Άλμπερτ Αϊνστάιν

Life

Πρώιμη ζωή

Ο Αϊνστάιν γεννήθηκε στο Ουλμ της Βυρτεμβέργης, στη Γερμανία, στις 14 Μαρτίου 1879. Η οικογένειά του ήταν εβραϊκή, αλλά δεν ήταν πολύ θρησκευόμενη. Ωστόσο, αργότερα στη ζωή του ο Αϊνστάιν άρχισε να ενδιαφέρεται πολύ για τον ιουδαϊσμό του. Ο Αϊνστάιν δεν άρχισε να μιλάει παρά μόνο όταν ήταν 2 ετών. Σύμφωνα με τη μικρότερη αδελφή του, Maja, "είχε τέτοια δυσκολία με τη γλώσσα που οι γύρω του φοβόντουσαν ότι δεν θα μάθαινε ποτέ". Όταν ο Αϊνστάιν ήταν περίπου 4 ετών, ο πατέρας του του έδωσε μια μαγνητική πυξίδα. Προσπάθησε σκληρά να καταλάβει πώς η βελόνα φαινόταν να κινείται μόνη της έτσι ώστε να δείχνει πάντα προς το βορρά. Η βελόνα βρισκόταν σε μια κλειστή θήκη, οπότε προφανώς τίποτα, όπως ο άνεμος, δεν μπορούσε να σπρώξει τη βελόνα, και όμως αυτή κινούνταν. Έτσι, με αυτόν τον τρόπο ο Αϊνστάιν άρχισε να ενδιαφέρεται για τη μελέτη της επιστήμης και των μαθηματικών. Η πυξίδα του έδωσε ιδέες για να εξερευνήσει τον κόσμο της επιστήμης.

Όταν μεγάλωσε, πήγε σε ένα σχολείο στην Ελβετία. Αφού αποφοίτησε, βρήκε δουλειά στο γραφείο ευρεσιτεχνιών εκεί. Ενώ εργαζόταν εκεί, έγραψε τα έγγραφα που τον έκαναν διάσημο ως μεγάλο επιστήμονα.

Ο Αϊνστάιν παντρεύτηκε τον Ιανουάριο του 1903 την 20χρονη Σέρβα Μίλεβα Μάριτς.

Το 1917, ο Αϊνστάιν αρρώστησε πολύ από μια ασθένεια που παραλίγο να τον σκοτώσει. Η ξαδέλφη του Elsa Löwenthal τον περιέθαλψε για να επανέλθει στην υγεία του. Αφού συνέβη αυτό, ο Αϊνστάιν πήρε διαζύγιο από τη Μιλέβα στις 14 Φεβρουαρίου 1919 και παντρεύτηκε την Έλσα στις 2 Ιουνίου 1919.

Παιδιά

Η πρώτη κόρη του Αϊνστάιν ήταν η "Lieserl" (κανείς δεν γνωρίζει το πραγματικό της όνομα). Γεννήθηκε στο Νόβι Σαντ της Βοϊβοντίνα της Αυστροουγγαρίας τους πρώτους μήνες του 1902. Πέρασε την πολύ σύντομη ζωή της (πιστεύεται ότι ήταν λιγότερο από 2 χρόνια) υπό τη φροντίδα Σέρβων παππούδων και γιαγιάδων. Πιστεύεται ότι πέθανε από οστρακιά. Ορισμένοι πιστεύουν ότι μπορεί να γεννήθηκε με τη διαταραχή που ονομάζεται σύνδρομο Down, αν και αυτό δεν αποδεικνύεται ποτέ. Κανείς δεν γνώριζε την ίδια την ύπαρξή της μέχρι το 1986, όταν η εγγονή του Αϊνστάιν ανακάλυψε ένα κουτί παπουτσιών που περιείχε 54 ερωτικές επιστολές (οι περισσότερες από αυτές από τον Αϊνστάιν), οι οποίες ανταλλάχθηκαν μεταξύ της Mileva και του Αϊνστάιν από το 1897 έως τον Σεπτέμβριο του 1903.

Οι δύο γιοι του Αϊνστάιν ήταν ο Χανς Άλμπερτ Αϊνστάιν και ο Έντουαρντ Τέτε Αϊνστάιν. Ο Χανς γεννήθηκε στη Βέρνη της Ελβετίας τον Μάιο του 1904 και ο Έντουαρντ γεννήθηκε στη Ζυρίχη της Ελβετίας τον Ιούλιο του 1910. Ο Eduard πέθανε σε ηλικία 55 ετών από εγκεφαλικό επεισόδιο στο Ψυχιατρικό Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο της Ζυρίχης. Είχε περάσει τη ζωή του μέσα και έξω από άσυλα λόγω της σχιζοφρένειας του.

Μετέπειτα ζωή

Λίγο πριν από την έναρξη του Α' Παγκοσμίου Πολέμου, επέστρεψε στη Γερμανία και έγινε διευθυντής ενός σχολείου εκεί. Έζησε στο Βερολίνο μέχρι την ανάληψη της εξουσίας από τη ναζιστική κυβέρνηση. Οι Ναζί μισούσαν τους ανθρώπους που ήταν Εβραίοι ή προέρχονταν από εβραϊκές οικογένειες. Κατηγόρησαν τον Αϊνστάιν ότι βοήθησε στη δημιουργία της "εβραϊκής φυσικής" και οι Γερμανοί φυσικοί προσπάθησαν να αποδείξουν ότι οι θεωρίες του ήταν λανθασμένες.

Το 1933, κάτω από τις απειλές θανάτου των Ναζί και μισητοί από τον ελεγχόμενο από τους Ναζί γερμανικό Τύπο, ο Αϊνστάιν και η Έλσα μετακόμισαν στο Πρίνστον του Νιου Τζέρσεϊ στις Ηνωμένες Πολιτείες και το 1940 έγινε πολίτης των Ηνωμένων Πολιτειών.

Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, ο Αϊνστάιν και ο Leó Szilárd έγραψαν στον πρόεδρο των ΗΠΑ, Φραγκλίνο Ρούσβελτ, για να του πουν ότι οι Ηνωμένες Πολιτείες θα έπρεπε να εφεύρουν μια ατομική βόμβα, ώστε η ναζιστική κυβέρνηση να μην μπορέσει να τους νικήσει. Ήταν ο μόνος που υπέγραψε την επιστολή. Ωστόσο, δεν συμμετείχε στο Σχέδιο Μανχάταν, το οποίο ήταν το σχέδιο που δημιούργησε την ατομική βόμβα.

Στον Αϊνστάιν, που ήταν Εβραίος αλλά όχι Ισραηλινός πολίτης, προσφέρθηκε η προεδρία το 1952, αλλά την απέρριψε, δηλώνοντας: "Είμαι βαθιά συγκινημένος από την προσφορά του κράτους μας του Ισραήλ και ταυτόχρονα λυπημένος και ντροπιασμένος που δεν μπορώ να την αποδεχθώ. " Ο Ehud Olmert φέρεται να σκέφτηκε να προσφέρει την προεδρία σε έναν άλλο μη Ισραηλινό, τον Elie Wiesel, αλλά λέγεται ότι "δεν ενδιαφέρεται".

Δίδαξε φυσική στο Institute for Advanced Study στο Princeton του New Jersey μέχρι το θάνατό του στις 18 Απριλίου 1955 από διάρρηξη ανευρύσματος αορτής. Ακόμα έγραφε για την κβαντική φυσική ώρες πριν πεθάνει. Του απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής.

Θεωρία της ειδικής σχετικότητας

Η θεωρία της ειδικής σχετικότητας δημοσιεύθηκε από τον Αϊνστάιν το 1905, στην εργασία του Περί της ηλεκτροδυναμικής των κινούμενων σωμάτων. Λέει ότι τόσο οι μετρήσεις της απόστασης όσο και οι μετρήσεις του χρόνου μεταβάλλονται κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Αυτό σημαίνει ότι όσο πλησιάζει κανείς στην ταχύτητα του φωτός (σχεδόν 300.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο), τα μήκη φαίνονται να μικραίνουν και τα ρολόγια χτυπούν πιο αργά. Ο Αϊνστάιν είπε ότι η ειδική σχετικότητα βασίζεται σε δύο ιδέες. Η πρώτη είναι ότι οι νόμοι της φυσικής είναι οι ίδιοι για όλους τους παρατηρητές που δεν κινούνται σε σχέση μεταξύ τους.

Τα πράγματα που κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση με την ίδια ταχύτητα λέγεται ότι βρίσκονται σε ένα "αδρανειακό πλαίσιο".

Οι άνθρωποι που βρίσκονται στο ίδιο "πλαίσιο" μετρούν πόσος χρόνος χρειάζεται για να συμβεί κάτι. Τα ρολόγια τους κρατούν τον ίδιο χρόνο. Αλλά σε ένα άλλο "πλαίσιο" τα ρολόγια τους κινούνται με διαφορετικό ρυθμό. Ο λόγος για τον οποίο συμβαίνει αυτό είναι ο εξής. Ανεξάρτητα από το πώς κινείται ένας παρατηρητής, αν μετρήσει την ταχύτητα του φωτός που προέρχεται από το συγκεκριμένο αστέρι, αυτή θα είναι πάντα ο ίδιος αριθμός.

Φανταστείτε έναν αστροναύτη να ήταν ολομόναχος σε ένα διαφορετικό σύμπαν. Έχει μόνο έναν αστροναύτη και ένα διαστημόπλοιο. Κινείται; Στέκεται ακίνητος; Αυτές οι ερωτήσεις δεν σημαίνουν τίποτα. Γιατί; Γιατί; Επειδή όταν λέμε ότι κινούμαστε εννοούμε ότι μπορούμε να μετρήσουμε την απόστασή μας από κάτι άλλο σε διάφορες χρονικές στιγμές. Αν οι αριθμοί μεγαλώνουν, απομακρυνόμαστε. Αν οι αριθμοί μικραίνουν, πλησιάζουμε. Για να έχουμε κίνηση πρέπει να έχουμε τουλάχιστον δύο πράγματα. Ένα αεροπλάνο μπορεί να κινείται με αρκετές εκατοντάδες χιλιόμετρα την ώρα, αλλά οι επιβάτες να λένε: "Εγώ απλά κάθομαι εδώ".

Ας υποθέσουμε ότι κάποιοι άνθρωποι βρίσκονται σε ένα διαστημόπλοιο και θέλουν να κατασκευάσουν ένα ακριβές ρολόι. Στο ένα άκρο βάζουν έναν καθρέφτη και στο άλλο άκρο βάζουν μια απλή μηχανή. Ρίχνει μια σύντομη ριπή φωτός προς τον καθρέφτη και μετά περιμένει. Το φως χτυπάει στον καθρέφτη και ανακλάται πίσω. Όταν χτυπήσει σε έναν ανιχνευτή φωτός στο μηχάνημα, το μηχάνημα λέει: "Μέτρηση = 1", ταυτόχρονα εκτοξεύει άλλη μια σύντομη ριπή φωτός προς τον καθρέφτη και όταν αυτό το φως επιστρέψει, το μηχάνημα λέει: "Μέτρηση = 2". Αποφασίζουν ότι ένας συγκεκριμένος αριθμός αναπηδήσεων θα ορίζεται ως ένα δευτερόλεπτο, και βάζουν το μηχάνημα να αλλάζει τον μετρητή δευτερολέπτων κάθε φορά που έχει ανιχνεύσει αυτόν τον αριθμό αναπηδήσεων. Κάθε φορά που αλλάζει τον μετρητή δευτερολέπτων αναβοσβήνει επίσης ένα φως από ένα φινιστρίνι κάτω από τη μηχανή. Έτσι, κάποιος έξω μπορεί να δει το φως να αναβοσβήνει κάθε δευτερόλεπτο.

Κάθε παιδί του δημοτικού μαθαίνει τον τύπο d=rt (απόσταση ισούται με ταχύτητα επί χρόνο). Γνωρίζουμε την ταχύτητα του φωτός και μπορούμε εύκολα να μετρήσουμε την απόσταση μεταξύ της μηχανής και του καθρέφτη και να την πολλαπλασιάσουμε για να δώσουμε την απόσταση που διανύει το φως. Έτσι έχουμε και το d και το r, και μπορούμε εύκολα να υπολογίσουμε το t. Οι άνθρωποι στο διαστημόπλοιο συγκρίνουν το νέο τους "ρολόι φωτός" με τα διάφορα ρολόγια χειρός και άλλα ρολόγια, και είναι ικανοποιημένοι που μπορούν να μετρήσουν καλά τον χρόνο χρησιμοποιώντας το νέο τους ρολόι φωτός.

Τώρα αυτό το διαστημόπλοιο τυχαίνει να πηγαίνει πολύ γρήγορα. Βλέπουν μια λάμψη από το ρολόι του διαστημόπλοιου και μετά βλέπουν μια άλλη λάμψη. Μόνο που οι λάμψεις δεν απέχουν μεταξύ τους ένα δευτερόλεπτο. Έρχονται με πιο αργό ρυθμό. Το φως πηγαίνει πάντα με την ίδια ταχύτητα, d = rt. Γι' αυτό το ρολόι στο διαστημόπλοιο δεν αναβοσβήνει μία φορά το δευτερόλεπτο για τον εξωτερικό παρατηρητή.

Η ειδική σχετικότητα συσχετίζει επίσης την ενέργεια με τη μάζα, στον τύπο E=mc2 του Άλμπερτ Αϊνστάιν.

Η διανυόμενη απόσταση είναι σχετική με διαφορετικά πρότυπα αναφοράς


Το ρολόι του φωτός είναι ταχύτερο σε ηρεμία και πιο αργό σε κίνηση


Το φως και από τα δύο αστέρια μετριέται με την ίδια ταχύτητα

Ισοδυναμία μάζας-ενέργειας

Το E=mc2, που ονομάζεται επίσης ισοδυναμία μάζας-ενέργειας, είναι ένα από τα πράγματα για τα οποία ο Αϊνστάιν είναι πιο διάσημος. Είναι μια διάσημη εξίσωση στη φυσική και τα μαθηματικά που δείχνει τι συμβαίνει όταν η μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια ή η ενέργεια σε μάζα. Το "Ε" στην εξίσωση σημαίνει ενέργεια. Η ενέργεια είναι ένας αριθμός που δίνετε στα αντικείμενα ανάλογα με το πόσο μπορούν να αλλάξουν άλλα πράγματα. Για παράδειγμα, ένα τούβλο που κρέμεται πάνω από ένα αυγό μπορεί να δώσει αρκετή ενέργεια στο αυγό για να το σπάσει. Ένα φτερό που κρέμεται πάνω από ένα αυγό δεν έχει αρκετή ενέργεια για να βλάψει το αυγό.

Υπάρχουν τρεις βασικές μορφές ενέργειας: η δυναμική ενέργεια, η κινητική ενέργεια και η ενέργεια ηρεμίας. Δύο από αυτές τις μορφές ενέργειας φαίνονται στα παραδείγματα που δόθηκαν παραπάνω και στο παράδειγμα του εκκρεμούς.

Μια σφαίρα κανονιού κρέμεται από ένα σχοινί από ένα σιδερένιο δακτύλιο. Ένα άλογο τραβάει τη σφαίρα κανονιού προς τη δεξιά πλευρά. Όταν η μπάλα κανονιού απελευθερώνεται, κινείται μπρος-πίσω όπως φαίνεται στο διάγραμμα. Θα το έκανε αυτό για πάντα, εκτός από το ότι η κίνηση του σχοινιού στο δαχτυλίδι και η τριβή σε άλλα σημεία προκαλεί τριβή, και η τριβή αφαιρεί λίγη ενέργεια συνεχώς. Αν αγνοήσουμε τις απώλειες λόγω τριβής, τότε η ενέργεια που παρέχεται από το άλογο δίνεται στη σφαίρα κανονιού ως δυνητική ενέργεια. (Έχει ενέργεια επειδή βρίσκεται ψηλά και μπορεί να πέσει προς τα κάτω.) Καθώς η μπάλα του κανονιού ταλαντεύεται προς τα κάτω αποκτά όλο και μεγαλύτερη ταχύτητα, οπότε όσο πιο κοντά στον πυθμένα φτάνει τόσο πιο γρήγορα πηγαίνει και τόσο πιο δυνατά θα σας χτυπούσε αν στέκεστε μπροστά της. Στη συνέχεια επιβραδύνει καθώς η κινητική της ενέργεια μετατρέπεται ξανά σε δυνητική ενέργεια. "Κινητική ενέργεια" σημαίνει απλώς την ενέργεια που έχει κάτι επειδή κινείται. "Δυνητική ενέργεια" σημαίνει απλώς την ενέργεια που έχει κάτι επειδή βρίσκεται σε κάποια υψηλότερη θέση από κάτι άλλο.

Όταν η ενέργεια μετακινείται από μια μορφή σε μια άλλη, η ποσότητα της ενέργειας παραμένει πάντα η ίδια. Δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί. Ο κανόνας αυτός ονομάζεται "νόμος διατήρησης της ενέργειας". Για παράδειγμα, όταν πετάτε μια μπάλα, η ενέργεια μεταφέρεται από το χέρι σας στη μπάλα καθώς την αφήνετε. Αλλά η ενέργεια που βρισκόταν στο χέρι σας και τώρα η ενέργεια που βρίσκεται στη μπάλα είναι ο ίδιος αριθμός. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, οι άνθρωποι πίστευαν ότι η διατήρηση της ενέργειας ήταν το μόνο για το οποίο έπρεπε να μιλήσουμε.

Όταν η ενέργεια μετατρέπεται σε μάζα, η ποσότητα της ενέργειας δεν παραμένει η ίδια. Όταν η μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια, η ποσότητα της ενέργειας επίσης δεν παραμένει η ίδια. Ωστόσο, η ποσότητα της ύλης και της ενέργειας παραμένει η ίδια. Η ενέργεια μετατρέπεται σε μάζα και η μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια με τρόπο που ορίζεται από την εξίσωση του Αϊνστάιν, E = mc2.

Το "m" στην εξίσωση του Αϊνστάιν σημαίνει μάζα. Η μάζα είναι η ποσότητα της ύλης που υπάρχει σε κάποιο σώμα. Αν γνωρίζατε τον αριθμό των πρωτονίων και των νετρονίων σε ένα κομμάτι ύλης, όπως ένα τούβλο, τότε θα μπορούσατε να υπολογίσετε τη συνολική μάζα του ως το άθροισμα των μαζών όλων των πρωτονίων και όλων των νετρονίων. (Τα ηλεκτρόνια είναι τόσο μικρά που είναι σχεδόν αμελητέα.) Οι μάζες έλκονται μεταξύ τους και μια πολύ μεγάλη μάζα, όπως αυτή της Γης, έλκει πολύ έντονα τα πράγματα που βρίσκονται κοντά της. Θα ζυγίζατε πολύ περισσότερο στον Δία από ό,τι στη Γη, επειδή ο Δίας είναι τόσο τεράστιος. Θα ζυγίζατε πολύ λιγότερο στη Σελήνη επειδή έχει μόνο το ένα έκτο της μάζας της Γης. Το βάρος σχετίζεται με τη μάζα του τούβλου (ή του ατόμου) και τη μάζα αυτού που το τραβάει προς τα κάτω σε μια ζυγαριά με ελατήριο - το οποίο μπορεί να είναι μικρότερο από το μικρότερο φεγγάρι του ηλιακού συστήματος ή μεγαλύτερο από τον Ήλιο.

Η μάζα, όχι το βάρος, μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια. Ένας άλλος τρόπος να εκφράσουμε αυτή την ιδέα είναι να πούμε ότι η ύλη μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια. Οι μονάδες μάζας χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της ποσότητας της ύλης σε κάτι. Η μάζα ή η ποσότητα της ύλης σε κάτι καθορίζει πόση ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε αυτό το πράγμα.

Η ενέργεια μπορεί επίσης να μετατραπεί σε μάζα. Αν σπρώχνατε ένα καροτσάκι με αργό περπάτημα και το βρίσκατε εύκολο να το σπρώξετε, αλλά το σπρώχνατε με γρήγορο περπάτημα και το βρίσκατε πιο δύσκολο να κινηθεί, τότε θα αναρωτιόσασταν τι συμβαίνει με το καροτσάκι. Στη συνέχεια, αν προσπαθούσατε να τρέξετε και διαπιστώνατε ότι η μετακίνηση του καροτσιού με οποιαδήποτε μεγαλύτερη ταχύτητα ήταν σαν να σπρώχνεστε σε τοίχο από τούβλα, θα εκπλαγείτε πολύ. Η αλήθεια είναι ότι όταν κάτι κινείται τότε αυξάνεται η μάζα του. Τα ανθρώπινα όντα συνήθως δεν παρατηρούν αυτή την αύξηση της μάζας επειδή με την ταχύτητα που οι άνθρωποι συνήθως κινούνται η αύξηση της μάζας είναι σχεδόν μηδαμινή.

Καθώς οι ταχύτητες πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, τότε οι αλλαγές στη μάζα είναι αδύνατο να μην γίνουν αντιληπτές. Η βασική εμπειρία που όλοι μοιραζόμαστε στην καθημερινή ζωή είναι ότι όσο πιο πολύ σπρώχνουμε κάτι, όπως ένα αυτοκίνητο, τόσο πιο γρήγορα μπορούμε να το κάνουμε να κινηθεί. Αλλά όταν κάτι που σπρώχνουμε πηγαίνει ήδη με κάποιο μεγάλο μέρος της ταχύτητας του φωτός, διαπιστώνουμε ότι συνεχίζει να κερδίζει μάζα, οπότε γίνεται όλο και πιο δύσκολο να το κάνουμε να πηγαίνει πιο γρήγορα. Είναι αδύνατο να κάνουμε οποιαδήποτε μάζα να πηγαίνει με την ταχύτητα του φωτός, επειδή για να γίνει αυτό θα χρειαζόταν άπειρη ενέργεια.

Μερικές φορές μια μάζα μετατρέπεται σε ενέργεια. Συνήθη παραδείγματα στοιχείων που κάνουν αυτές τις αλλαγές που ονομάζουμε ραδιενέργεια είναι το ράδιο και το ουράνιο. Ένα άτομο ουρανίου μπορεί να χάσει ένα σωματίδιο άλφα (τον ατομικό πυρήνα του ηλίου) και να γίνει ένα νέο στοιχείο με ελαφρύτερο πυρήνα. Τότε αυτό το άτομο θα εκπέμψει δύο ηλεκτρόνια, αλλά δεν θα είναι ακόμη σταθερό. Θα εκπέμψει μια σειρά από σωματίδια άλφα και ηλεκτρόνια μέχρι να γίνει τελικά το στοιχείο Pb ή αυτό που ονομάζουμε μόλυβδο. Πετώντας όλα αυτά τα σωματίδια που έχουν μάζα έχει κάνει τη δική του μάζα μικρότερη. Επίσης, παρήγαγε ενέργεια.

Στις περισσότερες περιπτώσεις ραδιενέργειας, ολόκληρη η μάζα ενός πράγματος δεν μετατρέπεται σε ενέργεια. Σε μια ατομική βόμβα, το ουράνιο μετατρέπεται σε κρυπτόνιο και βάριο. Υπάρχει μια μικρή διαφορά στη μάζα του προκύπτοντος κρυπτόν και βαρίου και στη μάζα του αρχικού ουρανίου, αλλά η ενέργεια που απελευθερώνεται από την αλλαγή είναι τεράστια. Ένας τρόπος να εκφράσουμε αυτή την ιδέα είναι να γράψουμε την εξίσωση του Αϊνστάιν ως εξής:

E = (_muranium - mkrypton _{και barium}) c2

Το c2 στην εξίσωση συμβολίζει την ταχύτητα του φωτός στο τετράγωνο. Το να τετραγωνίζεις κάτι σημαίνει να το πολλαπλασιάζεις με τον εαυτό του, οπότε αν τετραγωνίζατε την ταχύτητα του φωτός, θα ήταν 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, επί 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο, δηλαδή περίπου
(3-108)² = (9-1016 μέτρα2)/δευτερόλεπτα2=90
.000.000.000.000.000.000 μέτρα2/δευτερόλεπτα2Οπότε
η ενέργεια που παράγεται από ένα κιλό θα ήταν:
E = 1 kg - 90.000.000.000.000.000.000 μέτρα2/δευτερόλεπτα2E
= 90.000.000.000.000.000.000 kg μέτρα2/δευτερόλεπτα2ήE
= 90.000.000.000.000.000.000 joulesή
E = 90.000.000 terajoule

Περίπου 60 terajoules απελευθερώθηκαν από την ατομική βόμβα που εξερράγη πάνω από τη Χιροσίμα. Έτσι, περίπου τα δύο τρίτα του γραμμαρίου της ραδιενεργού μάζας αυτής της ατομικής βόμβας πρέπει να χάθηκαν (μετατράπηκαν σε ενέργεια), όταν το ουράνιο μετατράπηκε σε κρυπτόνιο και βάριο.

Άλμπερτ Αϊνστάιν, 1921


Μια φωτογραφία του Αϊνστάιν μετά την απονομή του βραβείου Νόμπελ, 1921

BEC

Η ιδέα του συμπυκνώματος Bose-Einstein προέκυψε από τη συνεργασία του S. N. Bose και του καθηγητή Einstein. Ο ίδιος ο Αϊνστάιν δεν την επινόησε αλλά, αντίθετα, βελτίωσε την ιδέα και βοήθησε να γίνει δημοφιλής.

Ενέργεια μηδενικού σημείου

Η έννοια της ενέργειας μηδενικού σημείου αναπτύχθηκε στη Γερμανία από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν και τον Ότο Στερν το 1913.

Ορμή, μάζα και ενέργεια

Στην κλασική φυσική, η ορμή εξηγείται από την εξίσωση:

p = mv

όπου

p αντιπροσωπεύει την ορμή

m αντιπροσωπεύει τη μάζα

v αντιπροσωπεύει την ταχύτητα

Όταν ο Αϊνστάιν γενίκευσε την κλασική φυσική για να συμπεριλάβει την αύξηση της μάζας λόγω της ταχύτητας της κινούμενης ύλης, κατέληξε σε μια εξίσωση που προέβλεπε ότι η ενέργεια αποτελείται από δύο συστατικά. Το ένα συστατικό περιλαμβάνει τη "μάζα ηρεμίας" και το άλλο συστατικό περιλαμβάνει την ορμή, αλλά η ορμή δεν ορίζεται με τον κλασικό τρόπο. Η εξίσωση τυπικά έχει τιμές μεγαλύτερες του μηδενός και για τις δύο συνιστώσες:

E2 = (m0c2)² + (pc)²

όπου

Το E αντιπροσωπεύει την ενέργεια ενός σωματιδίου

m0 αντιπροσωπεύει τη μάζα του σωματιδίου όταν δεν κινείται

p αντιπροσωπεύει την ορμή του σωματιδίου όταν κινείται

Το c αντιπροσωπεύει την ταχύτητα του φωτός.

Υπάρχουν δύο ειδικές περιπτώσεις αυτής της εξίσωσης.

Ένα φωτόνιο δεν έχει μάζα ηρεμίας, αλλά έχει ορμή. (Το φως που αντανακλάται από έναν καθρέφτη ωθεί τον καθρέφτη με μια δύναμη που μπορεί να μετρηθεί). Στην περίπτωση ενός φωτονίου, επειδή το m0 = 0, τότε:

E2 = 0 + (pc)²

E = pc

p = E/c

Η ενέργεια ενός φωτονίου μπορεί να υπολογιστεί από τη συχνότητα ν ή το μήκος κύματος λ. Αυτά συνδέονται μεταξύ τους με τη σχέση του Planck, E = hν = hc/λ, όπου h είναι η σταθερά του Planck (6,626×10-34 joule-δευτερόλεπτα). Γνωρίζοντας είτε τη συχνότητα είτε το μήκος κύματος, μπορείτε να υπολογίσετε την ορμή του φωτονίου.

Στην περίπτωση των ακίνητων σωματιδίων με μάζα, αφού p = 0, τότε:

E02 = (m0c2)² + 0

το οποίο είναι απλά

E0 = m0c2

Ως εκ τούτου, η ποσότητα "m0" που χρησιμοποιείται στην εξίσωση του Αϊνστάιν ονομάζεται μερικές φορές "μάζα ηρεμίας". (Το "0" μας υπενθυμίζει ότι μιλάμε για την ενέργεια και τη μάζα όταν η ταχύτητα είναι 0). Αυτός ο περίφημος τύπος της "σχέσης μάζας-ενέργειας" (που συνήθως γράφεται χωρίς τα "0") υποδηλώνει ότι η μάζα έχει μεγάλη ποσότητα ενέργειας, οπότε ίσως θα μπορούσαμε να μετατρέψουμε κάποια μάζα σε μια πιο χρήσιμη μορφή ενέργειας. Η βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας βασίζεται σε αυτή την ιδέα.

Ο Αϊνστάιν είπε ότι δεν ήταν καλή ιδέα να χρησιμοποιηθεί ο κλασικός τύπος που συνδέει την ορμή με την ταχύτητα, p = mv, αλλά ότι αν κάποιος ήθελε να το κάνει αυτό, θα έπρεπε να χρησιμοποιήσει μια σωματιδιακή μάζα m που μεταβάλλεται με την ταχύτητα:

mv2 = m02 / (1 - v2/c2)

Στην περίπτωση αυτή, μπορούμε να πούμε ότι το E = mc2 ισχύει και για τα κινούμενα σωματίδια.

Ο Αϊνστάιν στα τελευταία του χρόνια, περίπου στη δεκαετία του 1950


Άγαλμα του Άλμπερτ Αϊνστάιν στην Ακαδημία Επιστημών και Ανθρωπιστικών Επιστημών του Ισραήλ.

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας

Μέρος μιας σειράς άρθρων σχετικά με

Γενική σχετικότητα

G μ ν + Λ g μ ν = 8 π G c 4 T μ ν {\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}

·           Εισαγωγή Ιστορία Μαθηματική διατύπωση ·           Δοκιμές

Θεμελιώδεις έννοιες Αρχή της σχετικότητας Θεωρία της σχετικότητας Πλαίσιο αναφοράς Αδρανειακό σύστημα αναφοράς Πλαίσιο ανάπαυσης Πλαίσιο κέντρου ροπής Αρχή της ισοδυναμίας Ισοδυναμία μάζας-ενέργειας Ειδική σχετικότητα Διπλά ειδική σχετικότητα Ειδική σχετικότητα με αμετάβλητο de Sitter Παγκόσμια γραμμή Ριμανιανή γεωμετρία

Φαινόμενα Βαρυτοηλεκτρομαγνητισμός Πρόβλημα Kepler Βαρύτητα Βαρυτικό πεδίο Πηγάδι βαρύτητας Βαρυτικός φακός Βαρυτικά κύματα Βαρυτική ερυθρομετατόπιση Redshift Blueshift Χρονική διαστολή Βαρυτική χρονική διαστολή Χρονική καθυστέρηση Shapiro Δυναμικό βαρύτητας Βαρυτική συμπίεση Βαρυτική κατάρρευση Παρατεταμένο καρέ Γεωδαιτικό αποτέλεσμα Βαρυτική ιδιομορφία Ορίζοντας γεγονότων Γυμνή ιδιομορφία Μαύρη τρύπα Λευκή τρύπα Χωροχρόνος Διάστημα Χρόνος Διαγράμματα χωροχρόνου Χωροχρόνος Μινκόφσκι Κλειστή χρονική καμπύλη (CTC) Σκουληκότρυπα Σκουληκότρυπα Ellis

Εξισώσεις Τυπικοί μηχανισμοί Εξισώσεις Γραμμικοποιημένη βαρύτητα Εξισώσεις πεδίου Αϊνστάιν Friedmann Γεωδαισιακές Mathisson-Papapetrou-Dixon Hamilton-Jacobi-Einstein Αναλλοίωτο καμπυλότητας (γενική σχετικότητα) Λορεντζιανή πολλαπλότητα Τυπικοί μηχανισμοί ADM BSSN Μετα-Νευτώνεια Προχωρημένη θεωρία Θεωρία Kaluza-Klein Κβαντική βαρύτητα Υπερβαρύτητα

Λύσεις Schwarzschild (εσωτερικό) Reissner-Nordström Gödel Kerr Kerr-Newman Kasner Lemaître-Tolman Taub-NUT Milne Robertson-Walker pp-wave σκόνη van Stockum Weyl-Lewis-Papapetrou Λύση κενού (γενική σχετικότητα) Διάλυμα κενού

Επιστήμονες Αϊνστάιν Lorentz Hilbert Poincaré Schwarzschild de Sitter Reissner Nordström Weyl Eddington Friedman Milne Zwicky Lemaître Gödel Wheeler Robertson Bardeen Walker Kerr Chandrasekhar Ehlers Penrose Hawking Raychaudhuri Taylor Hulse van Stockum Taub Newman Yau Thorne άλλοι

·         v ·         t ·         e

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας δημοσιεύτηκε το 1915, δέκα χρόνια μετά τη δημιουργία της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν χρησιμοποιεί την ιδέα του χωροχρόνου. Ο χωροχρόνος είναι το γεγονός ότι έχουμε ένα τετραδιάστατο σύμπαν, που έχει τρεις χωρικές (χωρικές) διαστάσεις και μία χρονική (χρονική) διάσταση. Οποιοδήποτε φυσικό γεγονός συμβαίνει σε κάποιο σημείο μέσα σε αυτές τις τρεις χωρικές διαστάσεις και σε κάποια χρονική στιγμή. Σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, οποιαδήποτε μάζα προκαλεί καμπύλωση του χωροχρόνου και οποιαδήποτε άλλη μάζα ακολουθεί αυτές τις καμπύλες. Μεγαλύτερη μάζα προκαλεί μεγαλύτερη καμπυλότητα. Αυτός ήταν ένας νέος τρόπος εξήγησης της βαρύτητας (βαρύτητας).

Η γενική σχετικότητα εξηγεί τον βαρυτικό φακό, δηλαδή την κάμψη του φωτός όταν πλησιάζει ένα ογκώδες αντικείμενο. Η εξήγηση αυτή αποδείχθηκε σωστή κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης, όταν η κάμψη του ηλιακού φωτός από μακρινά αστέρια μπορούσε να μετρηθεί λόγω του σκοταδιού της έκλειψης.

Η γενική σχετικότητα έθεσε επίσης τις βάσεις για την κοσμολογία (θεωρίες για τη δομή του σύμπαντός μας σε μεγάλες αποστάσεις και για μεγάλο χρονικό διάστημα). Ο Αϊνστάιν πίστευε ότι το σύμπαν μπορεί να καμπυλώνεται λίγο τόσο στο χώρο όσο και στο χρόνο, έτσι ώστε το σύμπαν να υπήρχε πάντα και να υπάρχει πάντα, και έτσι ώστε αν ένα αντικείμενο κινούνταν μέσα στο σύμπαν χωρίς να προσκρούει σε τίποτα, θα επέστρεφε στην αφετηρία του, από την άλλη κατεύθυνση, μετά από πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Άλλαξε μάλιστα τις εξισώσεις του για να συμπεριλάβει μια "κοσμολογική σταθερά", προκειμένου να επιτρέψει ένα μαθηματικό μοντέλο ενός αμετάβλητου σύμπαντος. Η γενική θεωρία της σχετικότητας επιτρέπει επίσης στο σύμπαν να εξαπλώνεται (να γίνεται μεγαλύτερο και λιγότερο πυκνό) για πάντα, και οι περισσότεροι επιστήμονες πιστεύουν ότι η αστρονομία έχει αποδείξει ότι αυτό ακριβώς συμβαίνει. Όταν ο Αϊνστάιν συνειδητοποίησε ότι καλά μοντέλα του σύμπαντος ήταν δυνατά ακόμη και χωρίς την κοσμολογική σταθερά, αποκάλεσε τη χρήση της κοσμολογικής σταθεράς το "μεγαλύτερο λάθος" του, και η σταθερά αυτή συχνά παραλείπεται από τη θεωρία. Ωστόσο, πολλοί επιστήμονες πιστεύουν τώρα ότι η κοσμολογική σταθερά είναι απαραίτητη για να χωρέσουν όλα όσα γνωρίζουμε τώρα για το σύμπαν.

Μια δημοφιλής θεωρία της κοσμολογίας ονομάζεται Μεγάλη Έκρηξη. Σύμφωνα με τη θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης, το σύμπαν σχηματίστηκε πριν από 15 δισεκατομμύρια χρόνια, σε μια λεγόμενη "βαρυτική ιδιομορφία". Αυτή η ιδιομορφία ήταν μικρή, πυκνή και πολύ θερμή. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, όλη η ύλη που γνωρίζουμε σήμερα προήλθε από αυτό το σημείο.

Ο ίδιος ο Αϊνστάιν δεν είχε την ιδέα της "μαύρης τρύπας", αλλά οι μεταγενέστεροι επιστήμονες χρησιμοποίησαν αυτό το όνομα για ένα αντικείμενο στο σύμπαν που λυγίζει τον χωροχρόνο τόσο πολύ που ούτε το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτό. Πιστεύουν ότι αυτά τα εξαιρετικά πυκνά αντικείμενα σχηματίζονται όταν πεθαίνουν γιγάντια αστέρια, τουλάχιστον τρεις φορές μεγαλύτερα από τον ήλιο μας. Το γεγονός αυτό μπορεί να ακολουθήσει αυτό που ονομάζεται υπερκαινοφανής αστέρας. Ο σχηματισμός των μαύρων οπών μπορεί να είναι μια σημαντική πηγή βαρυτικών κυμάτων, οπότε η αναζήτηση αποδείξεων για τα βαρυτικά κύματα έχει γίνει μια σημαντική επιστημονική επιδίωξη.

Πεποιθήσεις

Πολλοί επιστήμονες ενδιαφέρονται μόνο για τη δουλειά τους, αλλά ο Αϊνστάιν μίλησε και έγραψε συχνά για την πολιτική και την παγκόσμια ειρήνη. Του άρεσαν οι ιδέες του σοσιαλισμού και της ύπαρξης μιας μόνο κυβέρνησης για ολόκληρο τον κόσμο. Εργάστηκε επίσης για τον σιωνισμό, την προσπάθεια να προσπαθήσει να δημιουργήσει τη νέα χώρα του Ισραήλ.

Η οικογένεια του Αϊνστάιν ήταν εβραϊκή, αλλά ο Αϊνστάιν δεν άσκησε ποτέ σοβαρά αυτή τη θρησκεία. Του άρεσαν οι ιδέες του Εβραίου φιλοσόφου Μπαρούχ Σπινόζα και πίστευε επίσης ότι ο βουδισμός ήταν μια καλή θρησκεία. ^[]

Παρόλο που ο Αϊνστάιν σκέφτηκε πολλές ιδέες που βοήθησαν τους επιστήμονες να κατανοήσουν πολύ καλύτερα τον κόσμο, διαφώνησε με ορισμένες επιστημονικές θεωρίες που άρεσαν σε άλλους επιστήμονες. Η θεωρία της κβαντομηχανικής πραγματεύεται πράγματα που μπορούν να συμβούν μόνο με ορισμένες πιθανότητες, οι οποίες δεν μπορούν να προβλεφθούν με μεγαλύτερη ακρίβεια, όσες πληροφορίες και αν έχουμε. Αυτή η θεωρητική επιδίωξη είναι διαφορετική από τη στατιστική μηχανική, στην οποία ο Αϊνστάιν έκανε σημαντικό έργο. Στον Αϊνστάιν δεν άρεσε το μέρος της κβαντικής θεωρίας που αρνιόταν οτιδήποτε περισσότερο από την πιθανότητα να αποδειχθεί ότι κάτι ισχύει για κάτι όταν αυτό μετρηθεί πραγματικά- πίστευε ότι θα έπρεπε να είναι δυνατόν να προβλέψουμε οτιδήποτε, αν είχαμε τη σωστή θεωρία και αρκετές πληροφορίες. Είχε πει κάποτε: "Δεν πιστεύω ότι ο Θεός παίζει ζάρια με το Σύμπαν".

Επειδή ο Αϊνστάιν βοήθησε τόσο πολύ την επιστήμη, το όνομά του χρησιμοποιείται σήμερα για πολλά διαφορετικά πράγματα. Μια μονάδα που χρησιμοποιείται στη φωτοχημεία πήρε το όνομά του. Είναι ίση με τον αριθμό Avogadro πολλαπλασιασμένο με την ενέργεια ενός φωτονίου φωτός. Το χημικό στοιχείο Einsteinium έχει επίσης πάρει το όνομά του από τον επιστήμονα. Στην αργκό, μερικές φορές αποκαλούμε ένα πολύ έξυπνο άτομο "Αϊνστάιν".

Κριτική

Οι περισσότεροι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι θεωρίες της ειδικής και της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν λειτουργούν πολύ καλά και χρησιμοποιούν αυτές τις ιδέες και τους τύπους στις δικές τους εργασίες. Ο Αϊνστάιν διαφωνούσε ότι τα φαινόμενα της κβαντομηχανικής μπορούν να συμβούν από καθαρή τύχη. Πίστευε ότι όλα τα φυσικά φαινόμενα έχουν εξηγήσεις που δεν περιλαμβάνουν την καθαρή τύχη. Πέρασε μεγάλο μέρος της μετέπειτα ζωής του προσπαθώντας να βρει μια "ενοποιημένη θεωρία πεδίου" που θα περιλάμβανε τη γενική θεωρία της σχετικότητάς του, τη θεωρία του Μάξγουελ για τον ηλεκτρομαγνητισμό και ίσως μια καλύτερη κβαντική θεωρία. Οι περισσότεροι επιστήμονες δεν πιστεύουν ότι πέτυχε αυτή την προσπάθεια.