Айнштайн, Альберт


Айнштайн, Альберт 

Айншта́йн, Альбе́рт (Ейнштейн; нім. Einstein, Albert; 14.03.1879, м. Ульм, тепер земля Баден-Вюртемберг, Німеччина — 18.04.1955, м. Принстон, штат Нью-Джерсі, США) — фізик, громадський діяч-гуманіст.

Айнштайн, Альберт

(Einstein, Albert)

Рік народження 1879
Місце народження Ульм, Баден-Вюртемберг, Німеччина
Рік смерті 1955
Місце смерті Принстон, Нью-Джерсі, Сполучені Штати Америки
Alma mater Цюрихський університет, Цюрих
Напрями діяльності фізика

Життєпис

Народився в родині підприємця Г. Айнштайна й домогосподарки П. Айнштайн (дівоче прізвище Кох) у королівстві Вюртемберг, яке 1871 приєдналось до нової Німецької імперії. 1886 пішов до школи в Мюнхені, а 1888 перейшов до гімназії Луїтпольда, яку залишив 1895, не завершивши навчання.

1895 склав на відмінно вступні іспити з фізики та математики до Цюрихського політехнікуму, однак не був прийнятий і продовжив навчання у кантонській школі м. Аарау. 1896 закінчив навчання та отримав диплом, який надав йому право бути зарахованим до Цюрихського політехнікуму. Тоді ж позбувся громадянства Вюртемберга, а 1901 отримав громадянство Швейцарії.

Після закінчення навчання (1900) та отримання кваліфікації вчителя середньої школи безуспішно намагався отримати посаду асистента в політехнікумі (1901). Переїхав до Берна (1902), де працював на посаді експерта Бернського патентного бюро. 1907 подав прохання про призначення його приват-доцентом у Бернському університеті, однак дістав відмову. Отримав цю посаду з другої спроби (1908). 1909 залишив посади в патентному бюро та приват-доцента через призначення екстраординарним професором у Цюрихському університеті. Декретом імператора Франца-Йосипа (1911) призначений професором Празького університету, тож переїхав до Праги. Обійняв посаду професора Цюрихського політехнікуму (1912). Після повернення до Цюриха Айнштайна обрали членом Прусської АН (1913).

1915 переїхав до Берліна, де працював професором Берлінського університету та директором Фізичного інституту Товариства кайзера Вільгельма. У 1920-х читав лекції в Норвегії, Данії, США (Чикаго, Бостон, Принстон) та Японії. Під час перебування в Японії став лауреатом Нобелівської премії з фізики за заслуги в області теоретичної фізики та особливо за відкриття закону фотоелектричного ефекту (1921).

Після приходу до влади нацистів у Німеччині виїхав до США (1933), де залишився на постійне проживання і працював на посаді професора Інституту вищих досліджень у Принстоні (штат Нью-Джерсі). У 1940 отримав громадянство США, залишивши за собою також громадянство Швейцарії. До Другої світової війни відвідував Європу (Велика Британія, Швейцарія, Бельгія).

Наукова діяльність

У дисертації на здобуття наукового ступеня доктора філософії (1905) запропонував новий теоретичний метод визначення радіусу молекул та сталої Авогадро. Дисертацію Айнштайна вважають однією з його найфундаментальніших праць (опубліковано 1906). Її результати досі застосовують, зокрема в будівництві (рух частинок піску у цементних розчинах), екології (рух частинок аерозолю в хмарах) тощо. Результати дисертації розвинені в його роботах з броунівського руху, для опису якого основним є Айнштайна — Смолуховського рівняння (1905–1911). Дослідження використано для підтвердження реального існування молекул; вони лягли в основу теорії флуктуацій.

Вивів (1905) перше флуктуаційно-дисипативне співвідношення, яке пов’язало середньо-квадратичне відхилення броунівської частинки з дисипативним процесом (через в’язкість). Розглядаючи броунівський рух як дифузний процес, Айнштайн тлумачив його як маркований процес, що встановлює зв’язок між зміщенням однієї частинки та дифузією багатьох частинок (явище, за якого вирівнюється кількість частинок в одиниці об’єму). Так звані маркові ланцюжки введені в фізику лише рік потому (А. Марков, 1906). У іншій важливій роботі з класичної статистичної фізики Айнштайн пояснив явище критичної опалесценції (під час проходження світла крізь газ його розсіяння посилюється за деякої критичної температури) і пояснив блакитний колір неба (1910). Айнштайнові належать піонерські роботи з квантової теорії, механіки руху частинок зі швидкостями, близькими до швидкості світла c (спеціальна теорія відносності) та теорії гравітації, яка трактує тяжіння як прояв неевклідовості простору — часу (загальна теорія відносності). Айнштайн першим (1905) увів у фізику поняття про світлові кванти (фотони) як безмасові частинки, які рухаються зі швидкістю світла, мають імпульс (1917) та енергію. На основі положень статистичної фізики визначив нову субстанцію, яку згодом назвали бозе-газом фотонів. Заклав основи майбутньої квантової теорії, пов’язавши енергію фотонів зі сталою Планка. На цій основі вивів закони фотоефекту та пояснив люмінесцентні та фотохімічні явища. Увів поняття корпускулярно-хвильового дуалізму електромагнітного випромінювання (1909). Цю ідею згодом використали Л. де Бройль і Е. Шредінгер для побудови квантової механіки.

Створив квантову теорію теплоємностей твердих тіл (1907–1911). Увів поняття про спонтанне та індуктивне випромінювання (1916) та став засновником сучасної квантової електроніки і фактично передбачив лазери. Сформулював релятивістське співвідношення, що описує закон збереження енергії — імпульсу (1923). Виконав низку робіт з квантової статистики (1924–1925), відкрив конденсацію Бозе — Айнштайна. Айнштайна правомірно вважають одним із засновників квантової механіки, хоча він не поділяв погляду на неї як на статистичну теорію, що пояснює лише імовірнісний розподіл результатів експерименту. Айнштайнові належить пріоритет у побудові релятивістської механіки (1905). Відомий принцип відносності Галілея, що узгоджується з механікою Ньютона, Айнштайн замінив на новий принцип відносності, який ґрунтується на двох постулатах: усі закони природи однакові в усіх інерційних системах відліку (у таких системах відліку різні положення тіл у просторі, їхні різні орієнтації та різні моменти часу є еквівалентними); швидкість поширення взаємодії є скінченною і дорівнює швидкості світла (яка не залежить від швидкості джерела світла). Виходячи з цих постулатів, сформулював основні закони релятивістської механіки. З цієї теорії випливає низка наслідків, а саме: скорочення лінійних розмірів рухомого об’єкта, уповільнення часу у рухомому тілі (перебіг всіх фізичних процесів уповільнюється), еквівалентність маси m та енергії E, E = mc², залежність маси тіла від його швидкості тощо. Ці та інші так звані релятивістські ефекти підтверджені у численних експериментах. Їх враховують у дослідженнях з ядерної фізики, фізики елементарних частинок, сучасної квантової теорії поля.

Сучасна теорія відносності зумовила появу нових філософських течій, привнесла нове мислення в фізику, примусила переглянути класичні уявлення, укорінені в фізиці та хімії з часів Ньютона. Оскільки сучасна теорія відносності не враховує явища, пов’язані з гравітацією, Айнштайн працював (1907–1915) над узагальненням цієї теорії з метою залучення тяжіння, створив теорію гравітаційного поля. Показав, що геометричні властивості простору — часу визначаються фізичними явищами та не є незмінними. Сформулював основне рівняння загальної теорії відносності, яке поєднує між собою геометрію простору — часу з матерією, яка породжує тяжіння, що, у свою чергу, робить геометрію неевклідовою (псевдо-ріман). На основі розв’язання цього рівняння першим (1915) пояснив аномалії в орбітальному русі планети Меркурій, відкриті У. Левер’є (Франція) (1859). Айнштайн передбачив (1907) та розрахував (1915) величину відхилення променів світла під час проходження біля масивних тіл, таких як Сонце. Це явище зафіксовано під час повного сонячного затемнення (на півночі Бразилії, 1919). Величина зміщення світла від прямолінійного розповсюдження збіглася з розрахованою Айнштайном на базі загальної теорії відносності.

Передбачив ефект гравітаційного лінзування (подібно до того, як світло відхиляється звичайною лінзою, напрямок розповсюдження електромагнітного випромінювання відхиляється гравітаційним полем масивного джерела, такого як галактика чи скупчення галактик). Цей ефект згодом підтверджений спостереженнями так званого «хреста Айнштайна» (гравітаційного лінзування квазара, 1990), «кільця Айнштайна» (деформації світла від віддаленого джерела з утворенням зображення в формі кільця, 1998). Інші передбачення Айнштайна щодо існування гравітаційних хвиль підтверджено лише багато років потому (2016). З теорії Айнштайна випливає можливість існування областей простору — часу з настільки сильним гравітаційним притяганням, що їх не можуть залишити ні частинки, ні світло (чорні діри).

Ґрунтуючись на загальній теорії відносності, Айнштайн побудував першу реалістичну космічну модель Всесвіту. Згодом ця модель переросла у сучасну так звану стандартну космічну модель, яка узгоджується із астрономічними спостереженнями за «розумних» значень вільних параметрів. Залучив до теорії космічну сталу, необхідність використання якої в рівняннях загальної теорії відносності заперечувалась до 1998, коли до неї повернулись у зв’язку із зафіксованою аномалією, — наш Всесвіт розширюється з прискоренням, тоді як від часів Айнштайна вважали, що швидкість розширення зменшується. Сучасна космологія пов’язує це прискорення з існуванням так званої темної енергії, яка дуже добре параметризується космічною сталою Айнштайна.

Відкриття Айнштайна вплинули на подальший розвиток теоретичної фізики 20 та 21 ст. Він заклав основи квантової теорії конденсованих середовищ, релятивістської квантової теорії поля, висловив революційну ідею про об’єднання тяжіння з електромагнетизмом і намагався побудувати єдину теорію поля (1922), яка б мала бути строго причинною, в якій частинки з’являлися б у вигляді часткових розв’язків загальних рівнянь поля, а квантові постулати були б їхніми наслідками (1925–1954). Ця програма досі актуальна й частково реалізована у так званій теорії суперструн. Виконав низку робіт з експериментальної фізики та одержав кілька патентів про вдосконалення промислових виробів.

Суспільна діяльність

Брав участь у суспільному житті, входив до різних громадських об’єднань, наприклад, був членом Комітету з інтелектуальної співпраці Ліги Націй (до 1923).

Айнштайн був почесним професором майже всіх університетів Європи та США.

Надіслав листа президентові США Ф. Рузвельту, в якому звертав увагу на можливість застосування атомної енергії у військових цілях, побоюючись, що нацистська Німеччина перша зробить атомну бомбу (1939). З цього листа стартував так званий Мангеттенський проект, який відмовився очолити, також він не дав згоди обійняти посаду президента Ізраїлю (1952). Незадовго до смерті, у листі до Б. Рассела, підтримав звернення до всіх держав відмовитись від ядерної зброї (1955).

Праці

  • The Collected Papers of Albert Einstein. Vol. 1–14. 1987–2015.

Література

  1. Pais А. ‘Subtle is the Lord...’ The Science and the Life of Albert Einstein. Oxford, 1982, 2005.
  2. Isaacson W. Einstein: His Life and Universe. New York, 2007.

Автор ВУЕ