Ce a inventat Albert Einstein? Albert Einstein: biografie, invenții, secrete

Albert Einstein a oferit lumii cele mai revoluționare idei științifice ale secolului al XX-lea, inclusiv faimoasa teorie a relativității. Einstein este un geniu al științei recunoscut la nivel internațional.

Albert Einstein s-a născut în orașul Ulm din sudul Germaniei la 14 martie 1879. La un an după nașterea sa, familia Einstein s-a mutat la Munchen. Tatăl lui Einstein, împreună cu fratele său, dețineau o mică companie de vânzare de echipamente electrice, dar în 1894 frații au decis să-și mute compania în micul oraș italian Pavia, lângă Milano, în speranța că lucrurile se vor îmbunătăți acolo. Tatăl și mama lui Albert s-au mutat în Italia, dar el însuși a continuat să studieze o vreme într-unul din gimnaziile din München, rămânând în grija rudelor.

Nimic din copilăria lui Albert Einstein nu a prezis că va deveni un geniu științific. Nu a vorbit până la vârsta de 3 ani și, în timp ce studia, ura disciplina școlară strictă. Singurul lucru care îi făcea plăcere era să cânte la vioară. În 1895, Albert s-a mutat în Italia pentru a locui cu tatăl și mama lui.

Einstein și-a terminat studiile în orașul elvețian Zurich. În 1896, a intrat la Școala Tehnică Superioară - cea mai prestigioasă instituție de învățământ superior din Elveția. Albert și-a dezvoltat propriul sistem de antrenament și... În loc să participe la cursuri, a studiat în mod independent lucrările marilor fizicieni. Din această cauză, profesorii l-au displacut. În 1900, Einstein a primit o diplomă de profesor de fizică și matematică, dar multă vreme nu și-a găsit un loc de muncă permanent - cel puțin ca profesor de școală. În cele din urmă, în 1902, a fost acceptat în Oficiul Federal pentru Brevete de Invenții din Berna ca expert de clasa a treia.

An minunat

Lucrul în biroul de brevete nu l-a entuziasmat prea mult pe Einstein, dar i-a oferit ocazia de a-și îmbunătăți situația financiară și de a se căsători cu fostul său.

Colega Mileva Maric. În plus, Albert a avut suficient timp liber pentru a se angaja în propriile sale dezvoltări științifice. Nimic, totuși, nu a prefigurat ceea ce s-a întâmplat în 1905. Apoi Einstein a trimis mai multe articole la principala revista științifică germană „Annals of Physics”, fiecare dintre acestea a devenit un punct de cotitură în istoria științei. Una dintre ele a fost dedicată unui fenomen care mai târziu a devenit cunoscut sub numele de efect fotoelectric. În ea, Einstein și-a conturat propriile idei despre fenomenul când expunerea la lumină puternică scoate electronii din atomi, ducând la producerea unei mici sarcini electrice. Apoi a rămas un mister de ce acest efect depinde doar de culoarea expunerii la lumină, și nu de intensitatea acesteia. Acest lucru părea surprinzător, deoarece se aștepta ca valurile mai mari să aibă un efect mai mare.

Particule de lumină

Tânărul Einstein a rezolvat problema mergând împotriva înțelegerii științifice dezvoltate de-a lungul secolului al XIX-lea. Se credea că lumina călătorește sub formă de valuri.

Și Einstein a realizat că efectul fotoelectric poate fi explicat cu ușurință dacă luăm în considerare lumina sub formă de particule, deoarece particulele de aceeași dimensiune produc întotdeauna același efect. Particulele de lumină au fost numite mai târziu fotoni și sunt într-adevăr mici particule de energie. În 1900, fizicianul german Max Planck a descoperit că căldura nu este emisă într-un flux uniform, ci vine în porțiuni, pe care le-a numit cuante. Dar Einstein a fost cel care și-a dat seama că toată radiația electromagnetică se deplasează în acest fel și că porțiuni de energie sunt particule, precum electronii și fotonii. Cu alte cuvinte, porțiuni de energie și particule minuscule sunt unul și același lucru.

A doua lucrare, scrisă de Einstein în 1905, a fost dedicată măsurării dimensiunii moleculelor. Al treilea a explicat în detaliu mișcarea browniană - mișcarea aleatorie în apă a particulelor mici, cum ar fi boabele de praf, care pot fi văzute la microscop.

Einstein a emis ipoteza că mișcarea boabelor de praf a fost cauzată de coliziuni cu atomii în mișcare și a prezentat calcule matematice care au confirmat acest lucru. Aceasta a devenit o dovadă importantă a realității atomilor și moleculelor, care era apoi încă contestată de unii oameni de știință. Dar principala lucrare a lui Albert Einstein în 1905 a fost teoria specială a relativității.

Teoria specială a relativității

În 1887, un experiment celebru al lui Albert Michelson și Edward Morley a arătat că lumina călătorește întotdeauna cu aceeași viteză, indiferent de modul în care este măsurată.
Dar Einstein avea propria sa opinie în această chestiune.

De obicei viteza este măsurată în raport cu ceva. De exemplu, dacă trebuie să determinați viteza cu care alergați, atunci o măsurați în raport cu solul de sub picioare, care pare staționar, dar se rotește cu Pământul. Dar lumina se deplasează cu aceeași viteză, indiferent de orice altceva. Și există o singură viteză.

Albert Einstein a raționat în acest fel. Viteza este distanța parcursă într-o anumită perioadă de timp. Dacă viteza luminii este constantă, atunci timpul și distanța trebuie să se schimbe. Aceasta însemna că timpul și distanța sunt concepte relative și ar putea să nu fie constante. Aceasta se numește teoria specială a relativității a lui Einstein.

Lumea relativității

Semnificația acestei afirmații a lui Einstein nu poate fi supraestimată. A schimbat toate ideile anterioare despre spațiu și timp, distanță și viteză și i-a forțat pe oamenii de știință să le privească într-un mod complet nou. Cât de important s-a dovedit a fi acest lucru a devenit deosebit de clar atunci când astronomia, care era echipată cu radiotelescoape, a extins și mai mult ideile oamenilor de știință despre spațiu.

Adevărat, teoria relativității speciale a lui Einstein este practic inaplicabilă evenimentelor din viața de zi cu zi, dar lucruri uimitoare ar trebui să se întâmple obiectelor care se mișcă cu viteza luminii.

Einstein a arătat, pe baza legile mișcării lui Newton, că pentru obiectele care se mișcă la sau aproape de viteza luminii, timpul pare să se extindă - se întinde și se mișcă mai lent, iar distanțele se scurtează. Și obiectele în sine devin mai grele. Einstein a numit acest fapt relativitate.

Ecuația miracolului

Propunând teoria relativității speciale. Einstein a continuat să se gândească la problemă. El a arătat deja că, de îndată ce viteza unui obiect se apropie de viteza luminii, masa acelui obiect crește. Pentru a „câștiga” această masă suplimentară fără a reduce viteza ar necesita energie suplimentară. Orice altă schimbare ar însemna o schimbare a vitezei luminii, care, conform dovezilor prezentate de Einstein, nu se poate întâmpla.

Prin urmare. Einstein a realizat că masa și energia sunt interschimbabile. Și a derivat o ecuație simplă, dar acum celebră, care definește aceste relații: E = ms2. Arată că E (energia) este egală cu masa (m) ori viteza luminii (c) la pătrat. A fost o idee extraordinară, care explică cu ușurință, de exemplu, cum funcționează radiația - pur și simplu transformând masa în energie. S-a dovedit posibilitatea de a genera cantități mari de energie dintr-o cantitate mică de material radioactiv. Creșterea masei cu viteza luminii a implicat că există o energie potențială enormă conținută în masa celui mai mic atom. Această teorie a fost folosită 40 de ani mai târziu, când a fost creată prima bombă atomică.
La început, teoriile remarcabile ale lui Einstein nu au atras prea multă atenție din partea lumii științifice, iar el a continuat să lucreze la Oficiul de brevete și invenții. Treptat, însă, faima sa a crescut, iar în 1909 lui Einstein i s-a oferit postul de profesor asistent la Universitatea Politehnică din Zurich. În acel moment, el lucra deja la teoria generală a relativității.

Teoria generală

Când a dezvoltat teoria generală a relativității, Einstein și-a imaginat, în mod figurat, un fascicul de lumină străpungând un lift în cădere. Fasciculul ajunge la peretele îndepărtat al liftului puțin mai sus decât față, deoarece liftul coboară pe măsură ce fasciculul îl traversează, iar fasciculul de lumină se îndoaie puțin în sus. Bazat pe teoria relativității speciale. Einstein a sugerat că fasciculul nu se îndoaie de fapt, ci doar pare să facă acest lucru deoarece spațiul și timpul sunt distorsionate de forța care trage liftul în jos.

Datorită acestei presupuneri, Einstein a construit o mare teorie științifică. Când Newton a derivat legea gravitației, a putut doar să arate o realitate matematică - că obiectele de o anumită masă accelerează cu o anumită viteză previzibilă. Dar nu a arătat cum funcționează. Einstein a reușit să facă acest lucru clar. Omul de știință a arătat că gravitația este doar o distorsiune în spațiu și timp. Masa creează un efect cunoscut sub numele de gravitație prin distorsionarea spațiului și a timpului din jurul ei.

Și cu cât masa este mai mare, cu atât este mai mare distorsiunea. Aceasta înseamnă că planetele se învârt în jurul Soarelui nu pentru că sunt afectate de o forță misterioasă, ci pur și simplu pentru că spațiul și timpul din jurul Soarelui sunt distorsionate, iar planetele se învârt în jurul lui ca o minge în interiorul unei pâlnii.

Teoriile lui Einstein demonstrează că călătoria în spațiu este imposibilă la viteze mai mari decât viteza luminii. Dar scriitorii de science-fiction sugerează că viitoarele nave spațiale vor putea „scăpa” recordul vitezei luminii extinzând timpul și spațiul folosind motoare „hiperspațiale” imaginare.

Einstein avea dreptate

Când Einstein și-a publicat teoria generală a relativității în 1915, mulți nu au înțeles cu adevărat dovezile sale. Au fost cei care le-au considerat o invenție absurdă. A existat o modalitate de a dovedi afirmațiile lui Einstein în practică? El însuși a propus acest mod pentru a-și demonstra teoria.

Astronomii ar fi trebuit să detecteze o ușoară schimbare în poziția adevărată a unei stele îndepărtate pe măsură ce trecea prin fața ei în raport cu observatorul Soarelui nostru. O astfel de schimbare ar arăta că razele de lumină de la stele au fost îndoite din cauza distorsiunii spațiului și timpului în apropierea Soarelui. Prin urmare, în mai 1919, expediții speciale au mers în Guineea și Brazilia pentru a observa o eclipsă de soare - acesta este singurul moment în care stelele pot fi văzute aproape de Soare. Astrofizicianul englez Arthur Eddington, care a condus aceste expediții, a fost un susținător ferm al teoriilor lui Einstein, care erau atât de greu de înțeles. Într-o zi, omul de știință Ludwig Silverstein i-a spus: „Trebuie să fii unul dintre cei trei oameni de pe Pământ care înțelege relativitatea generală”, referindu-se la Einstein, el însuși și Eddington. La care Eddington a răspuns: „Mă întreb cine este al treilea?”

În timpul eclipsei, astronomii au reușit să facă fotografii stelei, ceea ce a arătat cum se mișcase aparent în raport cu Soarele - aproape așa cum prezisese Einstein. Rezultatele observațiilor au fost publicate în toată lumea, iar Einstein a devenit curând cel mai faimos dintre oamenii de știință. Până și înfățișarea lui era acum faimoasă - părul ciufulit nestăpânit și mustața în jos.

Einstein însuși a fost foarte surprins de o asemenea atenție acordată persoanei sale, dar nu l-a împiedicat să-și continue munca.

Einstein a vrut să găsească o modalitate de a combina natura electromagnetismului și gravitației într-o singură mare teorie care ar putea explica cum funcționează totul, de la galaxii stelare până la cele mai mici particule subatomice. Până la sfârșitul vieții, omul de știință a continuat să lucreze la o astfel de „teorie unificată”.

În mod ironic, Einstein a fost în fruntea teoriei cuantice, care avea aceeași semnificație științifică ca și teoria relativității. Se presupune că la nivel subatomic trebuie să se opereze în termeni de porțiuni sau cuante de energie. De asemenea, dovedește că particulele și undele sunt interschimbabile: fiecare particulă se poate comporta ca o undă și fiecare undă se poate comporta ca o particulă. În plus, teoria cuantică arată că cercetătorii nu pot determina exact unde se află o particulă, ci doar prezic posibila ei locație. Prin urmare, mai devreme sau mai târziu, particula poate ajunge într-un loc neașteptat.

Dumnezeu nu joacă zaruri

Și deși teoria cuantică a dezvoltat datorită ideilor lui Einstein cu privire la relația dintre lumină și atomi, el însuși nu a acceptat-o. Nu a fost doar pentru că, după cum sa dovedit. Universul nu a fost supus unui set de legi, ci a două: una pentru lumea subatomică și alta pentru orice altceva. Albert Einstein a respins natura foarte instabilă a teoriei cuantice în ansamblu.

Teoriile relativității ale lui Einstein pot părea extraordinare, dar s-au bazat întotdeauna pe presupunerea că universul se comportă într-un anumit fel. Pur și simplu nu putea accepta ideea că Universul era guvernat de probabilitate. „Dumnezeu nu joacă zaruri” - această frază celebră a lui Einstein este adesea citată. Ceea ce a spus de fapt a fost: „Pare dificil să te uiți la cărțile lui Dumnezeu. Dar faptul că joacă zaruri și folosește metode „telepatice”... nu cred nici măcar un minut.” Încercările lui Einstein de a respinge teoria cuantică au părut din ce în ce mai eronate oamenilor de știință, dar de fapt au condus la dovezile principale că... efectele cuantice sunt reale.

În anii 1920 Einstein a început să manifeste un interes din ce în ce mai mare pentru problemele politice. În 1933 s-a mutat în SUA, unde a început să lucreze la Princeton. Acolo a întâlnit gânditori proeminenți precum psihologul austriac Sigmund Freud și scriitorul indian Rabindranath Tagore. Einstein a fost îngrozit că ideile sale au fost folosite în dezvoltarea armelor nucleare, iar după al Doilea Război Mondial a devenit un susținător înfocat al ideii de a forma un guvern mondial care ar putea pune capăt conflictelor dintre state. Albert Einstein a murit în aprilie 1955, la vârsta de 76 de ani.

Albert Einstein. Biografia și descoperirile lui Albert Einstein

Pentru a înțelege teoria generală a relativității a lui Einstein, imaginați-vă o „foaie” de cauciuc. Un obiect greu, cum ar fi Soarele (A), face o adâncitură în el. Această adâncitură arată în mod figurat cum gravitația distorsionează spațiul și timpul. Gravitația acționează apoi după cum urmează. Orice corp cu mișcare lentă care trece prin apropiere (cum ar fi Pământul sau o altă planetă) se rostogolește în depresiunea creată de (A) și se mișcă pe o cale (B) în interiorul acesteia. Corpurile care se mișcă mai repede vor urma o cale mai deschisă în jurul lui A, în timp ce o rază de lumină (C) care trece la o distanță mare și se mișcă mult mai repede se va îndoi destul de ușor.

V. Ya Frenkel, B. E. Yavelov

Difuzor magnetostrictiv

La 10 ianuarie 1934, Oficiul German de Brevete, pe baza unei cereri depuse la 25 aprilie 1929, a eliberat brevetul nr. 590783 pentru „Un dispozitiv, în special pentru un sistem de reproducere a sunetului, în care modificările curentului electric datorate magnetostricției cauzează mișcarea unui corp magnetic.” Unul dintre cei doi autori ai invenției a fost enumerat ca Dr. Rudolf Goldschmidt din Berlin, iar celălalt a fost scris după cum urmează: „Dr. Albert Einstein, cu reședința actuală necunoscută”.

Magnetostricția, după cum se știe, este efectul de reducere a dimensiunii corpurilor magnetice (de obicei referindu-se la feromagneți) atunci când sunt magnetizați. În preambulul descrierii brevetului, inventatorii scriu că forțele de compresie magnetică sunt împiedicate de rigiditatea feromagnetului. Pentru a „face ca magnetostricția să funcționeze” (în acest caz, pentru a pune conul difuzorului în mișcare oscilativă), această rigiditate trebuie cumva neutralizată și compensată. Einstein și Goldschmidt oferă trei opțiuni pentru această problemă aparent insolubilă.

Orez. Trei opțiuni de difuzoare magpitostrictive

Prima opțiune este ilustrată în Fig. A. Tija feromagnetică (fier) ​​B care poartă acul C cu difuzorul este înșurubată într-un jug magnetic puternic în formă de U A în așa fel încât forțele axiale care comprimă tija să fie foarte apropiate de valoarea critică la care are loc pierderea stabilității lui Euler. - îndoirea tijei într-o direcție sau alta. Pe jug sunt plasate înfășurări D prin care trece un curent electric, modulat de un semnal audio. Astfel, cu cât sunetul este mai puternic, cu atât tija de fier B este mai puternic magnetizată și, în consecință, comprimată De vreme ce tija este plasată chiar în pragul instabilității, aceste mici variații ale lungimii sale duc la vibrații puternice în direcția verticală; în acest caz, un difuzor atașat la mijlocul tijei generează sunet.

A doua opțiune (Fig. b) folosește instabilitatea arcului comprimat H - sistem tija G, sprijinindu-și vârful de orificiul S. Un curent modulat de un semnal audio trece prin înfășurarea D. Magnetizarea variabilă în timp a fierului de călcat tija duce la mici fluctuații ale lungimii sale, care sunt amplificate din cauza energiei unui arc puternic care își pierde stabilitatea.

În cea de-a treia versiune a difuzorului magnetostrictiv (Fig. c), se folosește un circuit cu două tije de fier B1 și B2, ale căror înfășurări sunt conectate astfel încât atunci când magnetizarea unei tije crește, magnetizarea celeilalte scade. Cu ajutorul tijelor C1 și C2, tijele sunt conectate la un culbutor G, suspendat pe o tijă M și atașat prin fire de tiran F de părțile laterale ale jugului magnetic A. Culbutorul este legat rigid de difuzorul W. Prin înșurubarea piuliței P pe tija M, sistemul este transferat într-o stare de echilibru instabil. Datorită magnetizării antifază a tijelor B1 și B2 cu un curent de frecvență audio, deformările acestora apar și în antifază - unul este comprimat, celălalt este prelungit (compresia este slăbită), iar balansoarul, în conformitate cu semnalul sonor, se deformează. , întorcându-se în raport cu punctul R. În acest caz, și datorită utilizării unei instabilități „ascunse”, amplitudinea oscilațiilor magnetostrictive crește.

X. Melcher, care a făcut cunoștință cu documentele familiei lui R. Goldschmidt și a vorbit cu fiul său, prezintă istoria apariției acestei invenții după cum urmează.

R. Goldschmidt (1876-1950) a fost un bun prieten cu Einstein. Cunoscut specialist în domeniul ingineriei electrice, în zorii erei radio a supravegheat instalarea primei linii de comunicație telegrafică fără fir între Europa și America (1914). În 1910, a proiectat și construit prima mașină de înaltă frecvență din lume la 30 kHz cu o putere de 12 kW, potrivită pentru scopuri de inginerie radio. Mașina pentru transmisii transatlantice avea deja o putere de 150 kW. Goldschmidt a fost și autorul multor invenții care vizează îmbunătățirea dispozitivelor de reproducere a sunetului (în principal pentru telefoane), rezonatoarelor de înaltă frecvență etc.

Prieteni comuni ai lui Einstein și Goldschmidt au fost soții Olga și Bruno Eisner, un cântăreț celebru și un pianist celebru la acea vreme. Olga Aizner era greu de auz – un dezavantaj care era deosebit de enervant având în vedere profesia ei. Goldschmidt, ca specialist în echipamente de reproducere a sunetului, s-a angajat să o ajute. A decis să proiecteze un aparat auditiv (lucrările la crearea unor astfel de dispozitive abia începuseră în acel moment). La această activitate a participat și Einstein.

Nu se știe dacă un aparat auditiv funcțional a fost în cele din urmă construit. După cum se poate vedea din descrierea brevetului, inventatorii au fost fascinați de ideea de a exploata efectul de magnetostricție neutilizat anterior și au dezvoltat difuzoarele pe care le-am descris pe baza acestui efect. Din câte știm, acesta a fost primul dispozitiv magnetostrictiv care reproduce sunet. Deși protezele auditive magnetostrictive nu s-au răspândit și omologii lor actuali funcționează pe principii diferite, magnetostricția este folosită cu mare succes în emițătoarele de ultrasunete, care sunt utilizate în multe ramuri ale industriei și tehnologiei.

Pentru doamna Olga, după cum relatează Melcher, ei au plănuit să creeze un aparat auditiv magnetostrictiv folosind fenomenul așa-numitei conducții osoase, i.e. vibrații sonore incitante nu ale coloanei de aer din ureche, ci direct ale oaselor craniene, care necesitau o mare putere. Se pare că dispozitivul Einstein-Goldschmidt a îndeplinit pe deplin această cerință. Poate că activitatea comună cu Goldschmidt nu a fost atât de întâmplătoare și, făcând-o, Einstein a fost ghidat nu numai de dorința de a ușura soarta doamnei Eisner. Se pare că nu a putut să nu fie interesat de sarcina tehnică în sine - la urma urmei, știm că avea ceva experiență în proiectarea dispozitivelor de reproducere a sunetului.

Cameră automată

Discuând cu Rabindranath Tagore la începutul anilor 30, Einstein și-a amintit „anii fericiți din Berna” și a spus că, în timp ce lucra în biroul de brevete, a inventat mai multe dispozitive tehnice, inclusiv un electrometru sensibil (deja discutat mai sus) și un dispozitiv care determină timpul de expunere. la realizarea fotografiilor. Acum, un astfel de dispozitiv se numește contor de expunere foto.

Aproape că nu există nicio îndoială că principiul de funcționare al fotoexpometrului lui Einstein se baza pe efectul fotoelectric. Și cine știe, poate că această invenție a fost un produs secundar al reflecțiilor care au culminat cu celebrul articol din 1905 „Din punct de vedere euristic...”, în care a fost introdusă ideea cuantelor de lumină și, cu ajutorul lor, au fost explicate legile efectului fotoelectric.

Este curios că Einstein și-a păstrat multă vreme interesul pentru aparatele de acest gen, deși, din câte se știe, nu a fost niciodată un fotograf amator. Astfel, biograful său autorizat F. Frank relatează că undeva în a doua jumătate a anilor 40, Einstein și unul dintre cei mai apropiați prieteni ai săi, MD G. Bucchi, „au inventat un mecanism pentru ajustarea automată a timpului de expunere în funcție de iluminare”).