Jak żył

Albert Einstein przyszedł na świat w 1879 roku 14 marca, w Ulm, w Niemczech. Jeszcze w tym samym roku rodzina zmuszona była przenieść się do Monachium. Przyczyną przeprowadzki były niepowodzenia w interesach ojca Alberta, który miał fabrykę produkującą urządzenia elektryczne.

I to właśnie w Monachium, w Leopold Gymnasium rozpoczął naukę 10 - letni Albert. Od początku miał opinię dziecka zamkniętego w sobie, trudno dostosowującego się do realiów niemieckiej szkoły. Od przedmiotów humanistycznych zdecydowanie wolał matematykę, szczególnie geometrię, której nauczył się samodzielnie.

Początkowo mimo przeprowadzki rodziny do Mediolanu 15- letni Albert zdecydował się zostać w Monachium z zamiarem dokończenia gimnazjum. Nie dokonał jednak tego i ostatecznie dołączył do rodziny.

Kolejnym etapem edukacji Einsteina były studia politechnice Zurychu, na tamtejszej politechnice. Wtedy to uzmysłowił sobie, że dziedziną, w której chce się kształcić jest fizyka. Jego lekturą stały się prace Helmholtza, Maxwella i wielu innych fizyków. Einstein cechował się zapałem i dociekliwością, miał wrażenie, że uczelnia nie pozwala mu w pełni wykorzystać jego możliwości. Dyplom otrzymał w roku 1900. W czasie studiów związał się ze swoją koleżanką Milewą Maric. Owocem tego związku było dziecko, które zostało oddane do adopcji. Milewa kilka lat później została żoną naukowca. Natomiast dziecko prawdopodobnie zmarło.

Po ukończeniu studiów Einstein otrzymał pracę jako młodszy referent w urzędzie patentowym w Szwajcarii. W roku 1905 opublikował trzy przełomowe prace w XVII tomie Annalen der Physik. Publikacja tych teorii wywołała ogromną burzę w świecie fizyków i przyniosła Einsteinowi popularność. Cztery lata później rozpoczął on pracę na uczelni w Pradze, skąd powrócił w 1912 roku na skutek nastrojów antysemickich.

Od 1914 roku obejmował dwa stanowiska profesorskie: w Pruskiej Akademii Nauk i na Uniwersytecie Berlińskim. W tym to czasie mógł się skupić bezpośrednio na badaniach, które zaowocowały spektakularnymi odkryciami.

W roku 1915 Einstein opublikował swoją najważniejszą teorię - ogólną teorię względności,

a w roku 1921 został laureatem Nagrody Nobla . 

Z powodu niebezpiecznej sytuacji politycznej w Niemczech, kiedy do władzy doszedł Hitler, Einstein przeniósł się do USA, gdzie objął dożywotnio stanowisko w Instytucie Studiów Zaawansowanych w Princeton.

Einstein brał czynny udział w życiu politycznym; początkowo głosił idee pacyfistyczne, które jednak w obliczu nazistowskiego zagrożenia i rosnącej potęgi hitlerowskich Niemiec zarzucił.

W czasie II wojny światowej popierał prace zmierzające do budowy bomby jądrowej, jednak po wojnie uznał, że dalsza rozbudowa arsenału jądrowego zagraża istnieniu ludzkości, przed czym nieraz publicznie ostrzegał. W roku 1952 zaproponowano Einsteinowi prezydenturę Izraela, której nie przyjął.

W latach późniejszych Einstein stał się osobą znaną. Jego poglądy na różne tematy m.in. socjalizmu, stosunków między białymi i czarnymi, zawarte są w popularnej, często wznawianej książce Einsteina "Out of My Later Years".

Życie osobiste Einsteina nie układało się tak doskonale jak jego kariera naukowa. Pierwsze małżeństwo z Milevą Marić, skończyło się rozwodem. Z tego małżeństwa pozostało dwóch synów. Okoliczności nie sprzyjały temu małżeństwu. Od początku ciążyły wspomnienia o przedślubnym dziecku, którego się pozbyli. Poza tym Mileva nie należała do ulubienic matki Einsteina. Teściowa od początku nie była do niej przychylnie nastawiona. Dodatkowo małżeństwo Einsteinów borykało się z trudnościami finansowymi, co nie sprzyjało naukowym dywagacjom. Nic więc dziwnego, ze ten związek nie przetrwał.

Drugą żoną naukowca była jego daleka kuzynka, Elsa Lowenthal, która zmarła w 1936 roku.

Einstein nigdy nie traktował jej jak równorzędnej partnerki. Jednak niewątpliwie u jej boku znalazł tak potrzebny mu spokój.

W 1953 roku zdrowie Einsteina uległo gwałtownemu pogorszeniu, pękł mu tętniak aorty. Uczony nie wyraził zgody na operację, nie chcąc sztucznie przedłużać życia. Zmarł 2 lat później.

Teoria względności

Albert Einstein jest autorem dwóch teorii znanych pod ogólną nazwą teoria względności. Pierwsza została opublikowana szczególna teoria względności, która dotyczy obiektów poruszających się ze stałymi prędkościami. Stąd określenie szczególna czyli ograniczona tylko do pewnych przypadków, czyli ciał o stałych prędkościach. Natomiast ogólna teoria względności dotyczy obiektów poruszających się z przyspieszeniem.

Ogólna teoria względności jest w zasadzie teoria grawitacji, opiera się na założeniu o równoważności grawitacji i przyspieszenia.

Do opublikowania szczególnej teorii względności doszło w roku 1905. Miało to miejsce akurat w czasie kiedy istniał dostrzegalny konflikt między mechaniką klasyczną stworzona przez Newtona a Maxwellem i jego równaniami opisującymi elektromagnetyzm.

Wystarczy rozpatrzeć taką sytuację. Z jadącego samochodu zostaje wyrzucony kamień. Zgodnie z założeniami mechaniki klasycznej prędkość kamienia względem drogi będzie równa prędkości z jaką porusza się samochód plus prędkość jaka została nadana kamieniowi w momencie rzutu.

Maxwell zaś w swoich równaniach zakłada, że istnieje pewna wartość prędkości, która jest niezależna od tego czy obserwator znajduje się w spoczynku czy też się porusza. Jest to prędkość światła.

I właśnie na tym założeniu oparł się Einstein formułując swoją teorię. I tak rozumując według jego założeń jeśli z jadącego samochodu zostaje wysłany promień świetlny to jego prędkość zmierzona w jakimkolwiek miejscu we Wszechświecie będzie wynosiła tyle samo czyli c. 

Nie dochodzi zatem do sumowania się prędkości światła i prędkości samochodu.

Ze względu jednak na bardzo dużą wartość prędkości światła my nie jesteśmy w stanie zarejestrować różnic między szczególną teorią względności a mechaniką klasyczną. Różnica ta jest jedynie dostrzegalna dla obiektów, których prędkość jest bardzo duża.

Teoria Einsteina w roku 1908 została "przetłumaczona" na język geometryczny, w taki sposób, że czas został potraktowany jako czwarty wymiar. Początkowo nie spodobało się to Einsteinowi i odciął się od takiej postaci swojej teorii. Jednak szybko zorientował się, że takie podejście jest słuszne i stanowi punkt wyjścia do dalszych przemyśleń.

Ze szczególnej teorii względności Einsteina wynika, że obserwator znajdujący się w stacjonarnym układzie odniesienia zarejestruje wolniejszy upływ czasu. Natomiast prędkość światła będzie taka sama niezależnie od tego w jakim inercjalnym układzie odniesienia obserwator się znajdzie i czy będzie się poruszał czy nie. Poza tym z teorii jasno wynika, że żadne ciało nie może uzyskać prędkości większej niż wynosi prędkość światła.

Ze szczególnej teorii względności wynika założenie o równoważności masy i energii przedstawione przez Einsteina w słynnym wzorze 00030238.gif. 

Założenia szczególnej teorii względności były w kolejnych latach wielokrotnie sprawdzane doświadczalnie i jak na razie nie dopatrzono się żadnych nieprawidłowości. Efekty opisywane przez szczególną teorie względności są istotne w pracy np. akceleratorów gdzie cząstki przyspieszane są do bardzo dużych prędkości, niekiedy niewiele mniejszej od prędkości światła.

Jednak szczególna teorio względność świetnie sprawdza się także dla obiektów poruszających się z normalnymi prędkościami, normalnymi czyli znanymi nam z życia codziennego. Tak więc szczególna teoria względności zawiera w sobie klasyczną mechanikę newtonowską.

Dziesięć lat po opublikowaniu szczególnej teorii względności światło dzienne ujrzała ogólna teoria względności. Po raz pierwszy została przedstawiona przez Einsteina na wykładach w Pruskiej Akademii Nauk. Miało to miejsce w 1915 roku.

Ogólna teoria względności jak już wyżej zostało powiedziane opierała się w głównej mierze na zasadzie równoważności grawitacji i przyspieszenia. Czyli można założyć, że efekty działania przyspieszenia są identyczne jak efekty działania jednorodnego pola grawitacyjnego. Tak więc masa grawitacyjna i masa bezwładna są sobie równoważne.

Równoważność taką najlepiej zilustrować na przykładzie statku kosmicznego. Na początku statek przyspieszany jest przez pracujące silniki. Kiedy jednak silniki zostaną wyłączone wówczas przedmioty znajdujące się wewnątrz znajdują się w stanie nieważkości.

Wnioskiem wynikającym z zasady równoważności przyspieszenia i grawitacji jest to, że grawitacja musi powodować zakrzywienie drogi światła o konkretną wartość, którą można obliczyć. Nie był to wniosek szczególnie zaskakujący bowiem takie samo założenie zrobił wcześniej Newton. Tyle tylko, że wielkość zakrzywienia przewidziana przez Einsteina była dwa razy większa.

Słuszna okazała się wielkość przewidziana przez Einsteina. Udało się to stwierdzić na podstawie pomiarów przeprowadzonych podczas zaćmienia Słońca w roku 1919. Dokonano wówczas pomiarów zakrzywienia światła gwiazd pod wpływem grawitacji słonecznej.

Ostatecznie Einstein sformułował wniosek, że sama obecność materii ma wpływ na wygięcie czasoprzestrzeni. A sama krzywizna wpływa natomiast na ruch wszystkich obiektów, które znajdą się w jej rejonie. Dotyczy to zarówno ciał niebieskich takich jak planety jak również promieni świetlnych.

Ogólna teoria względności w dobry sposób opisuje zachowanie się materii we Wszechświecie jak również zależności między materią, czasem i przestrzenią.

Jednym z eksperymentów myślowych zaproponowanych przez Alberta Einsteina był eksperyment z "zegarem w pudle". Eksperymenty myślowe mają to do siebie, że ich założeniem nie jest zaistnienie w praktyce ale pozostanie w sferze umysłu. Niemniej jednak, aby uniknąć zafałszowań zawsze należy myśleć w kategoriach praktycznych.

Eksperyment z "zegarem w pudle" został stworzony przez Einsteina jako próba ominięcia założeń fizyki kwantowej. Szczególnie dotyczyło to zasady nieoznaczoności Heisenberga. Tak więc celem tego eksperymentu miała być możliwość jednoczesnego dokładnego pomiaru dwóch zmiennych czyli w tym przypadku masy i położenia jakiejś cząstki. Jak wiadomo zasada nieoznaczoności wyklucza taką możliwość. Przedmiotem wykorzystanym w eksperymencie było pudło. Jedna ze ścianek tego pudła zawierała przesłonę, która mogła być otwierana i zamykana a mechanizmem tym sterował znajdujący się w pudle zegar.

W pudle tym znajduje się promieniowanie. I teraz w pewnym momencie dochodzi do otwarcia przesłony. W tym czasie tylko jeden z fotonów opuszcza pudło. Einstein założył, że pudło to można zmierzyć przed i po wypuszczeniu fotonu. W ten sposób można wyznaczyć energię fotonu, który uciekł z pudła, bo jak wiadomo energii równoważna jest masa wyznaczona przez wagę. Wydawałoby się zatem, że udało się wyznaczyć dokładnie energię fotonu i czas jego ucieczki z pudła.

Oznaczałoby to, że zasada nieoznaczoności została naruszona. Jednak okazało się, że nie można tak szybko wyciągać wniosków. Wyniki eksperymentu myślowego zakwestionował Bohr. Zaczął się mianowicie zastanawiać w jaki sposób można zważyć to pudło. Jeśli pomiaru dokonamy w polu grawitacyjnym to na początku przed ucieczką fotonu zarejestrujemy na wadze pewna wartość. Potem po ucieczce dodamy ciężarek, żeby zrównoważyć ciężar, który ubył wraz z fotonem. I wszystko byłoby w porządku gdyby nie to, że zasadzie nieoznaczoności podlega także sam pomiar wagi.

Tak więc w rezultacie okazało się, że zasady nieoznaczoności nie da się ominąć. I właśnie jako dowód na to do historii nauki wszedł eksperyment myślowy Einsteina z "zegarem w pudle".

Na koniec krótkie podsumowanie dotyczące najważniejszych momentów z życia Alberta Einsteina.

1879 r. - jest to roku urodzenia Alberta Einsteina i jednocześnie rok przeprowadzki całej rodziny do Monachium.

1896 r. - Einstein został przyjęty na ETH czyli politechnikę w Zurychu

1900 r. - po zdaniu końcowych egzaminów ukończył uczelnię

1901 r.- Einstein uzyskał obywatelstwo szwajcarskie

1905 r. - jest to rok publikacji trzech artykułów Einsteina dotyczących: szczególnej teorii względności oraz ruchów Browna i efektu fotoelektrycznego.

1909 r. - Einstein otrzymał pierwsze stanowisko akademickie na uniwersytecie w Zurychu

1914 r. - Einstein przeniósł się do Berlina, do Instytutu im. Cesarza Wilhelma . Później instytut ten przemianowano na im. Maksa Plancka.

1915 r. - rok publikacji ogólnej teorii względności.

1921 r. - Einstein został laureatem Nagrody Nobla za prace nad wyjaśnieniem efektu fotoelektrycznego

1933 r. - Einstein przyjął stanowisko profesora w Instytucie Studiów Zaawansowanych w Princeton. Stanowisko to obejmował aż do śmierci.

1940 r. - Einstein otrzymał obywatelstwo amerykańskie

1945 r. - uczony rozpoczął starania o ustanowienie komisji kontrolującej broń atomowa na świecie

1952 r. - otrzymał propozycję objęcia stanowiska prezydenta Izraela. Uczony nie przyjął nominacji.

1955 r. - rok śmierci Alberta Einsteina.

I już całkiem na koniec kilka cytatów Alberta Einsteina pokazujących co uczony myślał o samym sobie. Cytaty zaczerpnięte ze strony http://pl.wikiquote.org/.

  • "Moje doznania mają naturę religijną w tym sensie, iż jestem świadomy, że umysł ludzki jest zbyt ograniczony, by głębiej wniknąć w harmonię Wszechświata, którą nazywamy "prawami natury".
  • "Moje poglądy bliskie są poglądom Spinozy: podziw dla piękna oraz wiara w logiczną prostotę porządku i harmonii, które w naszej znikomości możemy pojąć jedynie w sposób bardzo niedoskonały. Uważam, że musimy się pogodzić z tą niedoskonałością naszej wiedzy i poznania oraz traktować wartości i powinności moralne jako problemy czysto ludzkie"
  • "Jeżeli moja teoria względności okaże się słuszna, Niemcy powiedzą, że jestem Niemcem, a Francuzi, że obywatelem świata. Jeśliby miała się okazać błędna, Francja oświadczyłaby, że jestem Niemcem, a Niemcy, że jestem Żydem"
  • "Jak to się dzieje, że nikt mnie nie rozumie, a wszyscy mnie uwielbiają?"