Kaip Albertas Einšteinas kovojo už Europos taiką ir teorinę fiziką

2024 Autorius: Malcolm Clapton | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 04:04

Apie tai, kaip mokslas glaudžiai susipynė su politika.

Pačioje XX amžiaus pradžioje fizikoje buvo padaryti kolosalūs atradimai, kurių nemažai priklausė Albertui Einšteinui, bendrosios reliatyvumo teorijos kūrėjui.

Mokslininkai buvo ant visiškai naujo požiūrio į Visatą slenksčio, todėl jiems reikėjo intelektualinės drąsos, noro pasinerti į teoriją ir įgūdžių, susijusių su sudėtingu matematiniu aparatu. Iššūkį priėmė ne visi, ir, kaip kartais nutinka, moksliniai ginčai buvo uždėti ant politinių skirtumų, kuriuos iš pradžių sukėlė Pirmasis pasaulinis karas, o vėliau Hitlerio atėjimas į valdžią Vokietijoje. Einšteinas taip pat buvo pagrindinė figūra, aplink kurią lūždavo ietis.

Einšteinas prieš visus

Prasidėjus Pirmajam pasauliniam karui, dalyvaujančių valstybių gyventojų, įskaitant mokslininkus, patriotinis pakilimas.

1914 m. Vokietijoje 93 mokslininkai ir kultūros veikėjai, įskaitant Maxą Plancką, Fritzą Haberį ir Wilhelmą Rentgeną, paskelbė manifestą, kuriame išreiškė visišką paramą valstybei ir jos vykdomam karui: „Mes, Vokietijos mokslo ir meno atstovai, protestuojame prieš visas kultūrinis pasaulis prieš melą ir šmeižtą, kuriuo mūsų priešai bando suteršti teisingą Vokietijos reikalą jai primestoje sunkioje kovoje už būvį. Be vokiško militarizmo vokiečių kultūra jau seniai būtų sunaikinta pačioje jos pradžioje. Vokiečių militarizmas yra vokiečių kultūros produktas ir gimė šalyje, kuri, kaip ir jokia kita pasaulio šalis, šimtmečius patyrė grobuoniškus reidus.

Nepaisant to, buvo vokiečių mokslininkas, kuris griežtai pasisakė prieš tokias idėjas. Albertas Einšteinas 1915 m. paskelbė atsakomojo pobūdžio manifestą „Europiečiams“: „Niekada anksčiau karas taip netrikdė kultūrų sąveikos. Išsilavinusių ir geros valios europiečių pareiga neleisti Europai pasiduoti. Tačiau šį kreipimąsi, be paties Einšteino, pasirašė tik trys žmonės.

Einšteinas vokiečių mokslininku tapo visai neseniai, nors gimė Vokietijoje. Jis baigė mokyklą ir universitetą Šveicarijoje, o po to beveik dešimt metų įvairūs Europos universitetai atsisakė jį priimti į darbą. Tai iš dalies lėmė tai, kaip Einšteinas kreipėsi į prašymą apsvarstyti jo kandidatūrą.

Taigi laiške Pauliui Drude'ui, elektroninės metalų teorijos kūrėjui, jis pirmiausia atkreipė dėmesį į dvi jo teorijoje esančias klaidas ir tik tada paprašė būti įdarbintas.

Dėl to Einšteinas turėjo įsidarbinti Šveicarijos patentų biure Berne ir tik pačioje 1909 metų pabaigoje jam pavyko gauti pareigas Ciuricho universitete. Ir jau 1913 m. pats Maxas Planckas kartu su būsimu Nobelio chemijos premijos laureatu Walteriu Nernstu asmeniškai atvyko į Ciurichą, norėdamas įtikinti Einšteiną priimti Vokietijos pilietybę, persikelti į Berlyną ir tapti Prūsijos mokslų akademijos nariu bei instituto direktoriumi. fizikos.

Einšteino darbas patentų biure moksliniu požiūriu buvo stebėtinai produktyvus. „Kai kas nors praeidavo pro šalį, savo užrašus įdėdavau į stalčių ir apsimesdavau, kad dirbu patentinius darbus“, – prisiminė jis. 1905-ieji į mokslo istoriją įėjo kaip annus mirabilis, „stebuklų metai“.

Šiais metais žurnalas Annalen der Physik paskelbė keturis Einšteino straipsnius, kuriuose jis sugebėjo teoriškai apibūdinti Brauno judėjimą, paaiškinti, pasitelkdamas Plancko šviesos kvantų idėją, fotoefektą arba elektronų, išbėgančių iš metalo, poveikį. jis apšvitinamas šviesa (būtent tokio eksperimento metu J. J. Tomsonas atrado elektroną) ir įneša lemiamą indėlį kuriant specialiąją reliatyvumo teoriją.

Nuostabus sutapimas: reliatyvumo teorija atsirado beveik kartu su kvantų teorija ir lygiai taip pat netikėtai ir negrįžtamai pakeitė fizikos pagrindus.

XIX amžiuje buvo tvirtai įsitvirtinusi banginė šviesos prigimtis, o mokslininkai domėjosi, kaip yra išdėstyta medžiaga, kurioje šios bangos sklinda.

Nepaisant to, kad eterio (taip vadinasi ši medžiaga) niekas dar nėra tiesiogiai stebėjęs, abejonių, kad jis egzistuoja ir persmelkia visą Visatą, nekilo: buvo aišku, kad banga turi sklisti kažkokioje tamprioje terpėje, t. pagal analogiją su apskritimais iš užmesto ant vandens akmens: vandens paviršius akmens kritimo taške pradeda svyruoti, o kadangi jis yra elastingas, svyravimai persiduoda į gretimus taškus, iš jų į gretimus ir tt įjungta. Po atomų ir elektronų atradimo nieko nenustebino ir esamais instrumentais neįžiūrimų fizinių objektų egzistavimas.

Vienas iš paprastų klausimų, į kurį klasikinė fizika negalėjo rasti atsakymo, buvo toks: ar eterį nuneša jame judantys kūnai? Iki XIX amžiaus pabaigos kai kurie eksperimentai įtikinamai parodė, kad eterį visiškai nunešė judantys kūnai, o kiti ir ne mažiau įtikinamai, kad jį nunešė tik iš dalies.

Apskritimai ant vandens yra vienas iš bangos elastingoje terpėje pavyzdžių. Jei judantis kūnas neneša eterio, tai šviesos greitis kūno atžvilgiu bus šviesos greičio eterio atžvilgiu ir paties kūno greičio suma. Jei jis visiškai įtrauks eterį (kaip nutinka judant klampiame skystyje), tada šviesos greitis kūno atžvilgiu bus lygus šviesos greičiui eterio atžvilgiu ir niekaip nepriklausys nuo jo greičio. pats kūnas.

Prancūzų fizikas Louisas Fizeau 1851 metais parodė, kad eterį iš dalies nuneša judanti vandens srovė. 1880–1887 m. eksperimentų serijoje amerikiečiai Albertas Michelsonas ir Edwardas Morley, viena vertus, tiksliau patvirtino Fizeau išvadą, kita vertus, išsiaiškino, kad Žemė, besisukdama aplink Saulę, visiškai įtraukia. eteris su juo, tai yra, šviesos greitis Žemėje nepriklauso nuo to, kaip ji juda.

Norėdami nustatyti, kaip Žemė juda eterio atžvilgiu, Michelsonas ir Morley sukonstravo specialų instrumentą – interferometrą (žr. diagramą žemiau). Šviesa iš šaltinio krenta ant pusiau permatomos plokštės, iš kurios ji iš dalies atsispindi veidrodyje 1 ir iš dalies pereina į veidrodį 2 (veidrodžiai yra vienodu atstumu nuo plokštės). Nuo veidrodžių atsispindėję spinduliai vėl krenta ant pusiau permatomos plokštės ir iš jos kartu patenka į detektorių, ant kurio atsiranda trukdžių raštas.

Jei Žemė juda eterio atžvilgiu, pavyzdžiui, veidrodžio 2 kryptimi, tada šviesos greitis horizontalia ir vertikalia kryptimis nesutaps, o tai turėtų lemti fazinį bangų poslinkį, atsispindintį iš skirtingų veidrodžių. detektorius (pavyzdžiui, kaip parodyta diagramoje, apačioje dešinėje). Iš tikrųjų poslinkio nepastebėta (žr. apačioje kairėje).

Einšteinas prieš Niutoną

Bandydami suprasti eterio judėjimą ir šviesos sklidimą jame, Lorentzas ir prancūzų matematikas Henri Poincaré turėjo daryti prielaidą, kad judančių kūnų matmenys keičiasi, palyginti su stacionarių kūnų matmenimis, ir, be to, laikas. judantys kūnai teka lėčiau. Sunku įsivaizduoti – o Lorentzas šias prielaidas traktavo labiau kaip matematinį triuką, o ne fizinį efektą – tačiau jos leido suderinti mechaniką, elektromagnetinę šviesos teoriją ir eksperimentinius duomenis.

Einšteinas dviejuose straipsniuose 1905 m., remdamasis šiais intuityviais samprotavimais, sugebėjo sukurti nuoseklią teoriją, kurioje visi šie nuostabūs efektai yra dviejų postulatų pasekmė:

• šviesos greitis yra pastovus ir nepriklauso nuo to, kaip juda šaltinis ir imtuvas (ir yra lygus apie 300 000 kilometrų per sekundę);
• bet kuriai fizinei sistemai fizikiniai dėsniai veikia vienodai, nepriklausomai nuo to, ar ji juda be pagreičio (bet kokiu greičiu), ar yra ramybės būsenoje.

Ir jis išvedė garsiausią fizikinę formulę – E = mc²! Be to, dėl pirmojo postulato eterio judėjimas nustojo būti, o Einšteinas jo tiesiog atsisakė – šviesa gali sklisti tuštumoje.

Visų pirma laiko išsiplėtimo efektas veda į garsųjį „dvynių paradoksą“. Jei vienas iš dviejų dvynių, Ivanas, iškeliauja erdvėlaiviu į žvaigždes, o antrasis, Petras, liks jo laukti Žemėje, tada jam grįžus paaiškės, kad Ivanas nuo seno yra senesnis nei Petras. jo greitai judantis erdvėlaivis tekėjo lėčiau.nei Žemėje.

Šis efektas, kaip ir kiti skirtumai tarp reliatyvumo teorijos ir įprastos mechanikos, pasireiškia tik milžinišku judėjimo greičiu, palyginamu su šviesos greičiu, todėl kasdieniame gyvenime su juo niekada nesusiduriame. Įprasto greičio, kurį sutinkame Žemėje, dalis v / c (prisiminkime, c = 300 000 kilometrų per sekundę) labai mažai skiriasi nuo nulio, ir mes grįžtame į pažįstamą ir jaukų mokyklinės mechanikos pasaulį.

Nepaisant to, reikia atsižvelgti į reliatyvumo teorijos poveikį, pavyzdžiui, sinchronizuojant GPS palydovų laikrodžius su antžeminiais, kad padėties nustatymo sistema veiktų tiksliai. Be to, laiko išsiplėtimo poveikis pasireiškia elementariųjų dalelių tyrimuose. Daugelis jų yra nestabilūs ir per labai trumpą laiką virsta kitais. Tačiau dažniausiai jie juda greitai ir dėl to pailgėja laikas iki jų transformacijos stebėtojo požiūriu, todėl galima juos registruoti ir tirti.

Specialioji reliatyvumo teorija atsirado dėl poreikio suderinti elektromagnetinę šviesos teoriją su greitai (ir pastoviu greičiu) judančių kūnų mechanika. Persikėlęs į Vokietiją, Einšteinas baigė bendrąją reliatyvumo teoriją (GTR), kur prie elektromagnetinių ir mechaninių reiškinių pridėjo gravitaciją. Paaiškėjo, kad gravitacinį lauką galima apibūdinti kaip masyvios erdvės ir laiko kūno deformaciją.

Viena iš bendrosios reliatyvumo teorijos pasekmių yra spindulio trajektorijos kreivumas, kai šviesa praeina šalia didelės masės. Pirmasis bandymas eksperimentiškai patikrinti bendrąjį reliatyvumą turėjo įvykti 1914 m. vasarą Kryme stebint saulės užtemimą. Tačiau vokiečių astronomų komanda buvo internuota dėl karo pradžios. Tai tam tikra prasme išgelbėjo bendrosios reliatyvumo teorijos reputaciją, nes tuo momentu teorijoje buvo klaidų ir neteisingai prognozuojamas pluošto nukrypimo kampas.

1919 metais anglų fizikas Arthuras Eddingtonas, stebėdamas Saulės užtemimą Prinsipės saloje prie vakarinės Afrikos pakrantės, sugebėjo patvirtinti, kad žvaigždės šviesa (ji tapo matoma dėl to, kad Saulė jos neužtemdė), einantis pro Saulę, nukrypsta lygiai tokiu pat kampu, kaip ir prognozuojamos Einšteino lygtys.

Eddingtono atradimas padarė Einšteiną superžvaigžde.

1919 m. lapkričio 7 d., Paryžiaus taikos konferencijos viduryje, kai atrodė, kad visas dėmesys buvo sutelktas į tai, kaip pasaulis egzistuos po Pirmojo pasaulinio karo, Londono laikraštis „The Times“paskelbė vedamąjį straipsnį: „Mokslo revoliucija: A. Naujoji Visatos teorija, Niutono idėjos nugalėtos.

Žurnalistai visur vijosi Einšteiną, vargindami jį prašymais trumpai paaiškinti reliatyvumo teoriją, o salės, kuriose jis skaitė viešas paskaitas, buvo perpildytos (tuo pačiu, sprendžiant iš amžininkų atsiliepimų, Einšteinas nebuvo labai geras dėstytojas).; auditorija nesuprato paskaitos esmės, bet vis tiek atėjo pasižiūrėti įžymybės).

1921 m. Einšteinas kartu su anglų biochemiku ir būsimu Izraelio prezidentu Chaimu Weizmannu išvyko į paskaitų turą po JAV, siekdamas surinkti lėšų žydų gyvenvietėms Palestinoje paremti. Kaip rašo „The New York Times“, „Metropolitan Opera buvo užimta kiekviena vieta, nuo orkestro duobės iki paskutinės galerijos eilės, šimtai žmonių stovėjo praėjimuose“. Laikraščio korespondentas pabrėžė: „Einšteinas kalbėjo vokiškai, bet trokšdamas pamatyti ir išgirsti žmogų, kuris mokslinę Visatos sampratą papildė nauja erdvės, laiko ir judėjimo teorija, užėmė visas salėje vietas“.

Nepaisant sėkmės plačiojoje visuomenėje, reliatyvumo teorija mokslo bendruomenėje buvo priimta labai sunkiai.

1910–1921 metais progresyviai nusiteikę kolegos dešimt kartų nominavo Einšteiną Nobelio fizikos premijai, tačiau konservatyvus Nobelio komitetas kiekvieną kartą atsisakydavo, motyvuodamas tuo, kad reliatyvumo teorija dar negavo pakankamai eksperimentinio patvirtinimo.

Po Eddingtono ekspedicijos tai ėmė jaustis vis skandalingiau ir 1921 m., vis dar neįtikinti, komiteto nariai priėmė elegantišką sprendimą – skirti Einšteinui premiją, visiškai neminėdami apie reliatyvumo teoriją, būtent: nuopelnus teorinei fizikai ir ypač už fotoelektrinio efekto dėsnio atradimą“.

Arijų fizika prieš Einšteiną

Einšteino populiarumas Vakaruose sukėlė skausmingą kolegų Vokietijoje reakciją, kuri po karingo 1914 m. manifesto ir pralaimėjimo Pirmajame pasauliniame kare atsidūrė praktiškai izoliuoti. 1921 m. Einšteinas buvo vienintelis vokiečių mokslininkas, gavęs kvietimą į Pasaulinį Solvay fizikos kongresą Briuselyje (tačiau į kurį jis neatsižvelgė ir pasisakė už kelionę į JAV su Weizmannu).

Tuo pačiu metu, nepaisant ideologinių skirtumų, Einšteinas sugebėjo palaikyti draugiškus santykius su dauguma savo patriotiškų kolegų. Tačiau iš kraštutinių dešiniųjų kolegijų studentų ir akademikų sparno Einšteinas įgijo išdaviko, vedančio Vokietijos mokslą klystkeliais, reputaciją.

Vienas iš šio sparno atstovų buvo Philipas Leonardas. Nepaisant to, kad 1905 m. Lenardas gavo Nobelio fizikos premiją už eksperimentinį fotoelektrinio efekto sukurtų elektronų tyrimą, jis visą laiką kentėjo dėl to, kad jo indėlis į mokslą nebuvo pakankamai pripažintas.

Pirma, 1893 m. jis paskolino savo pagamintą išleidimo vamzdį Rentgenui, o 1895 m. Rentgenas išsiaiškino, kad išleidimo vamzdžiai skleidžia mokslui dar nežinomus spindulius. Lenardas manė, kad atradimas turėtų būti bent jau bendras, tačiau visa atradimo šlovė ir Nobelio fizikos premija 1901 m. atiteko vien Rentgenui. Lenardas pasipiktino ir pareiškė esąs spindulių motina, o Rentgenas – tik akušerė. Tuo pačiu metu, matyt, Rentgenas nenaudojo Lenardo vamzdžio lemiamiems eksperimentams.

Išlydžio vamzdis, su kuriuo Lenardas tyrinėjo elektronus fotoelektriniame efekte, o Rentgenas atrado jo spinduliuotę

Išlydžio vamzdis, su kuriuo Lenardas tyrinėjo elektronus fotoelektriniame efekte, o Rentgenas atrado jo spinduliuotę

Antra, Lenardą labai įžeidė britų fizika. Jis ginčijo Tomsono elektrono atradimo prioritetą ir apkaltino anglų mokslininką neteisingai nurodant jo darbą. Lenardas sukūrė atomo modelį, kurį galima laikyti Rutherfordo modelio pirmtaku, tačiau tai nebuvo tinkamai pažymėta. Nenuostabu, kad Lenardas britus vadino samdinių ir apgaulingų prekeivių tauta, o vokiečius – priešingai – didvyrių tauta, o prasidėjus Pirmajam pasauliniam karui pasiūlė surengti intelektualinę žemyninę Didžiosios Britanijos blokadą..

Trečia, Einšteinas sugebėjo teoriškai paaiškinti fotoelektrinį efektą, o Lenardas 1913 m., dar prieš nesutarimus, susijusius su karu, netgi rekomendavo jį užimti profesoriaus vietą. Tačiau Nobelio premija už fotoelektrinio efekto dėsnio atradimą 1921 m. buvo skirta tik Einšteinui.

1920-ųjų pradžia Lenardui apskritai buvo sunkus laikas. Jis susirėmė su entuziastingais kairiųjų pažiūrų studentais ir buvo viešai pažemintas, kai po žydų kilmės liberalaus politiko ir Vokietijos užsienio reikalų ministro Walterio Rathenau nužudymo atsisakė nuleisti vėliavą ant savo instituto pastato Heidelberge.

Jo santaupos, investuotos į valstybės skolas, buvo išdegintos dėl infliacijos, o 1922 m. jo vienintelis sūnus mirė nuo netinkamos mitybos per karą. Lenardas pradėjo manyti, kad Vokietijos problemos (taip pat ir Vokietijos moksle) yra žydų sąmokslo pasekmė.

Artimas Lenardo bendražygis tuo metu buvo Johannesas Starkas, 1919 m. Nobelio fizikos premijos laureatas, taip pat linkęs dėl savo nesėkmių kaltinti žydų machinacijas. Po karo Starkas, priešindamasis liberaliajai fizikų draugijai, organizavo konservatyvią „Vokietijos universitetų dėstytojų profesinę bendruomenę“, kurios pagalba bandė kontroliuoti mokslinių tyrimų finansavimą ir paskyrimus į mokslo ir dėstytojų pareigas, tačiau nepavyko.. Po nesėkmingo abituriento gynimo 1922 m. Starkas pareiškė, kad jį supa Einšteino gerbėjai, ir atsistatydino iš universiteto profesoriaus pareigų.

1924 m., praėjus šešiems mėnesiams po alaus pučo, Grossdeutsche Zeitung paskelbė Lenardo ir Starko straipsnį „Hitlerio dvasia ir mokslas“. Autoriai palygino Hitlerį su tokiais mokslo milžinais kaip Galilėjus, Kepleris, Niutonas ir Faradėjus („Kokia palaima, kad šis kūno genijus gyvena tarp mūsų!“), taip pat gyrė arijų genijų ir pasmerkė gadinantį judaizmą.

Pasak Lenardo ir Starko, moksle žalinga žydų įtaka pasireiškė naujomis teorinės fizikos kryptimis – kvantine mechanika ir reliatyvumo teorija, kurios reikalavo atmesti senas sąvokas ir naudojo sudėtingą ir nepažįstamą matematinį aparatą.

Vyresnio amžiaus mokslininkams, net ir tokiems talentingiems kaip Lenardas, tai buvo iššūkis, kurį tik nedaugelis sugebėjo priimti.

Lenardas supriešino „žydišką“, tai yra teorinę, fiziką su „arijų“, tai yra, eksperimentine, ir reikalavo, kad vokiečių mokslas sutelktų dėmesį į pastarąjį. Vadovėlio „Vokiečių fizika“pratarmėje rašė: „Vokietiška fizika? – paklaus žmonės. Taip pat galėčiau pasakyti arijų fiziką arba šiauriečių fiziką, tiesos ieškotojų fiziką, fiziką tų, kurie įkūrė mokslinius tyrimus.

Lenardo ir Starko „arijų fizika“ilgą laiką išliko ribiniu reiškiniu, o įvairios kilmės fizikai Vokietijoje užsiėmė aukščiausio lygio teoriniais ir eksperimentiniais tyrimais.

Viskas pasikeitė, kai Adolfas Hitleris tapo Vokietijos kancleriu 1933 m. Einšteinas, tuo metu buvęs JAV, atsisakė Vokietijos pilietybės ir narystės Mokslų akademijoje, o Akademijos prezidentas Maxas Planckas pasveikino šį sprendimą: „Nepaisant gilios bedugnės, skiriančios mūsų politines pažiūras, mūsų asmeninė draugystė visada išliks nepakitusi. “, – jis patikino, kad tai asmeninis Einšteino susirašinėjimas. Tuo pačiu metu kai kurie akademijos nariai piktinosi, kad Einšteinas nebuvo demonstratyviai pašalintas iš jos.

Johannesas Starkas netrukus tapo Fizikos ir technologijos instituto bei Vokietijos tyrimų draugijos prezidentu. Per ateinančius metus iš Vokietijos išvyko ketvirtadalis visų fizikų ir pusė fizikų teorinių.