Нобелевские лауреаты в области физики
1. Принцип относительности — в любых инерциальны.х системах все физические процессы — механические, оптические, электрические и другие — протекают одинаково.
2. Принцип постоянства скорости света — скорость света в вакууме не зависит от движения источника и приемника, она одинакова во всех направлениях, во всех инерциальных системах и равна 3-108 м/с.
Исходя из этих постулатов, Эйнштейн получил формулы преобразования координат и
времени при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Он назвал их, как и Пуанкаре, преобразованиями Лоренца. Как известно, преобразования Галилея для случая равномерного движения вдоль оси ох подвижной системы относительно неподвижной имели такой вид:
х'=х—vt; (y'=y; z'=z; t¢=t. Преобразования же Лоренца выглядят так:
x – vt t – xv/c2 v
x¢ =----------- ; y´= y; z´= z ; t´= --------------, где β = ----
√ 1 – β2 √ 1 – β2 c
Но если у Лоренца эти преобразования скорее были математическим приемом, то у Эйнштейна они означали замену классических представлений о пространстве и времени новыми представлениями. Из этих преобразований можно получить длину тела в разных системах отсчета. Оказалось, что она будет различной. Эйнштейн не удивляется этому. Для него размер тела является величиной не абсолютной (одинаковой во всех системах отсчета), а относительной — зависящей от системы отсчета. Так же обстоит дело и со временем. Если до Эйнштейна считали, что время везде и всегда течет одинаково (t'=t), то в теории относительности время между двумя одними и теми же событиями будет различным в разных системах отсчета. Так в теории относительности пространство и время потеряли свой абсолютный характер.
Из второго постулата Эйнштейна следовало, что скорость света в вакууме является предельной величиной. А раз так, то преобразование Галилея для скоростей u==v+v', по которому могла получиться скорость, большая скорости света, тоже должно быть заменено новым. В теории относительности формула сложения скоростей выглядит так:
v+v'
u = ------------
1+ vv'/c2
В том же 1905 г. вслед за первой статьей была опубликована небольшая заметка Эйнштейна, где автор находит связь между массой и энергией. «Масса тела есть мера содержащейся в нем энергии», — заключает Эйнштейн. Так появилось в науке знаменитое соотношение Е=тс2.
В 1907 г. выходит новая работа А. Эйнштейна «О принципе относительности и его следствиях». В ней автор вновь говорит о связи массы и энергии и для проверки этого соотношения обращается к радиоактивным процессам. Подсчеты показали, что для проверки формулы на известных в то время радиоактивных превращениях нужно знать атомные массы элементов с точностью до пятого знака. Эйнштейн писал: «Это, конечно, недостижимо. Однако не исключено, что будут открыты радиоактивные процессы, в которых в энергию радиоактивных излучений превращается большая часть массы исходного атома, чем в случае радия». Мы знаем, что предсказание великого ученого сбылось и его знаменитая формула получила подтверждение в ядерных реакциях.
Очень интересна последняя часть работы, где ставится вопрос о распространении принципа относительности на системы, движущиеся с ускорением. Именно здесь впервые появился принцип эквивалентности, согласно которому инертная масса тела равна его гравитационной массе или, что то же самое, силы гравитации физически эквивалентны силам инерции. На основе этого принципа Эйнштейн исследует влияние гравитации на ход часов и распространение света. Он делает вывод, что любой физический процесс протекает тем быстрее, чем больше гравитационный потенциал в области, где разыгрывается этот процесс, и что световые лучи искривляются в гравитационном поле. Итак, в 1907 г. Эйнштейн закладывает первые основы общей теории относительности (ОТО), над разработкой которой он неустанно работал 10 лет. Теория же, созданная им в 1905 г., в которой принцип относительности был сформулирован только для ннедциальных систем, получила название специальной (частной) теории относительности (СТО).
Период с 1905 по 1907 г. был для Эйнштейна исключительно плодотворным. Кроме теории относительности, он создает в этот период теорию броуновского движения, разрабатывает квантовую теорию света и на основе ее объясняет явление фотоэффекта, создает квантовую теорию теплоемкости. Любой из этих работ было бы достаточно, чтобы обессмертить имя автора, создавшего в 1916 г. еще одну из основополагающих теорий физики XX в.— общую теорию относительности.
Каков же жизненный и творческий путь этого выдающегося ученого и замечательного человека?
Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 г. в небольшом немецком городке Ульме. Отец его, Герман Эйнштейн, окончил в свое время Штутгартскую гимназию, показав при этом хорошие математические способности. Но трудное материальное положение семьи не позволило ему поступить в университет. Он очень любил природу и сумел всей семье привить эту любовь. Мать Альберта прекрасно играла на пианино и пела. Музыка и немецкая классическая литература были постоянными спутниками жизни семьи Эйнштейнов. Альберт рос тихим, молчаливым ребенком, редко резвился с детьми. Среди товарищей он приобрел репутацию самого справедливого. Уже в детские годы он делал все основательно. В шесть лет Альберта стали обучать игре на скрипке. Однако довольно долго это занятие было почти безрезультатным. В течение семи лет он, как говорят, добросовестно тянул скучную лямку. Но взявшись за сонаты Моцарта и ощутив их гармонию и эмоциональность, он с громадным упорством принялся оттачивать технику игры. Наконец Моцарт зазвучал в его исполнении, и музыка стала для него наслаждением.
Начальное образование Эйнштейн получил в католической школе. Десяти лет он поступил в гимназию. Однако обстановка в школе и гимназии плохо вязалась со склонностями и характером подростка. Муштра, зубрежка и первые горькие уроки антисемитизма тяжело ранили душу будущего ученого.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21