Einstein Storms den vitenskapelige verden

Når Einstein begynte sin forskning som en amatør vitenskapsmann, var det to store problemer:

  • Lys var kjent for å være en bølge, men måtte betraktes som består av klumper - ikke Waves - å forklare det ultrafiolette katastrofe (observasjonen at varme gjenstander avgir mindre ultrafiolett lys, og mer lys av andre farger).
  • I mekanikk, resultatene av forsøkene er identiske i bevegelse eller i ro (all bevegelse er relativ, og det er ingen absolutt bevegelse). Ikke så i elektromagnetisme, fordi du kan være i ro i eteren (det er absolutt bevegelse).

Forskere kjempet for å gjøre eksisterende teorier fungerer, men mer og mer ble de blir klar over sine mangler. Var det duket for Einstein å skrive historie, og i 1905, gjorde han nettopp det.

Hva gjorde Einstein oppnå i løpet av hans år av mirakler? Han skrev og publiserte fem vitenskapelige artikler som ville endre fysikk for alltid:

1. 17 mars: ". På en heuristisk synspunkt om produksjon og transformasjon av lys" Dette papiret la grunnlaget for kvanteteorien med innføringen av begrepet kvanter av energi, eller fotoner.

2. 30 april: "En ny bestemmelse av molekylære dimensjoner." Dette var Einsteins doktoravhandling, som Universitetet i Zürich akseptert i juli. Selv om det ikke er revolusjonerende, hjulpet av dette papir påvise molekyler.

3. 11.5: ". Ved bevegelse av små partikler suspendert i en stillestående væske" Dette papiret ikke bare forklarte sikksakk bevegelse av en flekk i en væske (kalt Brownske bevegelser), som hadde forvirret forskere i lang tid, men viste også realiteten av molekyler.

4. 30 juni: ". På elektrodynamikk av bevegelige organer" Dette var Einsteins første papir på relativitetsteorien.

5. September 27: "Har et objekts treghet avhenge av energiinnholdet?" Denne andre papir på relativitetsteorien inneholdt Einstein mest berømte ligning: E = mc 2.

Allerede før den første artikkelen ble publisert, mistenkt Einstein at det han var i ferd med å gjøre var av stor betydning. I mai 1905, skrev han til en av hans nærmeste venner:

Jeg lover deg fire avisene. . . det første som jeg kan sende deg snart, siden jeg vil motta gratis opptrykk. Papiret omhandler stråling og energiegenskapene til lys og er veldig revolusjonerende, som du vil se. . .

Den første artikkelen fra 1905 sikkert var revolusjonerende. Det la grunnlaget for kvanteteorien. Einstein vant Nobelprisen i fysikk flere år senere for dette arbeidet.

Som om ikke det var nok, den fjerde papir og femte papirer som Einstein publiserte det året var også revolusjonerende. De to andre papirene var også svært viktig fordi de bidro til å etablere eksistensen av atomer og molekyler, som ikke ble ennå universelt akseptert. Men i motsetning til de tre andre, gjorde de ikke slår den vitenskapelige verden opp ned.

Bestemmelse av innholdet av lyset

Einstein løst den første store problemet i fysikk med thefirst papir av hans mirakel år, papiret på lyset quantum.

Tyske fysikeren Max Planck hadde brukt en matematisk triks for å forklare stråling i den ultrafiolette delen av spekteret; Han buntet lys inn kvanter av energi. I den første artikkelen fra 1905, Einstein gjorde Plancks kvanter en eiendom av lys og av all elektromagnetisk stråling (radiobølger, røntgen, ultrafiolett og infrarødt lys, og så videre). Det er ikke så lett er klumpete i noen tilfeller. Lys er alltid klumpete, som en partikkel. Den kommer i bunter. Lyset slippes ut av varme gjenstander er ikke liksom delt inn i disse bunter. Lys består av disse buntene, disse fotonene som de kalles, som ikke kan deles.

Ved å gjøre lumpiness en eiendom av lys, Einstein banet vei for utviklingen av kvanteteorien som skulle finne sted på 1920-tallet. Kvanteteorien senere skulle forklare at lys er både en bølge og en partikkel. Lys oppfører seg som en bølge under visse forhold, og under andre forhold, oppfører det seg som en partikkel. Kvanteteorien integrerer både atferd sømløst.

Selv om Einsteins første papiret ble lest med stor interesse, de fleste fysikere ikke tro hans idé om fotoner av lys, inkludert Planck selv i utgangspunktet. For de neste 15 årene, Einstein var nesten den eneste som trodde på lyset quantum idé. Men kvanteteorien, utviklet av andre fysikere i 1920 basert på Einsteins arbeid, skulle bli den mest vellykkede fysikk teori noensinne.

Einsteins første papir av 1905 forklarte også et fenomen som kalles den fotoelektriske effekten i en smart, men enkel måte. I 1921, etter at Einstein hadde allerede blitt verdenskjent, Nobelkomiteen tildelte ham Nobelprisen i fysikk for denne oppdagelsen.

Eliminere eteren

En sentral motsetning mellom mekanikk og elektromagnetisme var eksistensen av absolutt bevegelse. Ifølge Newton, er all bevegelse i forhold - absolutt bevegelse kan ikke eksistere. Men ifølge Maxwell, kan det.

Einstein ensidig med mekanikk. I sin fjerde papir av 1905, ofte referert til som relativitets papir (selv om ordet relativitets ikke vises i tittelen), Einstein omformuleres elektromagnetisme, slik at det også vil forbli uendret om personen observere var i ro eller beveger seg med en konstant hastighet. Med andre ord, modifisert elektromagnetisme han slik at dens beskrivelse vil avhenge bare av relativ bevegelse, uten behov for eteren. Lys trenger ikke et stoff å gå gjennom. Den kan bevege seg i det tomme rommet mellom stjernene.

Med utgivelsen av dette papiret ble eter gått fra fysikk. Ifølge Einstein, betyr absolutte bevegelse eksisterer. Når du er på et fly, har du ingen måte å fortelle, uten å se ut av vinduet, uansett om du er i bevegelse eller i ro. Alle fysiske lover, de av mekanikk og de av elektromagnetisme, er de samme overalt i universet, uansett hvor du beveger deg (forutsatt at du ikke akselerere).

Einstein utvidet ideen om relativ bevegelse for å tenne selv. Hvem som helst, hvor som helst i universet, enten i ro eller i bevegelse med konstant fart, måler alltid den samme lysets hastighet.

Alle thephysics kjente på timefollowed de enkle prinsippene som Einstein fremsatt i hans relativitets papir. Og alle fysikk funn siden da har fulgt disse prinsippene. Einsteins papir ikke bare fikse problemene med elektromagnetisme; det faktisk opprettet en ny måte å se verden på.

Vi presenterer E = mc 2

Einsteins endelige papir av 1905, som også var den siste av hans revolusjonerende papirer, inneholdt den berømte E = mc 2 ligningen. Dette papiret var mer av en oppfølger til den første relativitets papir enn en introduksjon til en ny ligning.

I denne vakre tre-siders papir, Einstein brukte elektromagnetiske ligninger fra hans første relativitets papir for å forklare at energi har masse. To år senere, innså han at det motsatte bør også være sant, må det masse av noe slag har energi. Ifølge Einstein, masse og energi er ekvivalente. Et formål masse er en form for energi, og energien er en form av masse.

Her er noen eksempler på hvordan dette lille ligningen har forandret våre liv i store måter:

  • Forskere har brukt mer enn 40 år å finne en måte å demonstrere realiteten av E = mc 2. Verdens hendelser gjort denne demonstrasjonen veldig dramatisk med utviklingen av atombomben, som først ble prøvd i ørkenen i Alamogordo, New Mexico, i juli 1945. En måned senere, ble bomben falt for real i Hiroshima og Nagasaki, Japan. Den energi som frigjøres av bomben kommer fra kjernefisjon, splitting av uran-235 kjerne.
  • E = mc 2 gir oppskriften for omdannelse av en del av den urankjernen til energi. Det samme oppskrift gjelder for en atomreaktor, med unntagelse av at produksjon av energi styres med meget nøyaktige prosedyrer.
  • Sammen med den senere utviklingen av kvantefysikken, E = mc 2 bidro til å forklare en annen mangeårig problem: forstå hvordan solen brenner drivstoffet og genererer energi som gjør mulig liv på jorden.