Люди и эпоха. Альберт Эйнштейн.
Григорьева О.В., учитель физики
Альберт Эйнштейн — (1879-1955), физик-теоретик, создатель теории относительности, автор основополагающих трудов по квантовой теории и статистической физике, один из основателей современной физики, иностранный член-корреспондент РАН (1922) и иностранный почетный член АН СССР (1926).
А. Эйнштейн родился 14 марта 1879 года в городе Ульме на юге Германии, в небогатой еврейской семье. Его отец, Герман Эйнштейн (1847—1902), был совладельцем маленького предприятия по производству перьевой набивки для матрасов и перин. Мать, Паулина Эйнштейн (в девичестве Кох, 1858—1920) была из семьи состоятельного торговца кукурузой ЮлиусаДерцбахера.
Летом 1880 года в Мюнхене, куда переехала семья Эйнштейна, Герман Эйнштейн вместе с братом Якобом открыл небольшую фирму по торговле электрическим оборудованием. Вскоре, в Мюнхене родилась младшая сестра Эйнштейна Мария (Майя, 1881—1951).
Начальное образование Альберт Эйнштейн получил в католической школе в Мюнхене. В возрасте 11-13 лет Эйнштейн пережил состояние глубокой религиозности. Но мальчик очень много читал и, вскоре, чтение научно-популярных книг сделало его вольнодумцем и навсегда вселило в него скептическое отношение к авторитетам. С шести лет, по инициативе матери Эйнштейн начал заниматься игрой на скрипке. Впоследствии, увлечение музыкой сохранилось и стало неотъемлемой частью жизни Эйнштейна. Много лет спустя, находясь в США в Принстоне, в 1934 году Альберт Эйнштейн дал концерт, все сборы с которого пошли в пользу эмигрировавших из нацистской Германии учёных и деятелей культуры. На своей скрипке Эйнштейн исполнял произведения Моцарта, чьим страстным поклонником он являлся.
Как это ни странно, но в гимназии он не был в числе первых учеников. Единственными предметами, где он преуспевал, были математика и латынь. Эйнштейну очень многое не нравилось в гимназии — в частности, устоявшаяся система механического заучивания материала гимназистами, а также авторитарное отношение учителей к ученикам. Он считал, что излишняя зубрежка наносит вред самому духу учёбы и творческому мышлению. Из-за этих разногласий Альберт Эйнштейн часто вступал в споры со своими преподавателями.После того как дела отца в 1895 г. пришли в упадок, семья переселилась в Милан. Эйнштейн остался в Мюнхене, но вскоре оставил гимназию, так и не получив аттестата, и присоединился к своим родным.
Шестнадцатилетнего Эйнштейна поразила та атмосфера свободы и культуры, которую он нашел в Италии. Несмотря на глубокие познания в математике и физике, приобретенные главным образом путем самообразования, и не по возрасту самостоятельное мышление, Эйнштейн не выбрал себе профессию. Отец настаивал на том, чтобы сын избрал инженерное поприще и в будущем смог поправить шаткое финансовое положение семьи. Эйнштейн попытался сдать вступительные экзамены в Федеральный технологический институт в Цюрихе, для поступления в который не требовалось свидетельства об окончании средней школы. Не обладая достаточной подготовкой, он провалился на экзаменах, но директор училища, оценив математические способности Эйнштейна, направил его в Аарау, в двадцати милях к западу от Цюриха, чтобы тот закончил там гимназию. Через год, летом 1896 г., Эйнштейн успешно выдержал вступительные экзамены в Федеральный технологический институт. В Аарау Эйнштейн расцвел, наслаждаясь тесным контактом с учителями и либеральным духом, царившим в гимназии. Все прежнее вызывало у него настолько глубокое неприятие, что он подал официальное прошение о выходе из германского подданства, на что его отец согласился весьма неохотно.
В Цюрихе Эйнштейн изучал физику, больше полагаясь на самостоятельное чтение, чем на обязательные курсы. Сначала он намеревался преподавать физику, но после окончания Федерального института в 1901 г. и получения швейцарского гражданства не смог найти постоянной работы. В 1902 г. Эйнштейн стал экспертом Швейцарского патентного бюро в Берне, в котором прослужил семь лет. Для него это были счастливые и продуктивные годы. Он опубликовал одну работу о капиллярности (о том, что может произойти с поверхностью жидкости, если ее заключить в узкую трубку). Хотя жалованья едва хватало, работа в патентном бюро не была особенно обременительной и оставляла Эйнштейну достаточно сил и времени для теоретических исследований. Его первые работы были посвящены силам взаимодействия между молекулами и приложениям статистической термодинамики. Одна из них – «Новое определение размеров молекул» – была принята в качестве докторской диссертации Цюрихским университетом, и в 1905 г. Эйнштейн стал доктором наук. В том же году он опубликовал небольшую серию работ, которые не только показали его силу как физика-теоретика, но и изменили лицо всей физики.
Наибольшую известность А. Эйнштейну все же принесла теория относительности, изложенная им впервые в 1905, в статье «К электродинамике движущихся тел». Уже в юности Эйнштейн пытался понять, что увидел бы наблюдатель, если бы бросился со скоростью света вдогонку за световой волной. Теперь Эйнштейн решительно отверг концепцию эфира, что позволило рассматривать принцип равноправия всех инерциальных систем отсчета как универсальный, а не только ограниченный рамками механики.
Эйнштейн выдвинул удивительный и на первый взгляд парадоксальный постулат, что скорость света для всех наблюдателей, как бы они ни двигались, одинакова. Этот постулат (при выполнении некоторых дополнительных условий) приводит к полученным ранее ХендрикомЛоренцом формулам для преобразований координат и времени при переходе из одной инерциальной системы отсчета в другую, движущуюся относительно первой. Но Лоренц рассматривал эти преобразования как вспомогательные, или фиктивные, не имеющие непосредственного отношения к реальному пространству и времени. Эйнштейн понял реальность этих преобразований, в частности, реальность относительности одновременности.
Таким образом, принцип относительности, установленный для механики еще итальянским ученым и физиком Галилеем, был распространен на электродинамику и другие области физики. Это привело, в частности, к установлению важного универсального соотношения между массой М, энергией Е и импульсом Р: E2= М2 c4 + P2 с2 (где с — скорость света), которое можно назвать одной из теоретических предпосылок использования внутриядерной энергии.
Значительная роль Альберта Эйнштейна и в создании квантовой теории. Если Планк квантовал лишь энергию материального осциллятора, то Эйнштейн ввел в 1905 году представление о дискретной, квантовой структуре самого светового излучения, рассматривая последнее как поток квантов света, или фотонов (фотонная теория света). Таким образом, Эйнштейну принадлежит теоретическое открытие фотона, экспериментально обнаруженного в 1922 году Комптоном. Исходя из квантовой теории света, объяснил такие явления, как фотоэффект (закон Эйнштейна для фотоэффекта), правило Стокса для флюоресценции, фотоионизацию и др., которые не могла объяснить электромагнитная теория света. За эти исследования в 1921 году ученому была присуждена Нобелевская премия по физике. В 1907 году распространил идеи квантовой теории на физические процессы, непосредственно не связанные со светом. В частности, рассмотрев тепловые колебания атомов в твердом теле и использовав идеи квантовой теории, объяснил уменьшение теплоемкости твердых тел при понижении температуры, разработав первую квантовую теорию теплоемкости твердых тел. В 1909 году впервые рассмотрел корпускулярно-волновой дуализм для излучения, а также флуктуации энергии равновесного излучения, получив формулу для флуктуаций энергии. В 1912 году установил основной закон фотохимии: каждый поглощенный фотон вызывает одну элементарную фотореакцию (закон Эйнштейна). Предсказал в 1916 году явление индуцированного излучения, ввел вероятности спонтанного и вынужденного излучений (коэффициенты Эйнштейна).
В статистической физике развил в 1905 году молекулярно-статистическую теорию броуновского движения, в 1924-25 годах создал квантовую статистику частиц с целым спином (статистика Бозе-Эйнштейна).
В 1915 году предсказал и совместно с В. де Гаазом экспериментально обнаружил эффект изменения механического момента при намагничивании тела (эффект Эйнштейна-де Гааза).
В 1915 году завершил создание общей теории относительности, или современной релятивистской теории тяготения, установившей связь между пространством-временем и материей. К ее созданию Эйнштейна привел анализ известного факта, что отношение инертной массы тела к гравитационной одинаково для всех тел (принцип эквивалентности). Этот принцип вместе с принципом относительности лег в основу общей теории относительности, объяснившей сущность тяготения, состоящую в изменении геометрических свойств, искривлении четырехмерного пространства-времени вокруг тел, которые образуют поле (любая масса влияет на метрику окружающего пространства). Вывел уравнение, описывающее поле тяготения - уравнение Эйнштейна (в 1915 году общековариантные уравнения гравитационного поля получил также Гильберт). Для проверки своей теории предложил три эффекта: искривление светового луча в поле тяготения Солнца, смещение перигелия Меркурия и гравитационное красное смещение. Эти эффекты, как показали последующие эксперименты, действительно действуют и количественно правильно предсказывались общей теорией относительности. В 1916 году постулировал гравитационные волны и в 1918 году вывел формулу для мощности гравитационного излучения.
Общая теория относительности обусловила бурное развитие космологии как науки. Исходя из этой теории, Альберт Эйнштейн в 1917 году предложил новую модель Вселенной, согласно которой Вселенная представляет замкнутое трехмерное пространство (трехмерную сферу) конечного объема и неизменна во времени. Однако эта модель не соответствует действительности, поскольку Вселенная нестационарна, она расширяется. Впервые это теоретически показал А. А. Фридман, а в 1929 году было подтверждено наблюдениями (явление разбегания галактик).
Начиная с 1933 года, работы Эйнштейна были посвящены вопросам космологии и единой теории поля. Однако попытки построить такую теорию окончились неудачей. В работах Эйнштейна поднят ряд гносеологических проблем, но его философские взгляды не всегда последовательны.
В начале 1955 г. Эйнштейн стал чувствовать себя гораздо хуже, составил завещание и сказал друзьям: «Свою задачу на Земле я выполнил». Последним его трудом стало незаконченное воззвание с призывом предотвратить ядерную войну. 18 апреля 1955 г., находясь в Принстоне, скончался от аневризмы аорты. Согласно воле ученого, который всю жизнь, несмотря на мировую славу, оставался скромным, непритязательным, приветливым и несколько эксцентричным человеком, траурная церемония и кремация прошли в присутствии лишь самых близких.
Альберт Эйнштейн - выдающийся физик-теоретик, один из основоположников современной теоретической физики, которому принадлежит заслуга разработки и введения в науку целого ряда крупных физических теорий, в частности, теории относительности. Ему принадлежат труды, легшие в основу статистической физики и квантовой теории. Идеи Эйнштейна привели к принципиально иному, в сравнении с ньютоновским, пониманию физической сути времени и пространства, созданию новой теории гравитации.
Имя Альберта Эйнштейна вошло в перечень самых выдающихся людей XX столетия и одного из величайших ученых всех времен.
Эйнштейн обогатил физику с присущей только ему силой прозрения и непревзойденной игрой воображения. С детских лет он воспринимал мир как гармоническое познаваемое целое, «стоящее перед нами наподобие великой и вечной загадки». По его собственному признанию, он верил в «Бога Спинозы, являющего себя в гармонии всего сущего». Именно это «космическое религиозное чувство» побуждало Эйнштейна к поиску объяснения природы с помощью системы уравнений, которая обладала бы большой красотой и простотой.
Величие, сделанного Эйнштейном в науке, трудно переоценить. Сейчас нет практически ни одной ветви современной физики, где, так или иначе, не присутствовали бы фундаментальные понятия квантовой механики или теории относительности.
Но, пожалуй, еще важнее уверенность, которую своими трудами вселил в ученых Эйнштейн, что природа познаваема и ее законы красивы. Стремление к этой красоте и составляло смысл жизни великого ученого.
Список использованной литературы:
Лауреаты Нобелевской премии. Энциклопедия. Пер. с англ. - М.: «Прогресс», 1992.
[link]
