Альберт Эйнштейн

Жизнь

Ранняя жизнь

Эйнштейн родился в Ульме, Вюртемберге, Германия, 14 марта 1879 года. Его семья была еврейской, но не очень религиозной. Тем не менее, позже в жизни Эйнштейн стал очень заинтересован в его иудаизме. Эйнштейн не начал говорить, пока ему не исполнилось 2 года. По словам его младшей сестры Майи, "у него были такие трудности с языком, что окружающие боялись, что он никогда не научится". Когда Эйнштейну было около 4 лет, его отец дал ему магнитный компас. Он изо всех сил старался понять, как игла может казаться двигаться сама по себе, так что она всегда указывала на север. Игла была в закрытом корпусе, так что очевидно, что ничто, как ветер, не может толкать иглу вокруг, и все же он двигался. Таким образом, Эйнштейн заинтересовался изучением науки и математики. Его компас дал ему идеи для изучения мира науки.

Когда он повзрослел, он пошел в школу в Швейцарии. После окончания школы он устроился туда на работу в патентное бюро. Пока он там работал, он писал работы, которые впервые прославили его как великого ученого.

Эйнштейн женился в январе 1903 года на 20-летней сербке Милеве Марич.

В 1917 году Эйнштейн сильно заболел болезнью, которая чуть не убила его. Его двоюродная сестра Эльза Лувенталь ухаживала за ним. После этого Эйнштейн развелся с Милевой 14 февраля 1919 года и женился на Эльзе 2 июня 1919 года.

Дети

Первой дочерью Эйнштейна была "Лизерл" (никто не знает ее настоящего имени). Она родилась в Нови-Саде, Воеводина, Австро-Венгрия, в первые месяцы 1902 года. Свою очень короткую жизнь (считалось, что менее 2 лет) она провела на попечении сербских бабушек и дедушек. Считается, что она умерла от алой лихорадки. Некоторые считают, что она могла родиться с расстройством, называемым синдромом Дауна, хотя это никогда не доказывает. Никто не знал о ее существовании до 1986 года, когда внучка Эйнштейна обнаружила коробку обуви, содержащую 54 любовных письма (большинство из них от Эйнштейна), которыми Милева и Эйнштейн обменивались с 1897 года по сентябрь 1903 года.

Двумя сыновьями Эйнштейна были Ганс Альберт Эйнштейн и Эдуард Тете Эйнштейн. Ганс родился в мае 1904 года в Берне (Швейцария), а Эдуард - в июле 1910 года в Цюрихе (Швейцария). Эдуард умер в 55 лет от инсульта в психиатрической университетской больнице Цюриха. Из-за своей шизофрении он провел свою жизнь в психиатрических лечебницах и вне их.

Поздняя жизнь

Перед самым началом Первой мировой войны он вернулся в Германию и возглавил там школу. Он жил в Берлине до прихода к власти нацистского правительства. Нацисты ненавидели людей, которые были евреями или происходили из еврейских семей. Они обвиняли Эйнштейна в том, что он помогал создавать "еврейскую физику", и немецкие физики пытались доказать, что его теории были ошибочными.

В 1933 году, под смертельными угрозами нацистов и ненавистью нацистской немецкой прессы, Эйнштейн и Эльза переехали в Принстон, Нью-Джерси в Соединенных Штатах, а в 1940 году он стал гражданином Соединенных Штатов.

Во время Второй мировой войны Эйнштейн и Лео Силард написали президенту США Франклину Д. Рузвельту, что Соединенные Штаты должны изобрести атомную бомбу, чтобы нацистское правительство не смогло побить их до полусмерти. Он был единственным, кто подписал письмо. Однако он не был частью Манхэттенского проекта, который создал атомную бомбу.

Эйнштейну, еврею, но не гражданину Израиля, предложили пост президента в 1952 году, но он отказался от него, заявив: "Я глубоко тронут предложением нашего государства Израиль, и мне сразу же стало грустно и стыдно за то, что я не могу его принять". "Сообщалось, что Эхуд Ольмерт рассматривает возможность предложить пост президента другому неизраильтянину, Эли Визелю, но, как говорят, он "очень не заинтересован".

Он преподавал физику в Институте повышения квалификации в Принстоне, штат Нью-Джерси до своей смерти 18 апреля 1955 года от аневризмы аорты в результате взрыва. Он все еще писал о квантовой физике за несколько часов до смерти. Он был удостоен Нобелевской премии по физике.

Теория особой относительности

Теория особой относительности была опубликована Эйнштейном в 1905 году в статье "Электродинамика движущихся тел". В ней говорится, что вблизи скорости света изменяются как измерения расстояния, так и измерения времени. Это означает, что по мере приближения к скорости света (почти 300 000 километров в секунду) длины становятся короче, а часы тикают медленнее. Эйнштейн сказал, что особая относительность основана на двух идеях. Первая заключается в том, что законы физики одинаковы для всех наблюдателей, которые не движутся по отношению друг к другу.

Говорят, что вещи, идущие в том же направлении с той же скоростью, находятся в "инерционной раме".

Люди в одной "рамке" измеряют, как долго что-то должно произойти. Их часы держат одно и то же время. Но в другой "рамке" их часы двигаются с другой скоростью. Причина, по которой это происходит, следующая. Как бы наблюдатель ни двигался, если он измеряет скорость света, исходящего от этой звезды, это всегда будет одно и то же число.

Представьте, что астронавт был совсем один в другой вселенной. В ней только астронавт и космический корабль. Он движется? Он стоит на месте? Эти вопросы ничего не значат. Почему? Потому что, когда мы говорим, что двигаемся, мы имеем в виду, что можем измерять наше расстояние от чего-то другого в разное время. Если цифры станут больше, мы переезжаем. Если числа становятся меньше, мы приближаемся. Чтобы двигаться, у тебя должно быть как минимум две вещи. Самолет может двигаться со скоростью несколько сотен километров в час, но пассажиры говорят: "Я просто сижу здесь".

Предположим, что некоторые люди находятся на космическом корабле и хотят сделать точные часы. На одном конце они ставят зеркало, а на другом - простую машину. Она выстреливает одним коротким порывом света в сторону зеркала, а затем ждет. Свет попадает в зеркало и отскакивает назад. Когда он попадает в детектор света на машине, машина говорит: "Счет = 1", он одновременно стреляет еще один короткий всплеск света в сторону зеркала, и когда этот свет возвращается машина говорит: "Счет = 2". Они решают, что определенное количество отскоков будет определено как секунда, и они заставляют машину менять счетчик секунд каждый раз, когда она обнаружила это количество отскоков. Каждый раз, когда он меняет счетчик секунд, он также мигает светом через иллюминатор под машиной. Таким образом, кто-то снаружи может видеть, что свет мигает каждую секунду.

Каждый школьник в классе изучает формулу d=rt (расстояние равно скорости, умноженной на время). Мы знаем скорость света, и мы можем легко измерить расстояние между машиной и зеркалом и умножить его, чтобы дать расстояние, на которое движется свет. Таким образом, у нас есть и d, и r, и мы можем легко вычислить t. Люди на космическом корабле сравнивают свои новые "световые часы" с различными наручными часами и другими часами, и они удовлетворены тем, что они могут хорошо измерять время, используя свои новые световые часы.

Теперь этот космический корабль летит очень быстро. Они видят вспышку от часов на космическом корабле, а затем они видят еще одну вспышку. Только вспышки не расходятся ни на секунду. Они приходят медленнее. Свет всегда идет с одинаковой скоростью, d = rt. Поэтому часы на космическом корабле не мигают один раз в секунду для внешнего наблюдателя.

Специальная относительность также связывает энергию с массой, в формуле Альберта Эйнштейна E=mc2.

Свет от обеих звезд измеряется как имеющий одинаковую скорость.


Расстояние, пройденное относительно различных стандартов.


Светлые часы быстрее в покое и медленнее в движении

эквивалентность массы-энергии

E=mc2, также называемый эквивалентом массы-энергии, является одной из вещей, которой Эйнштейн славится больше всего. Это известное уравнение в физике и математике, которое показывает, что происходит, когда масса изменяется в энергию или энергия изменяется в массу. Е" в этом уравнении означает энергию. Энергия - это число, которое вы даете объектам в зависимости от того, насколько они могут изменить другие вещи. Например, кирпич, нависающий над яйцом, может приложить к яйцу достаточно энергии, чтобы разбить его. Перо, нависающее над яйцом, не обладает достаточной энергией, чтобы нанести вред яйцу.

Существует три основные формы энергии: потенциальная энергия, кинетическая энергия и энергия покоя. Две из этих форм энергии можно увидеть в примерах, приведенных выше, и на примере маятника.

Пушечное ядро висит на веревке с железного кольца. Лошадь тянет пушечное ядро вправо. Когда пушечное ядро освобождается, оно движется вперед и назад по диаграмме. Это будет происходить вечно, за исключением того, что движение веревки в кольце и трение в других местах вызывает трение, а трение все время отнимает немного энергии. Если мы игнорируем потери от трения, то энергия, предоставляемая лошадью, отдается пушечному ядру в качестве потенциальной энергии. По мере того, как пушечное ядро качается вниз, оно набирает все большую скорость, поэтому чем ближе к нижней части, тем быстрее оно движется, и тем сильнее оно будет поражать вас, если вы будете стоять перед ним. Затем он замедляется, так как его кинетическая энергия меняется обратно в потенциальную энергию. "Кинетическая энергия" означает только то, что энергия, которой что-то обладает, потому что оно движется. "Потенциальная энергия" просто означает энергию, которая есть у кого-то, потому что он находится в каком-то более высоком положении, чем что-то другое.

Когда энергия переходит из одной формы в другую, количество энергии всегда остается неизменным. Она не может быть сделана или уничтожена. Это правило называется "законом сохранения энергии". Например, когда вы бросаете мяч, энергия передается от вашей руки к мячу, когда вы его освобождаете. Но энергия, которая была в вашей руке, а теперь энергия, которая находится в мяче, это то же самое число. Долгое время люди думали, что сохранение энергии - это все, о чем можно говорить.

Когда энергия преобразуется в массу, количество энергии не остается прежним. При преобразовании массы в энергию количество энергии также не остается прежним. Однако количество материи и энергии остается неизменным. Энергия превращается в массу, а масса - в энергию таким образом, что это определяется уравнением Эйнштейна, E = mc2.

"М" в уравнении Эйнштейна означает массу. Масса - это количество материи в каком-то теле. Если бы вы знали количество протонов и нейтронов в таком куске материи, как кирпич, то вы могли бы вычислить его полную массу как сумму масс всех протонов и всех нейтронов. (Электроны настолько малы, что их почти ничтожно мало.) Массы тянутся друг к другу, и очень большая масса, такая, как у Земли, очень сильно тянутся к вещам, находящимся поблизости. Вы бы весили на Юпитере гораздо больше, чем на Земле, потому что Юпитер такой огромный. На Луне вы бы весили гораздо меньше, потому что это всего лишь около одной шестой массы Земли. Масса связана с массой кирпича (или человека) и массой того, что тянет его вниз на весах - которая может быть меньше самой маленькой Луны в Солнечной системе или больше Солнца.

Масса, а не вес, может быть преобразована в энергию. Другой способ выражения этой идеи - сказать, что материя может быть преобразована в энергию. Единицы массы используются для измерения количества материи в чем-то. Масса или количество материи в чем-то определяет, в какое количество энергию эта вещь может быть преобразована.

Энергия также может быть преобразована в массу. Если бы вы толкали коляску на медленной прогулке и находили, что ее легко толкать, но толкали на быстрой прогулке и находили, что ее труднее двигать, то вы бы удивились, что случилось с коляской малыша. Тогда, если бы вы попытались бежать и обнаружили, что движение коляски на любой скорости подобно толканию о кирпичную стену, вы были бы очень удивлены. Правда в том, что когда что-то движется, то его масса увеличивается. Человек обычно не замечает этого увеличения массы, потому что на скорости человек обычно перемещает увеличение массы почти в никуда.

По мере приближения скоростей к скорости света, изменения массы становятся невозможными, чтобы не заметить. Основной опыт, который мы все разделяем в повседневной жизни, заключается в том, что чем сильнее мы толкаем что-то вроде автомобиля, тем быстрее мы можем заставить его ехать. Но когда что-то, что мы толкаем, уже движется со скоростью света, мы обнаруживаем, что оно продолжает набирать массу, поэтому становится все труднее и труднее заставить его ехать быстрее. Невозможно заставить какую-либо массу ехать со скоростью света, потому что для этого потребуется бесконечная энергия.

Иногда масса меняется на энергию. Частыми примерами элементов, которые делают эти изменения, мы называем радиоактивностью, являются радий и уран. Атом урана может потерять альфа-частицу (атомное ядро гелия) и стать новым элементом с более легким ядром. Тогда этот атом будет испускать два электрона, но он еще не будет стабильным. Он будет испускать ряд альфа-частиц и электронов, пока, наконец, не станет элементом Pb или тем, что мы называем свинцом. Выбрасывая все эти частицы, которые имеют массу, он сделал свою собственную массу меньше. Он также производит энергию.

При большей части радиоактивности вся масса чего-то не превращается в энергию. В атомной бомбе уран превращается в криптон и барий. Есть небольшая разница в массе получаемого криптона и бария, и в массе исходного урана, но энергия, которая высвобождается при изменении, огромна. Один из способов выразить эту идею - написать уравнение Эйнштейна как:

E = (мурань - мкриптон _{и барий}) c2

С2 в уравнении означает скорость света в квадрате. Квадрировать что-то означает умножать его само по себе, так что если бы скорость света была квадратичной, то она составила бы 299 792 458 метров в секунду, умножив на 299 792 458 метров в секунду, что примерно
(3-108)² = (9-1016 метров2)/секунды2=90
000 000 000 000 метров2/секунды2Так что
энергия, вырабатываемая на один килограмм, была бы такой же, как и на один килограмм:
E = 1 кг - 90,000,000,000,000 метров2/секунд2E
= 90,000,000,000,000 кг метров2/секунд2orE
= 90,000,000,000,000,000 джоулейор
E = 90,000 тераджоуль

Около 60 тераджоулей было выпущено атомной бомбой, взорвавшейся над Хиросимой. Таким образом, около двух третей грамма радиоактивной массы в этой атомной бомбе должно быть потеряно (превращено в энергию), когда уран превратился в криптон и барий.

Альберт Эйнштейн, 1921 г.


Фотография Эйнштейна после получения Нобелевской премии, 1921 г.

BEC

Идея конденсата Бозе-Эйнштейна возникла в результате сотрудничества С.Н.Бозе и профессора Эйнштейна. Сам Эйнштейн не изобрел его, а, напротив, усовершенствовал идею и помог ей стать популярной.

Нулевая энергия

Концепция нулевой энергии была разработана в Германии Альбертом Эйнштейном и Отто Штерном в 1913 году.

Момент, масса и энергия

В классической физике импульс объясняется уравнением:

р = мв

где

p представляет собой импульс

m представляет собой массу

v представляет скорость (скорость)

Когда Эйнштейн обобщил классическую физику, включив в нее увеличение массы за счет скорости движущейся материи, он пришел к уравнению, которое предсказало, что энергия будет состоять из двух компонентов. Один компонент включает в себя "массу покоя", а другой - импульс, но импульс не определяется классическим образом. Уравнение обычно имеет значения больше нуля для обеих компонент:

E2 = (m0c2)² + (pc)²

где

E представляет собой энергию частицы

m0 представляет собой массу частицы, когда она не движется.

p представляет собой импульс частицы, когда она движется.

c обозначает скорость света.

Есть два особых случая этого уравнения.

У фотона нет массы покоя, но есть импульс. (Свет, отражаясь от зеркала, толкает зеркало с силой, которая может быть измерена.) В случае фотона, потому что его m0 = 0, то:

E2 = 0 + (шт)²

E = ПК

р = Е/С

Энергию фотона можно вычислить по его частоте ν или длине волны λ. Они связаны между собой отношением Планка, E = hν = hc/λ, где h - константа Планка (6,626×10-34 джоуль-секунды). Зная частоту или длину волны, можно рассчитать импульс фотона.

В случае неподвижных частиц с массой, начиная с p = 0:

E02 = (m0c2)² + 0

то есть

E0 = m0c2

Поэтому количество "m0", используемое в уравнении Эйнштейна, иногда называют "массой покоя". ("0" напоминает нам, что мы говорим об энергии и массе, когда скорость равна 0.) Эта известная формула "отношения массы к энергии" (обычно пишется без "0") предполагает, что масса имеет большое количество энергии, поэтому, возможно, мы могли бы преобразовать некоторую массу в более полезную форму энергии. Атомная энергетика основана на этой идее.

Эйнштейн сказал, что это не очень хорошая идея, чтобы использовать классическую формулу, относящуюся к импульсу скорости, р = мв, но что если кто-то хочет сделать это, он должен будет использовать массу частиц m, которая изменяется со скоростью:

мв2 = м02 / (1 - v2/c2)

В этом случае можно сказать, что E = mc2 верно и для движущихся частиц.

Эйнштейн в свои более поздние годы, около 1950-х годов...


Статуя Альберта Эйнштейна в Израильской академии наук и гуманитарных наук.

Общая теория относительности

Часть серии статей о

Общая относительность

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 }}

·           Введение История Математическая формулировка ·           Тесты

Фундаментальные понятия Принцип относительности теория относительности Круг ведения Инерциальная система координат Отдыхающая рама рама момента Принцип эквивалентности эквивалентность массы-энергии Особая относительность двойственная особая относительность инвариантная особая относительность Мировая линия риманская геометрия

Феномена Гравитоэлектромагнетизм проблема Кеплера Gravity поле тяготения Гравитация хорошо гравитационное линзирование Гравитационные волны гравитационное красное смещение Redshift Blueshift Замедление времени гравитационное замедление временная задержка Шапиро гравитационный потенциал гравитационное сжатие гравитационный коллапс Перетягивание каната Геодезический эффект гравитационная сингулярность Горизонт событий Обнажённая сингулярность Чёрная дыра Белая дыра Пространственное время Пространство Время Диаграммы пространства-времени Минковское пространство-время Закрытая временная кривая (CTC) Червоточина червоточина Эллиса

Уравнения Формализмы Уравнения Линейная сила тяжести уравнения Эйнштейна поля Фридман Геодезика Матиссон-Папетру-Диксон Гамильтон-Якоби-Эйнштейн инвариант кривизны (общая относительность) лоренцовый коллектор Формализмы ADM BSSN Пост-ньютонский Передовая теория теория Калузы-Клейна Квантовая гравитация Супергравитация

Решения Шварцшильд (интерьер) Рейсснер-Нордстрём Gödel Kerr Kerr-Newman Каснер Лемэтр-Толман Тауб-Нут Милн Robertson-Walker pp-волна пыль фургона Stockum Weyl-Lewis-Papapetrou Вакуумный раствор (общая относительность) Вакуумный раствор

Ученые Эйнштейн Лоренц Гильберт Пуанкаре Schwarzschild де Зиттер Reissner Nordström Weyl Эддингтон Фридман Милн Цвики Лемэтр Gödel Wheeler Robertson Bardeen Walker Kerr Чандрасекхар Элерс Penrose Хокинг Raychaudhuri Тейлор Халс ван Стокюм Тауб Ньюман Yau Thorne другие

·         v ·         t ·         e

Общая теория относительности была опубликована в 1915 году, через десять лет после создания специальной теории относительности. В общей теории относительности Эйнштейна используется идея пространства-времени. Пространство-время - это тот факт, что мы имеем четырехмерную Вселенную, имеющую три пространственных (пространственных) измерения и одно временное (временное). Любое физическое событие происходит в каком-то месте внутри этих трех пространственных измерений, и в какой-то момент времени. Согласно общей теории относительности, любая масса вызывает кривые пространства-времени, и любая другая масса следует этим кривым. Большая масса вызывает больше изгибов. Это новый способ объяснить гравитацию (гравитацию).

Общая относительность объясняет гравитационное линзирование, которое представляет собой изгиб света, когда он приближается к массивному объекту. Это объяснение было доказано правильно во время солнечного затмения, когда сгибание солнечного света от далеких звезд можно было измерить из-за темноты затмения.

Общая относительность также заложила основу космологии (теории строения нашей Вселенной на больших расстояниях и в течение длительного времени). Эйнштейн считал, что Вселенная может немного изгибаться и в пространстве, и во времени, так что Вселенная всегда существовала и всегда будет существовать, и так что если бы объект двигался по Вселенной, не натыкаясь ни на что, то через очень долгое время он вернулся бы на свое исходное место, с другого направления. Он даже изменил свои уравнения, чтобы включить "космологическую константу", чтобы позволить математическую модель неизменной вселенной. Общая теория относительности также позволяет Вселенной распространяться (становиться все более и менее плотной) навсегда, и большинство ученых считают, что астрономия доказала, что именно это и происходит. Когда Эйнштейн понял, что хорошие модели Вселенной возможны даже без космологической константы, он назвал использование космологической константы своим "самым большим промахом", и эта константа часто остается вне теории. Однако многие ученые теперь считают, что космологическая константа необходима для того, чтобы вписаться во все, что мы теперь знаем о Вселенной.

Популярная теория космологии называется Большой взрыв. Согласно теории Большого взрыва, Вселенная образовалась 15 миллиардов лет назад, в том, что называется "гравитационной сингулярностью". Эта сингулярность была маленькой, плотной и очень горячей. Согласно этой теории, вся материя, которую мы знаем сегодня, вышла из этой точки.

У самого Эйнштейна не было идеи "черной дыры", но позже ученые использовали это название для объекта во Вселенной, который изгибает пространство-время настолько, что даже свет не может вырваться из него. Они считают, что эти сверхплотные объекты образуются, когда умирают гигантские звезды, по крайней мере, в три раза больше нашего Солнца. Это событие может последовать за тем, что называется сверхновой. Формирование черных дыр может быть основным источником гравитационных волн, поэтому поиск доказательств гравитационных волн стал важной научной задачей.

Вера

Многих ученых волнует только их работа, но Эйнштейн также часто говорил и писал о политике и мире во всем мире. Ему нравились идеи социализма и наличие только одного правительства на весь мир. Он также работал для сионизма, усилия, чтобы попытаться создать новую страну Израиля.

Семья Эйнштейна была еврейкой, но Эйнштейн никогда не исповедовал эту религию всерьез. Он любил идеи еврейского философа Баруха Спинозы и также думал, что буддизм был хорошей религией. ^[]

Несмотря на то, что Эйнштейн придумал много идей, которые помогли ученым гораздо лучше понять мир, он не согласился с некоторыми научными теориями, которые нравились другим ученым. В теории квантовой механики обсуждаются вещи, которые могут происходить только с определенными вероятностями, которые невозможно предсказать с большей точностью, независимо от того, сколько информации мы можем иметь. Эта теоретическая погоня отличается от статистической механики, в которой Эйнштейн проделал важную работу. Эйнштейн не любил ту часть квантовой теории, которая отрицала что-либо больше чем вероятность того, что что-то будет найдено истинным чего-то, когда оно было фактически измерено; он думал, что должно быть возможно предсказать что-нибудь, если бы мы имели правильную теорию и достаточно информации. Однажды он сказал: "Я не верю, что Бог играет в кости со Вселенной".

Потому что Эйнштейн так помог науке, что его имя теперь используется для нескольких разных вещей. Устройство, используемое в фотохимии, было названо в его честь. Она равна числу Авогадро, умноженному на энергию одного фотона света. Химический элемент Эйнштейн назван в честь ученого. На сленге мы иногда называем очень умного человека "Эйнштейн".

Критика

Большинство ученых считают, что теории особой и общей относительности Эйнштейна работают очень хорошо, и они используют эти идеи и формулы в своей работе. Эйнштейн не согласен с тем, что явления в квантовой механике могут происходить по чистой случайности. Он считал, что все природные явления имеют объяснения, которые не включают в себя чистый случай. Он провел большую часть своей поздней жизни, пытаясь найти "единую теорию поля", которая включала бы его общую теорию относительности, теорию электромагнетизма Максвелла, и, возможно, лучшую квантовую теорию. Большинство ученых не думают, что он преуспел в этой попытке.