Genij Alberta Einsteina: njegovo življenje, teorije in vpliv na znanost

Portret Alberta Einsteina okoli leta 1939.

Portret Alberta Einsteina okoli leta 1939. (Zasluge za sliko: MPI/Getty Images)



Albert Einstein pogosto omenjajo kot enega najvplivnejših znanstvenikov 20. stoletja. Njegovo delo še naprej pomaga astronomom pri preučevanju vsega, od gravitacijskih valov do Merkurjeve orbite.

Znanstvenikova enačba, ki je pomagala razložiti posebno relativnost - E = mc^2 - je znana tudi med tistimi, ki ne razumejo njene fizike. Einstein je znan tudi po svoji teoriji splošne relativnosti (razlaga gravitacije) in fotoelektričnem učinku (ki pojasnjuje obnašanje elektronov v določenih okoliščinah); njegovo delo na slednjem mu je leta 1921 prineslo Nobelovo nagrado za fiziko.





Einstein je prav tako zaman poskušal združiti vse sile vesolja v eno samo teorijo ali teorijo vsega, na kateri je še delal v času svoje smrti.

Zgodnja leta

Einstein se je rodil 14. marca 1879 v Ulmu v Nemčiji, mestu, ki danes šteje nekaj več kot 120.000 prebivalcev. Obstaja majhna spominska plošča, kjer je nekoč stala njegova hiša (uničena je bila med drugo svetovno vojno). Družina se je kmalu po njegovem rojstvu preselila v München, kasneje pa v Italijo, ko se je njegov oče soočal s težavami pri vodenju lastnega podjetja. Einsteinov oče Hermann je vodil elektrokemično tovarno, njegova mama Pauline pa je skrbela za Alberta in njegovo mlajšo sestro Marijo.



Einstein bi to v svojih spominih zapisal dva 'čudeža' Hans-Josef Küpper, učenjak Alberta Einsteina, je močno vplival na njegova zgodnja leta. Mladi Einstein je pri petih letih naletel na svoje prvo čudo - kompas - to ga je zmedlo nevidne sile lahko odkloni iglo. To bi vodilo v vseživljenjsko fascinacijo z nevidnimi silami. Drugo čudo se je zgodilo pri 12 letih, ko je odkril knjigo geometrije, ki jo je častil in jo imenoval 'sveta knjiga o geometriji'.

V nasprotju s splošnim prepričanjem je bil mladi Albert dober učenec. On izjemen v fiziki in matematiki , a je bil pri drugih predmetih bolj „zmerni“ učenec, je Küpper zapisal na svoji spletni strani. Vendar se je Einstein uprl avtoritarnemu odnosu nekaterih svojih učiteljev in je pri 16 letih opustil šolo. Kasneje je opravil sprejemni izpit za švicarsko zvezno politehnično šolo v Zürichu, in čeprav so bili njegovi nastopi iz fizike in matematike odlični, je ocene druga področja so bila slabša in izpita ni opravil. Pričakujoči fizik je opravil dodatne tečaje, da bi zapolnil vrzel v svojem znanju, leta 1896 je bil sprejet na Švicarsko politehniko, leta 1901 pa je diplomiral za poučevanje fizike in matematike.



Vendar Einstein ni mogel najti učiteljskega mesta in je leta 1901 začel delati v patentnem uradu v Bernu, glede na njegovo biografijo Nobelove nagrade . Takrat je med analizo patentnih prijav razvil svoje delo na področju posebne relativnosti in drugih področij fizike, zaradi česar je kasneje postal znan.

Einstein se je leta 1903 poročil z Milevo Maric, njegovo dolgoletno ljubeznijo iz Züricha. Njihova otroka, Hans Albert in Eduard, sta se rodila v letih 1904 in 1910. (Usoda otroka, ki se jima je rodil leta 1902 pred poroko, Lieserl, ni znana .) Einstein se je leta 1919 ločil od Marica in se kmalu zatem poročil z Elso Löwenthal. Löwenthal je umrl leta 1933.

Albert Einstein za tablo.

Albert Einstein za tablo.(Zasluga za sliko: NASA)

Vrhunec kariere

Einsteinova kariera ga je poslala v več držav. Doktoriral je na univerzi v Zürichu leta 1905, nato pa je prevzel mesto profesorja v Zürichu (1909), Pragi (1911) in ponovno v Zürichu (1912). Nato se je preselil v Berlin, da bi postal direktor Fizikalnega inštituta Kaiser Wilhelm in profesor na Univerzi v Berlinu (1914). Postal je tudi nemški državljan.

Einsteinovo delo je bilo veliko potrjeno leta 1919, ko je Sir Arthur Eddington, sekretar Kraljevega astronomskega društva, vodil odpravo v Afriko, ki je merila položaj zvezd med popolnim sončnim mrkom. Skupina je ugotovila, da se je položaj zvezd premaknil zaradi upogibanja svetlobe okoli sonca. (Leta 2008 je produkcija BBC/HBO dramatizirala zgodbo v Einstein in Eddington . ')

Einstein je ostal v Nemčiji do leta 1933, ko je na oblast prišel diktator Adolf Hitler. Fizik se je nato odrekel nemškemu državljanstvu in se preselil v ZDA, da bi postal profesor teoretske fizike na Princetonu. Leta 1940 je postal državljan ZDA, leta 1945 pa se je upokojil.

Einstein je v poznih letih ostal aktiven v fizični skupnosti. Leta 1939 je slavno napisal pismo predsedniku Franklinu D. Rooseveltu opozorilo, da bi uran lahko uporabili za atomsko bombo.

Konec Einsteinovega življenja se je s fizikom ukvarjal z vrsto zasebnih razprav Niels Bohr o veljavnosti kvantne teorije. Bohrove teorije so preživele, Einstein pa je kvantno teorijo kasneje vključil v svoje izračune.

V pismu, ki ga je leta 1945 napisal Albert Einstein, je slavni fizik skiciral dva diagrama, ki dokazujejo nov pristop k miselnemu poskusu, imenovan paradoks Einstein-Podolsky-Rosen (EPR).

V pismu, ki ga je leta 1945 napisal Albert Einstein, je slavni fizik skiciral dva diagrama, ki dokazujejo nov pristop k miselnemu poskusu, imenovan paradoks Einstein-Podolsky-Rosen (EPR).(Zasluga za sliko: Christie's Images LTD. 2019)

Einsteinovi možgani

Einstein je umrl zaradi anevrizme aorte 18. aprila 1955. A počila žila blizu njegovega srca, pravi Ameriški naravoslovni muzej (AMNH). Na vprašanje, ali želi na operacijo, je Einstein zavrnil. 'Želim iti, ko hočem iti,' je rekel. „Neukusno je umetno podaljšati življenje. Svoj delež sem opravil; čas je za odhod. To bom naredil elegantno. '

Einsteinovo telo - večinoma, je bilo kremirano; njegov pepel je bil razpršen na nerazkritem mestu, navaja AMNH. Vendar je zdravnik v bolnišnici Princeton Thomas Harvey opravil obdukcijo, očitno brez dovoljenja, in odstranil Einsteinove možgane in zrkla, pravi Matt Blitz, ki je o Einsteinovih možganih pisal v kolumni leta 2015 za Danes sem izvedel .

Harvey je na stotine tankih odsekov možganskega tkiva narezal na diapozitive mikroskopa in posnel 14 fotografij možganov z več zornih kotov. S seboj je odnesel možgansko tkivo, diapozitive in slike, ko se je preselil v Wichito v Kansasu, kjer je bil zdravstveni nadzornik v laboratoriju za biološko testiranje. [ Galerija slik: Einsteinovi možgani ]

V naslednjih 30 letih je Harvey poslal nekaj diapozitivov drugim raziskovalcem, ki so jih zahtevali, preostale možgane pa je hranil v dveh steklenih kozarcih, včasih v škatli za jabolčnik pod hladilnikom za pivo. Zgodba o Einsteinovih možganih je bila v veliki meri pozabljena do leta 1985, ko so Harvey in njegovi sodelavci objavili svoje rezultate študije v reviji Eksperimentalna nevrologija ..

Harvey je leta 1988 padel na izpitu o usposobljenosti, zdravniško dovoljenje pa so mu odvzeli, je zapisal Blitz. Harvey je na koncu podaril možgane bolnišnici Princeton, kjer se je potovanje možganov začelo. Harvey je umrl leta 2007. Koščki Einsteinovih možganov so zdaj v muzeju Mütter v Filadelfiji.

Albert Einstein v Princetonu, ZDA.

Albert Einstein v Princetonu, ZDA.(Zasluga za sliko: ESA)

Kaj so študije pokazale

Avtorji Harveyjeve študije iz leta 1985 so poročali, da imajo Einsteinovi možgani večje število glialnih celic (tistih, ki podpirajo in izolirajo živčni sistem) na nevrone (živčne celice) kot drugi možgani, ki so jih pregledali. Ugotovili so, da bi to lahko pomenilo, da imajo nevroni višjo presnovno potrebo - z drugimi besedami, Einsteinove možganske celice so potrebovale in porabile več energije, kar je lahko razlog, zakaj je imel tako napredne sposobnosti razmišljanja in konceptualne sposobnosti.

Vendar so drugi raziskovalci opozorili na nekaj težav s to študijo, po besedah ​​Eric H. Chudler , nevroznanstvenik na Univerzi v Washingtonu. Prvič, na primer, drugi možgani, uporabljeni v študiji, so bili vsi mlajši od Einsteinovih možganov. Drugič, 'eksperimentalna skupina' je imela samo en predmet - Einsteina. Potrebne so dodatne študije, da bi ugotovili, ali so te anatomske razlike pri drugih ljudeh. In tretjič, preučevali so le majhen del Einsteinovih možganov.

Druga študija, objavljena leta 1996 v reviji Nevroznanstvena pisma , so ugotovili, da so Einsteinovi možgani tehtali le 1.230 gramov, kar je manj kot povprečni možgani odraslih moških (približno 1.400 g). Znanstvenikova možganska skorja je bila tudi tanjša kot pri petih kontrolnih možganih, vendar je bila gostota nevronov večja.

Študija, objavljena leta 2012 v reviji Brain, je pokazala, da so imeli Einsteinovi možgani dodatno zlaganje v sivi snovi , mesto zavestnega razmišljanja. Zlasti čelni režnji, regije, vezane na abstraktno mišljenje in načrtovanje, so imele nenavadno dovršeno zlaganje.

Ta fotografija Alberta Einsteina z avtogramom brez jezika je bila prodana na dražbi za 125.000 dolarjev.

Ta fotografija Alberta Einsteina z avtogramom brez jezika je bila prodana na dražbi za 125.000 dolarjev.(Zasluga za sliko: Dražbe Arthur Sasse/Nate D. Sanders)

Einsteinova znanstvena dediščina

Einsteinova zapuščina v fiziki je pomembna. Tu je nekaj ključnih znanstvenih načel, ki jih je začel:

Teorija posebne relativnosti : Einstein je pokazal, da so fizični zakoni enaki za vse opazovalce, če le niso pod pospeševanjem. Hitrost svetlobe v vakuumu je vedno enaka, ne glede na to, s kakšno hitrostjo opazovalec potuje. To delo je privedlo do njegovega spoznanja, da sta prostor in čas povezana v tisto, kar danes imenujemo prostor-čas. Torej, dogodek, ki ga vidi en opazovalec, lahko drugi opazuje tudi v drugem času.

Teorija splošne relativnosti : To je bila preoblikovanje zakona gravitacije. Newton je v 1600. letih oblikoval tri zakone gibanja, med katerimi je opisal, kako gravitacija deluje med dvema telesima. Sila med njima je odvisna od tega, kako masiven je vsak predmet in kako oddaljeni so predmeti. Einstein je ugotovil, da ogromen predmet pri razmišljanju o vesolju-času povzroči popačenje v prostoru-času (na primer polaganje težke žoge na trampolin). Gravitacija se pojavi, ko drugi predmeti padejo v 'vrtino', ki nastane zaradi popačenja v prostoru-času, kot je marmor, ki se valja proti veliki krogli. Splošna teorija relativnosti je leta 2019 v poskusu prestala nedavni velik test ki vključuje supermasivno črno luknjo v središču Rimske ceste.

Fotoelektrični učinek : Einsteinovo delo leta 1905 je predlagalo, da je na svetlobo treba gledati kot na tok delcev (fotonov) namesto na samo en val, kot se je takrat običajno mislilo. Njegovo delo je pomagalo razvozlati radovedne rezultate, ki jih znanstveniki prej niso mogli pojasniti.

Teorija enotnega polja : Einstein je večino poznih let poskušal združiti področja elektromagnetizma in gravitacije. Bil je neuspešen, vendar je bil morda pred svojim časom. Drugi fiziki se še vedno ukvarjajo s tem problemom.

Einsteinova zapuščina za astronomijo

Einsteinovo delo ima veliko aplikacij, a tukaj je nekaj najbolj opaznih v astronomiji:

Gravitacijski valovi : Leta 2016 je Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) zaznal valovanje prostora in časa-sicer znano kot gravitacijski valovi-, ki se je pojavilo po trčenju črnih lukenj približno 1,4 milijarde svetlobnih let od Zemlje. LIGO je leta 2015 izvedel tudi prvo odkrivanje gravitacijskih valov, stoletje po tem, ko je Einstein napovedal, da obstajajo ti valovi. Valovi so vidik Einsteinove teorije splošne relativnosti.

Merkurjeva orbita : Merkur je majhen planet, ki kroži blizu zelo velikega predmeta glede na njegovo velikost - sonca. Njegove orbite ni bilo mogoče razumeti, dokler splošna relativnost ni pokazala, da ukrivljenost prostora-časa vpliva na gibanja Merkurja in spreminja njegovo orbito. Obstaja majhna možnost, da bi lahko milijarde let Merkur zaradi teh sprememb izstrelil iz našega sončnega sistema (s še manjšo možnostjo, da bi trčil v Zemljo).

Gravitacijsko leče : To je pojav, pri katerem masivni predmet (na primer kopica galaksij ali črna luknja) upogne svetlobo okoli sebe. Astronomi, ki gledajo to regijo skozi teleskop, lahko zaradi upognjene svetlobe vidijo predmete neposredno za masivnim predmetom. Znameniti primer tega je Einsteinov križ, kvazar v ozvezdje Pegaz : Galaksija, oddaljena približno 400 milijonov svetlobnih let, upogne svetlobo kvazarja, tako da se štirikrat pojavi okoli galaksije.

Črne luknje : Aprila 2019 je teleskop Event Horizon pokazal prve posnetke črne luknje. Fotografije so znova potrdile več vidikov splošne relativnosti, med drugim ne le, da obstajajo črne luknje, ampak tudi, da imajo krožno obzorje dogodkov - točko, na kateri nič ne more uiti, niti svetloba.

Dodatni viri: