Важнейшие научные открытия XX века Альберта Эйнштейна
XX век в истории человечества отмечен не только политическими революциями, но и значимыми научными открытиями, которые в корне изменили нашу жизнь.
- Первое из них связано с именем Макса Планка, установившим факт неравномерности излучения энергии. Используя выводы Планка, Альберт Эйнштейн, спустя 5 лет сформулировал квантовую теорию фотоэффекта.
- В 1916 году Альберт Эйнштейн завершил работу над своей теорией гравитации и теорией относительности. Эйнштейн установил связь между массой и энергией физического тела, связал природу гравитации с искривлением пространства и объяснил парадоксальные эффекты. Открытие Эйнштейна позволило лучше понять устройство видимой Вселенной и заставило задуматься об относительности пространства и времени.
- Следующим открытием является квантовая теория, которая тесно связанна с именами Гейзенберга, де Бройля и Шредингера. Представление о корпускулярной природе вещества и волновой природе света перестало быть непоколебимым. Так же был сделан качественный рывок в изучении явлений микромира. Благодаря новому пониманию структуры вещества стал возможен прогресс в инженерии, медицине, биологии, минералогии и химии. Именно квантовая теория привела к рождению транзисторов, лазеров и компьютеров.[2]
Нобелевская премия
Ученый Альберт Эйнштейн получил известность благодаря своим научным работам, которые позволили ему стать одним из основателей теоретической физики. Одна из самых его известных работ – общая и специальная теория относительности. В активе этого ученого и мыслителя более 600 работ на самые различные темы.
В 1921 году Альберт Эйнштейн стал лауреатом Нобелевской премии по физике. Премию он получил за открытие фотоэлектрического эффекта (рисунок 1).
Рисунок 1. Нобелевская премия
На вручении говорилось и о других работах физика. В частности, теорию относительности и гравитации предполагалось оценить после их подтверждения в будущем. [1]
2 ТЕОРИЯ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ
Основа физики
Теория относительности была представлена Альбертом Эйнштейном в начале 20-го века. Она практически устранила несостыковки и противоречия физики 20-го века, заставила в корне поменять представление о структуре пространства-времени и экспериментально подтвердилась в многочисленных опытах и исследованиях. Таким образом, теория относительности Эйнштейна легла в основу всех современных фундаментальных физических теорий.
Как ученый открыл данную теорию?
Сам гений говорил, что теорию относительности он открыл совершенно случайно. Однажды ученый заметил как автомобиль, который двигался относительно другой машины в одном направлении и с одинаковой скоростью, остается неподвижным. Рассматриваемые автомобили, двигаясь относительно планеты и объектов на ней, находятся в состоянии покоя относительно друг друга. [11]
Данную теорию смогли понять только единицы, поэтому в университетах преподают только специальную теорию относительности, которая гласит: чем больше скорость с которой движется тело, тем больше искажается время и размеры.
Сам ученый объяснял свою теорию с юмором:
«Если подержать над огнем руку одну минуту, то она покажется часом, а вот проведенный с любимой девушкой час покажется одной минутой»
То есть время течет в разных обстоятельствах по-разному.
Над своей теорией относительности он трудился целых 10 лет и закончил ее только в 1916 году. В 1919 году происходило солнечное затмение. Его наблюдали ученые Лондонского королевского общества. Они же и подтвердили вероятную правильность теории относительности Эйнштейна.[9]
Знаменитая формула
Эйнштейн утверждал, что если тело формирует энергию в видео излучения, то уменьшение его массы пропорционально количеству выделенной им энергии.
Так родилась известная формула: количество энергии равно произведению массы тела на квадрат скорости света (рисунок 2). Скорость света при этом равна 300 тысячам километров в секунду. Даже ничтожно малая масса, разогнанная до скорости света, будет излучать огромное количество энергии. Изобретение атомной бомбы подтвердило правоту этой теории.[1] 
Рисунок 2. Формула Эйнштейна
Смысл данной формулы заключается в том, что излучённая масса передает адсорбенту не только энергию, но и массу элементарной частицы-излучателя. Ученый не знал, что содержится в излучении, но предполагал, что тела, энергия которых меняется существенно, подтвердит созданную теорию. Если это так, то излучение переносит инерцию от излучающего тела к адсорбирующему. Преобразование массы в энергию и обратно возможно лишь для фотонов и нейтрино при условии, что у них нет массы покоя.
Как работает теория относительности в реальной жизни?
Спутниковые системы навигации
Для того чтобы ваша GPS-система в автомобиле работала точно, спутники должны принимать во внимание релятивистские эффекты. Хоть спутник и не движется со скоростью света, он все же передвигается довольно быстро. Спутники посылают сигнал на станции на Земле, где гравитация имеет совсем другое воздействие, нежели в космосе (рисунок 3). Чтобы получить высокую точность, на спутниках используются часы, измеряющие время в наносекундах. Поскольку каждый спутник находится в 20 тысячах километров над Землей и движется со скоростью 10 тысяч километров в час, существует релятивистское замедление времени на 4 мкс каждый день. Релятивистские эффекты крайне важны, и если бы они не были учтены, то уже через день после запуска ваша система навигации сообщала бы вам, что до заправки 80 метров, когда на самом деле до нее было бы 8 километров.[3]
Рисунок 3. Спутниковая система навигации.
Электромагниты
Магнетизм является релятивистским эффектом, и вы можете поблагодарить теорию относительности Эйнштейна за то, что электрогенераторы вообще работают. Если вы возьмете петлю провода и проведете ее через магнитное поле, то получите электричество. Заряженные частицы провода подвергаются воздействию поля, что приводит к передвижению некоторых из них, что и создает электрический ток. А если вы положите провод и будете двигать магнит, то, по логике, частицы в проводе двигаться не должны – но электричество все равно создается. Это показывает, что не существует какого-либо привилегированного отношения.[3;10]
Желтый цвет золота
Большинство металлов блестят, потому что электроны в них прыгают по разным уровням. Золото представляет собой тяжелый атом, поэтому внутренние электроны движутся достаточно быстро, чтобы повышение релятивистской массы было значительным, как и сокращение длины. В результате электроны вращаются вокруг ядра по гораздо меньшему пути, создавая больше импульса. Таким образом, световые волны, которые поглощаются и отражаются, являются длиннее. Именно это и обеспечивает желтый цвет золота.[3;10]
Атомные станции и сверхновые звезды
Относительность является одной из причин того, что энергия и масса могут быть превращены друг в друга – именно так работают атомные электростанции, и именно так светит солнце. Еще одним важным эффектом является взрыв суперновых звезд, который сигнализирует о смерти массивных звезд. [3;10]