille tussen die relatiwiteitsteorie en gewone meganika, manifesteer hom slegs teen 'n geweldige spoed van beweging, vergelykbaar met die spoed van lig, en daarom kom ons dit nooit in die alledaagse lewe teë nie. Vir die gewone snelhede waarmee ons op Aarde ontmoet, verskil die breuk v / c (herroep, c = 300 000 kilometer per sekonde) baie min van nul, en ons keer terug na die bekende en gesellige wêreld van skoolmeganika.

Nietemin moet die uitwerking van die relatiwiteitsteorie in ag geneem word, byvoorbeeld wanneer horlosies op GPS-satelliete met terrestriële sinchroniseer word vir akkurate werking van die posisioneringstelsel. Daarbenewens word die effek van tydsverwyding gemanifesteer in die studie van elementêre deeltjies. Baie van hulle is onstabiel en verander binne 'n baie kort tyd in ander. Hulle beweeg egter gewoonlik vinnig, en as gevolg hiervan word die tyd voor hul transformasie vanuit die oogpunt van die waarnemer uitgerek, wat dit moontlik maak om hulle te registreer en te bestudeer.

Die spesiale relatiwiteitsteorie het ontstaan uit die behoefte om die elektromagnetiese teorie van lig te versoen met die meganika van vinnig (en met konstante spoed) bewegende liggame. Nadat hy na Duitsland verhuis het, het Einstein sy algemene relatiwiteitsteorie (GTR) voltooi, waar hy swaartekrag by elektromagnetiese en meganiese verskynsels gevoeg het. Dit het geblyk dat die gravitasieveld beskryf kan word as vervorming deur 'n massiewe liggaam van ruimte en tyd.

Een van die gevolge van algemene relatiwiteit is die kromming van die straaltrajek wanneer lig naby 'n groot massa beweeg. Die eerste poging tot eksperimentele verifikasie van algemene relatiwiteit sou in die somer van 1914 plaasvind toe 'n sonsverduistering in die Krim waargeneem is.’n Span Duitse sterrekundiges is egter geïnterneer in verband met die uitbreek van die oorlog. Dit het in 'n sekere sin die reputasie van algemene relatiwiteit gered, want op daardie oomblik het die teorie foute bevat en 'n verkeerde voorspelling van die afbuigingshoek van die straal gegee.

In 1919 kon die Engelse fisikus Arthur Eddington, toe hy 'n sonsverduistering op Principe-eiland aan die weskus van Afrika waarneem, bevestig dat die lig van 'n ster (dit het sigbaar geword as gevolg van die feit dat die Son dit nie verduister het nie), wat by die Son verbygaan, wyk presies teen dieselfde hoek af as wat Einstein se vergelykings voorspel is.

Eddington se ontdekking het Einstein 'n superster gemaak.

Op 7 November 1919, te midde van die Parys-vredeskonferensie, toe alle aandag blykbaar gefokus was op hoe die wêreld na die Eerste Wêreldoorlog sou bestaan, het die Londense koerant The Times 'n hoofartikel gepubliseer: “A Revolution in Science: A Nuwe teorie van die heelal, Newton se idees word verslaan."

Verslaggewers het Einstein oral gejaag en hom gepla met versoeke om die relatiwiteitsteorie in 'n neutedop te verduidelik, en die sale waar hy openbare lesings gegee het was oorvol (terselfdertyd, te oordeel aan die resensies van sy tydgenote, was Einstein nie 'n baie goeie dosent; die gehoor het nie die essensie van die lesing verstaan nie, maar het tog die bekende persoon kom sien).

In 1921 het Einstein saam met die Engelse biochemikus en toekomstige president van Israel, Chaim Weizmann, op 'n lesingtoer deur die Verenigde State gegaan om fondse in te samel om Joodse nedersettings in Palestina te ondersteun. Volgens The New York Times, "Elke sitplek by die Metropolitan Opera is ingeneem, van die orkesput tot die laaste ry van die galery, honderde mense het in die gange gestaan."Die koerant se korrespondent het beklemtoon: "Einstein het Duits gepraat, maar gretig om te sien en te hoor hoe 'n man wat die wetenskaplike konsep van die Heelal aangevul het met 'n nuwe teorie van ruimte, tyd en beweging, al die sitplekke in die saal ingeneem het."

Ten spyte van die sukses met die algemene publiek, is die relatiwiteitsteorie met groot moeite in die wetenskaplike gemeenskap aanvaar.

Van 1910 tot 1921 het progressief-gesinde kollegas Einstein tien keer vir die Nobelprys in fisika genomineer, maar die konserwatiewe Nobelkomitee het elke keer geweier, met verwysing na die feit dat die relatiwiteitsteorie nog nie voldoende eksperimentele bevestiging gekry het nie.

Na Eddington se ekspedisie het dit al hoe meer skandalig begin voel, en in 1921, steeds nie oortuig nie, het die lede van die komitee 'n elegante besluit geneem - om Einstein 'n prys toe te ken, sonder om die relatiwiteitsteorie enigsins te noem, naamlik: Vir dienste aan teoretiese fisika en veral vir sy ontdekking van die wet van die foto-elektriese effek”.

Ariese fisika versus Einstein

Einstein se gewildheid in die Weste het 'n pynlike reaksie van kollegas in Duitsland ontlok, wat hulle feitlik geïsoleer bevind het ná die militante manifes van 1914 en die nederlaag in die Eerste Wêreldoorlog. In 1921 was Einstein die enigste Duitse wetenskaplike wat 'n uitnodiging na die Wêreld Solvay Fisika-kongres in Brussel ontvang het (wat hy egter geïgnoreer het ten gunste van 'n reis na die Verenigde State saam met Weizmann).

Terselfdertyd, ten spyte van ideologiese verskille, het Einstein daarin geslaag om vriendskaplike betrekkinge met die meeste van sy patriotiese kollegas te handhaaf. Maar van die ekstreem regse vleuel van universiteitstudente en akademici het Einstein 'n reputasie verwerf as 'n verraaier wat die Duitse wetenskap op 'n dwaalspoor lei.

Een van die verteenwoordigers van hierdie vleuel was Philip Leonard. Ten spyte van die feit dat Lenard in 1905 die Nobelprys in fisika ontvang het vir die eksperimentele studie van elektrone wat deur die foto-elektriese effek geproduseer word, het hy heeltyd gely weens die feit dat sy bydrae tot die wetenskap nie genoegsaam erken is nie.

Eers het hy in 1893 'n ontladingsbuis van sy eie vervaardiging aan Roentgen geleen, en in 1895 het Roentgen ontdek dat die ontladingsbuise strale uitstraal wat nog onbekend was aan die wetenskap. Lenard het geglo dat die ontdekking ten minste as gesamentlik beskou moet word, maar al die glorie van die ontdekking en die Nobelprys in fisika in 1901 het aan Roentgen alleen gegaan. Lenard was verontwaardig en het verklaar dat hy die moeder van die strale is, terwyl Roentgen net 'n vroedvrou was. Terselfdertyd het Roentgen blykbaar nie die Lenard-buis in beslissende eksperimente gebruik nie.

Die ontladingsbuis waarmee Lenard elektrone in die foto-elektriese effek bestudeer het, en Roentgen het sy bestraling ontdek

Die ontladingsbuis waarmee Lenard elektrone in die foto-elektriese effek bestudeer het, en Roentgen het sy bestraling ontdek

Tweedens was Lenard diep beledig deur Britse fisika. Hy het die prioriteit van Thomson se ontdekking van die elektron betwis en die Engelse wetenskaplike daarvan beskuldig dat hy verkeerdelik na sy werk verwys het. Lenard het 'n model van die atoom geskep, wat as die voorganger van Rutherford se model beskou kan word, maar dit is nie behoorlik opgemerk nie. Dit is nie verbasend dat Lenard die Britte 'n nasie van huursoldaat en bedrieglike handelaars genoem het nie, en die Duitsers, inteendeel, 'n nasie van helde, en na die uitbreek van die Eerste Wêreldoorlog het hy voorgestel om 'n intellektuele kontinentale blokkade op Groot-Brittanje te reël..

Derdens was Einstein in staat om die foto-elektriese effek teoreties te verduidelik, en Lenard het in 1913, selfs voor die meningsverskille wat met die oorlog verband hou, hom selfs vir 'n professoraat aanbeveel. Maar die Nobelprys vir die ontdekking van die wet van die foto-elektriese effek in 1921 is aan Einstein alleen gegee.

Die vroeë 1920's was oor die algemeen 'n moeilike tyd vir Lenard. Hy het met geesdriftige linkse studente gebots en is in die openbaar verneder toe hy, ná die sluipmoord op die liberale politikus van Joodse oorsprong en Duitse minister van buitelandse sake, Walter Rathenau, geweier het om die vlag op die gebou van sy instituut in Heidelberg te laat sak.

Sy spaargeld, wat in staatskuld belê is, is deur inflasie uitgebrand, en in 1922 het sy enigste seun gesterf aan die gevolge van wanvoeding tydens die oorlog. Lenard het geneig geraak om te dink dat die probleme van Duitsland (ook in die Duitse wetenskap) die gevolg is van 'n Joodse sameswering.

’n Nabye medewerker van Lenard op hierdie tydstip was Johannes Stark, die 1919 Nobelpryswenner in fisika, wat ook geneig was om die Jode se slenters vir sy eie mislukkings te blameer. Ná die oorlog het Stark, in opposisie met die liberale Fisikavereniging, die konserwatiewe "Duitse Professionele Gemeenskap van Universiteitsonderwysers" georganiseer, met die hulp waarvan hy probeer het om befondsing vir navorsing en aanstellings in wetenskaplike en onderwysposte te beheer, maar nie daarin geslaag nie.. Na 'n onsuksesvolle verdediging van 'n gegradueerde student in 1922, het Stark verklaar dat hy omring is deur bewonderaars van Einstein, en bedank as professor aan die universiteit.

In 1924, ses maande na die Beer Putsch, het die Grossdeutsche Zeitung 'n artikel deur Lenard en Stark gepubliseer, "Hitler's Spirit and Science." Die skrywers het Hitler vergelyk met sulke reuse van die wetenskap soos Galileo, Kepler, Newton en Faraday ("Wat 'n seën dat hierdie genie in die vlees onder ons woon!"), En ook die Ariese genie geprys en die korrupte Judaïsme veroordeel.

Volgens Lenard en Stark het die verderflike Joodse invloed in die wetenskap in nuwe rigtings van teoretiese fisika gemanifesteer - kwantummeganika en die relatiwiteitsteorie, wat 'n verwerping van ou konsepte vereis het en 'n komplekse en onbekende wiskundige apparaat gebruik het.

Vir ouer wetenskaplikes, selfs diegene so talentvol soos Lenard, was dit 'n uitdaging wat min kon aanvaar.

Lenard het "Joods", dit wil sê teoretiese, fisika met "Aries", dit wil sê eksperimenteel, gekontrasteer en geëis dat die Duitse wetenskap op laasgenoemde fokus. In die voorwoord tot die handboek "German Physics" het hy geskryf: "Duitse fisika? - mense sal vra. Ek kan ook sê Ariese fisika, of die fisika van die Nordiese mense, die fisika van waarheidsoekers, die fisika van diegene wat wetenskaplike navorsing gestig het.”

Vir 'n lang tyd het die "Ariese fisika" van Lenard en Stark 'n marginale verskynsel gebly, en fisici van verskillende oorsprong was besig met teoretiese en eksperimentele navorsing van die hoogste vlak in Duitsland.

Dit het alles verander toe Adolf Hitler in 1933 kanselier van Duitsland geword het. Einstein, wat op daardie stadium in die Verenigde State was, het Duitse burgerskap en lidmaatskap van die Akademie van Wetenskappe prysgegee, en Akademiepresident Max Planck het hierdie besluit verwelkom: Ondanks die diep kloof wat ons politieke sienings verdeel, sal ons persoonlike vriendskappe altyd onveranderd bly.,” het hy verseker hy is Einstein se persoonlike korrespondensie. Terselfdertyd was sommige lede van die akademie vererg dat Einstein nie demonstratief daaruit geskors is nie.

Johannes Stark het gou president van die Instituut vir Fisika en Tegnologie en die Duitse Navorsingsvereniging geword. Oor die volgende jaar het 'n kwart van alle fisici en die helfte van teoretiese fisici Duitsland verlaat.