Kuidas Albert Einstein võitles Euroopa rahu ja teoreetilise füüsika eest

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 03:53

Sellest, kuidas teadus oli tihedalt põimunud poliitikaga.

Kahekümnenda sajandi alguses tehti füüsikas kolossaalseid avastusi, millest mitmed kuulusid üldise relatiivsusteooria loojale Albert Einsteinile.

Teadlased olid Universumi täiesti uue nägemuse äärel, mis nõudis neilt intellektuaalset julgust, valmisolekut sukelduda teooriasse ja oskusi keeruka matemaatilise aparaadiga toimetulemiseks. Kõik ei võtnud väljakutset vastu ja nagu mõnikord juhtub, asetati teaduslikud vaidlused poliitilistele erimeelsustele, mille põhjustas esmalt Esimene maailmasõda, seejärel Hitleri võimuletulek Saksamaal. Einstein oli ka võtmefiguur, kelle ümber odad murdusid.

Einstein kõigi vastu

Esimese maailmasõja puhkemisega kaasnes isamaaline tõus osalevate riikide elanike, sealhulgas teadlaste seas.

1914. aastal avaldasid Saksamaal 93 teadlast ja kultuuritegelast, sealhulgas Max Planck, Fritz Haber ja Wilhelm Roentgen manifesti, milles väljendasid oma täielikku toetust riigile ja sõjale, mida see peab: „Meie, Saksa teaduse ja kunsti esindajad, protestime enne kogu kultuurimaailm valede ja laimu vastu, millega meie vaenlased üritavad reostada Saksamaa õiglast asja talle pealesurutud raskes olelusvõitluses. Ilma Saksa militarismita oleks saksa kultuur juba ammu hävitatud. Saksa militarism on saksa kultuuri produkt ja see sündis riigis, mis nagu ükski teine riik maailmas on sajandeid allutatud röövellikele rüüsteretkedele.

Sellegipoolest oli üks saksa teadlane, kes selliste ideede vastu teravalt sõna võttis. Albert Einstein avaldas 1915. aastal vastusmanifesti “Eurooplastele”: “Mitte kunagi varem pole sõda kultuuride vastasmõju nii häirinud. Haritud ja hea tahtega eurooplaste kohus on mitte lasta Euroopal alistuda. Sellele pöördumisele kirjutasid peale Einsteini enda alla aga ainult kolm inimest.

Einsteinist sai saksa teadlane üsna hiljuti, kuigi ta sündis Saksamaal. Ta lõpetas Šveitsis kooli ja ülikooli ning pärast seda keeldusid peaaegu kümme aastat erinevad Euroopa ülikoolid teda tööle võtmast. See oli osaliselt tingitud viisist, kuidas Einstein lähenes taotlusele tema kandidatuuri kaaluda.

Niisiis juhtis ta kirjas metallide elektroonilise teooria loojale Paul Drude'ile esmalt tähelepanu kahele tema teoorias sisalduvale veale ja alles seejärel palus end tööle võtta.

Selle tulemusena pidi Einstein saama töökoha Šveitsi patendibüroos Bernis ja alles 1909. aasta lõpus sai ta koha Zürichi ülikoolis. Ja juba 1913. aastal tuli Max Planck ise koos tulevase Nobeli keemiapreemia laureaadi Walter Nernstiga isiklikult Zürichi, et veenda Einsteini võtma vastu Saksamaa kodakondsust, kolima Berliini ja saama Preisi Teaduste Akadeemia liikmeks ja instituudi direktoriks. füüsikast.

Einstein leidis, et tema töö patendiametis oli teaduslikust seisukohast hämmastavalt produktiivne. "Kui keegi möödus, panin oma märkmed sahtlisse ja teesklesin, et teen patenditööd," meenutas ta. Aasta 1905 läks teaduse ajalukku kui annus mirabilis, "imede aasta".

Sel aastal avaldas ajakiri Annalen der Physik neli Einsteini artiklit, milles ta suutis teoreetiliselt kirjeldada Browni liikumist, selgitada, kasutades Plancki valguskvantide ideed, fotoefekti või metallist välja pääsevate elektronide mõju. seda kiiritatakse valgusega (just sellises katses avastas JJ Thomson elektroni) ja see annab otsustava panuse erirelatiivsusteooria loomisse.

Hämmastav kokkusattumus: relatiivsusteooria ilmus peaaegu samaaegselt kvantiteooriaga ja muutis sama ootamatult ja pöördumatult füüsika aluseid.

19. sajandil oli valguse laineline olemus kindlalt välja kujunenud ja teadlasi huvitas, kuidas on paigutatud aine, milles need lained levivad.

Hoolimata asjaolust, et keegi pole veel eetrit (see on selle aine nimi) otseselt vaadelnud, ei tekkinud kahtlusi selle olemasolus ja läbib kogu universumi: oli selge, et laine peaks levima mingis elastses keskkonnas, analoogselt veele visatud kivist pärit ringidega: kivi langemiskohas hakkab veepind võnkuma ja kuna see on elastne, kanduvad võnked edasi naaberpunktidesse, neist naaberpunktidesse jne. peal. Pärast aatomite ja elektronide avastamist ei üllatanud kedagi ka füüsiliste objektide olemasolu, mida olemasolevate instrumentidega näha ei ole.

Üks lihtsatest küsimustest, millele klassikaline füüsika vastust ei leidnud, oli järgmine: kas eetrit kannavad selles liikuvad kehad minema? 19. sajandi lõpuks näitasid mõned katsed veenvalt, et liikuvad kehad kandsid eetri täielikult, teised aga, mitte vähem veenvalt, et seda vaid osaliselt.

Vees olevad ringid on üks näide lainetest elastses keskkonnas. Kui liikuv keha eetrit kaasas ei kanna, siis valguse kiirus keha suhtes on valguse kiiruse eetri suhtes ja keha enda kiiruse summa. Kui see haarab eetri täielikult endaga kaasa (nagu juhtub viskoosses vedelikus liikudes), on valguse kiirus keha suhtes võrdne valguse kiirusega eetri suhtes ega sõltu mingil viisil eetri kiirusest. keha ise.

Prantsuse füüsik Louis Fizeau näitas 1851. aastal, et liikuv veevool kannab eetri osaliselt endaga kaasa. Ameeriklased Albert Michelson ja Edward Morley aastatel 1880-1887 tehtud katsete seerias kinnitasid ühelt poolt Fizeau järeldust suurema täpsusega ning teisalt said nad teada, et ümber Päikese tiirlev Maa haarab täielikult kaasa eeter koos sellega ehk valguse kiirus Maa peal ei sõltu sellest, kuidas ta liigub.

Et teha kindlaks, kuidas Maa eetri suhtes liigub, konstrueerisid Michelson ja Morley spetsiaalse instrumendi, interferomeetri (vt joonist allpool). Allikast tulev valgus langeb poolläbipaistvale plaadile, kust see peegeldub osaliselt peeglis 1 ja läheb osaliselt edasi peeglisse 2 (peeglid on plaadist samal kaugusel). Peeglitelt peegelduvad kiired langevad seejärel jälle poolläbipaistvale plaadile ja jõuavad sealt üheskoos detektorisse, millele tekib interferentsmuster.

Kui Maa liigub eetri suhtes näiteks peegli 2 suunas, siis valguse kiirus horisontaal- ja vertikaalsuunas ei lange kokku, mis peaks kaasa tooma erinevatelt peeglitelt peegelduvate lainete faasinihke. detektor (näiteks nagu näidatud diagrammil, all paremal). Tegelikkuses nihkumist ei täheldatud (vt all vasakul).

Einstein vs Newton

Püüdes mõista eetri liikumist ja valguse levimist selles, pidid Lorentz ja prantsuse matemaatik Henri Poincaré eeldama, et liikuvate kehade mõõtmed muutuvad võrreldes statsionaarsete kehade mõõtmetega ja pealegi aeg, mil liikuvate kehade mõõtmed muutuvad. liikuvad kehad voolavad aeglasemalt. Seda on raske ette kujutada – ja Lorentz käsitles neid eeldusi pigem matemaatilise nipina kui füüsikalise efektina –, kuid need võimaldasid ühildada mehaanikat, valguse elektromagnetilist teooriat ja eksperimentaalseid andmeid.

Einstein suutis 1905. aastal kahes artiklis nende intuitiivsete kaalutluste põhjal luua sidusa teooria, milles kõik need hämmastavad efektid on kahe postulaadi tagajärg:

• valguse kiirus on konstantne ega sõltu sellest, kuidas allikas ja vastuvõtja liiguvad (ja võrdub umbes 300 000 kilomeetriga sekundis);
• iga füüsikalise süsteemi puhul toimivad füüsikaseadused ühtemoodi, sõltumata sellest, kas see liigub kiirenduseta (mis tahes kiirusel) või on puhkeasendis.

Ja ta tuletas kõige kuulsama füüsikalise valemi - E = mc²! Lisaks lakkas esimese postulaadi tõttu eetri liikumine olemast ja Einstein lihtsalt hülgas selle – valgus võib levida tühjuses.

Eelkõige aja dilatatsiooni efekt viib kuulsa "kaksikute paradoksini". Kui üks kahest kaksikutest, Ivan, läheb kosmoselaevale tähtede poole ja teine, Peter, jääb teda Maale ootama, selgub pärast tema naasmist, et Ivan on ajast peale Peterist vähem vananenud. tema kiiresti liikuv kosmoselaev voolas aeglasemalt.kui Maal.

See efekt, nagu ka muud erinevused relatiivsusteooria ja tavamehaanika vahel, avalduvad ainult tohutul liikumiskiirusel, mis on võrreldav valguse kiirusega ja seetõttu ei kohta me seda igapäevaelus kunagi. Tavaliste kiiruste puhul, millega Maal kohtume, erineb murdosa v / c (meenuta, c = 300 000 kilomeetrit sekundis) nullist väga vähe ning me pöördume tagasi koolimehaanika tuttavasse ja hubasesse maailma.

Sellegipoolest tuleb relatiivsusteooria mõjudega arvestada näiteks GPS-satelliitide kellade sünkroniseerimisel maapealsete omadega, et positsioneerimissüsteem toimiks täpselt. Lisaks avaldub aja dilatatsiooni mõju elementaarosakeste uurimisel. Paljud neist on ebastabiilsed ja muutuvad väga lühikese aja jooksul teisteks. Enamasti liiguvad nad aga kiiresti ning tänu sellele venib nende vaatleja seisukohalt teisenemisele eelnev aeg, mis võimaldab neid registreerida ja uurida.

Erirelatiivsusteooria tekkis vajadusest ühildada valguse elektromagnetiline teooria kiiresti (ja püsiva kiirusega) liikuvate kehade mehaanikaga. Pärast Saksamaale kolimist lõpetas Einstein oma üldise relatiivsusteooria (GTR), kus ta lisas elektromagnetilistele ja mehaanilistele nähtustele gravitatsiooni. Selgus, et gravitatsioonivälja võib kirjeldada kui deformatsiooni massiivse ruumi- ja ajakeha poolt.

Üldrelatiivsusteooria üheks tagajärjeks on kiirte trajektoori kõverus, kui valgus läbib suure massi lähedalt. Esimene katse üldrelatiivsusteooria katseliseks kontrollimiseks pidi toimuma 1914. aasta suvel, kui vaadeldi Krimmis päikesevarjutust. Saksa astronoomide meeskond interneeriti aga seoses sõja puhkemisega. See päästis teatud mõttes üldrelatiivsusteooria maine, sest sel hetkel sisaldas teooria vigu ja andis vale ennustuse kiire paindenurga kohta.

1919. aastal suutis inglise füüsik Arthur Eddington Aafrika läänerannikul Principe saarel päikesevarjutust vaadeldes kinnitada, et tähe valgus (see sai nähtavaks tänu sellele, et Päike seda ei varjutanud), möödub Päikesest, hälbib täpselt sama nurga all kui ennustatud Einsteini võrrandid.

Eddingtoni avastus tegi Einsteinist superstaari.

7. novembril 1919, keset Pariisi rahukonverentsi, kui kogu tähelepanu näis olevat keskendunud sellele, kuidas maailm pärast Esimest maailmasõda eksisteerib, avaldas Londoni ajaleht The Times juhtkirja: „Revolutsioon teaduses: A. Uus universumiteooria, Newtoni ideed on lüüa saanud.

Ajakirjanikud jälitasid Einsteini kõikjal, kiusates teda palvetega selgitada lühidalt relatiivsusteooriat ning saalid, kus ta avalikke loenguid pidas, olid ülerahvastatud (samal ajal ei olnud Einstein tema kaasaegsete arvustuste põhjal otsustades kuigi hea õppejõud; kuulajad ei saanud loengu sisust aru, kuid tulid siiski kuulsust vaatama).

1921. aastal käis Einstein koos inglise biokeemiku ja tulevase Iisraeli presidendi Chaim Weizmanniga USA-s loengureisil, et koguda raha juutide asunduste toetamiseks Palestiinas. The New York Timesi teatel: "Metropolitan Operas oli iga istekoht hõivatud, alates orkestriaugust kuni galerii viimase reani, sajad inimesed seisid vahekäikudes."Ajalehe korrespondent rõhutas: "Einstein rääkis saksa keelt, kuid soovis näha ja kuulda meest, kes täiendas Universumi teaduslikku kontseptsiooni uue ruumi-, aja- ja liikumisteooriaga, võttis saalis kõik kohad sisse."

Vaatamata edule üldsuse seas võeti relatiivsusteooria teadusringkondades vastu suurte raskustega.

Aastatel 1910–1921 esitasid edumeelsed kolleegid Einsteini Nobeli füüsikaauhinna kandidaadiks kümme korda, kuid konservatiivne Nobeli komitee keeldus iga kord, viidates asjaolule, et relatiivsusteooria polnud veel saanud piisavat eksperimentaalset kinnitust.

Pärast Eddingtoni ekspeditsiooni hakkas see tunduma üha skandaalsem ja 1921. aastal, olles ikka veel veendumata, tegid komisjoni liikmed elegantse otsuse - anda Einsteinile auhind, ilma relatiivsusteooriat üldse mainimata, nimelt: „Sest. teenete eest teoreetilisele füüsikale ja eriti fotoelektrilise efekti seaduse avastamise eest.

Aaria füüsika versus Einstein

Einsteini populaarsus läänes kutsus esile valusa reaktsiooni kolleegides Saksamaal, kes leidsid end pärast 1914. aasta sõjalist manifesti ja kaotust Esimeses maailmasõjas praktiliselt isoleerituna. 1921. aastal oli Einstein ainus Saksa teadlane, kes sai kutse Brüsselis toimuvale ülemaailmsele Solvay füüsikakongressile (mida ta aga ignoreeris, eelistades Weizmanniga reisida Ameerika Ühendriikidesse).

Samal ajal suutis Einstein vaatamata ideoloogilistele erinevustele säilitada sõbralikud suhted enamiku oma isamaaliste kolleegidega. Kuid kolledži üliõpilaste ja akadeemikute paremäärmuslastest on Einstein saavutanud reeturi maine, kes juhib Saksa teadust eksiteele.

Üks selle tiiva esindajatest oli Philip Leonard. Hoolimata asjaolust, et 1905. aastal sai Lenard Nobeli füüsikaauhinna fotoelektrilise efekti tekitatud elektronide eksperimentaalse uurimise eest, kannatas ta kogu aeg selle tõttu, et tema panust teadusesse ei tunnustatud piisavalt.

Esiteks laenas ta 1893. aastal Roentgenile enda valmistatud tühjendustoru ja 1895. aastal avastas Roentgen, et väljalasketorud kiirgavad teadusele veel tundmatuid kiiri. Lenard arvas, et avastust tuleks pidada vähemalt ühiseks, kuid kogu avastuse au ja Nobeli füüsikaauhind 1901. aastal läks ainult Roentgenile. Lenard oli nördinud ja kuulutas, et on kiirte ema, samas kui Roentgen oli vaid ämmaemand. Samal ajal ilmselt ei kasutanud Roentgen otsustavates katsetes Lenardi toru.

Lahendustoru, millega Lenard uuris elektrone fotoelektrilises efektis ja Roentgen avastas tema kiirguse

Lahendustoru, millega Lenard uuris elektrone fotoelektrilises efektis ja Roentgen avastas tema kiirguse

Teiseks solvas Lenardi Briti füüsika sügavalt. Ta vaidlustas Thomsoni elektronide avastamise prioriteedi ja süüdistas inglise teadlast oma tööle ebaõiges viitamises. Lenard lõi aatomi mudeli, mida võib pidada Rutherfordi mudeli eelkäijaks, kuid seda ei märgatud korralikult. Pole üllatav, et Lenard nimetas britte palgasõdurite ja petlike kaupmeeste rahvaks ning sakslasi, vastupidi, kangelaste rahvaks ning pärast Esimese maailmasõja puhkemist tegi ta ettepaneku korraldada Suurbritanniale intellektuaalne kontinentaalblokaad..

Kolmandaks suutis Einstein fotoelektriefekti teoreetiliselt seletada ja Lenard 1913. aastal, juba enne sõjaga seotud lahkarvamusi, soovitas teda isegi professuuriks. Kuid Nobeli preemia fotoelektrilise efekti seaduse avastamise eest 1921. aastal anti ainult Einsteinile.

1920. aastate algus oli Lenardile üldiselt raske aeg. Ta põrkus entusiastlike vasakpoolsete üliõpilastega ja sai avalikult alandatud, kui pärast juudi päritolu liberaalse poliitiku ja Saksa välisministri Walter Rathenau mõrva keeldus langetamast lippu oma Heidelbergis asuva instituudi hoonele.

Tema säästud, mis investeeriti riigivõlgadesse, põlesid inflatsiooni tõttu läbi ja 1922. aastal suri tema ainus poeg sõja ajal alatoitumise tagajärgedest. Lenard kaldus arvama, et Saksamaa probleemid (sealhulgas Saksa teaduses) on juutide vandenõu tagajärg.

Lenardi lähedane kaaslane oli sel ajal Johannes Stark, 1919. aasta Nobeli füüsikapreemia laureaat, kes kaldus samuti oma ebaõnnestumistes süüdistama juutide mahhinatsioone. Pärast sõda organiseeris Stark liberaalsele Füüsika Seltsile vastandudes konservatiivse "Saksa ülikooliõpetajate kutsekogukonna", mille abil püüdis kontrollida teadustöö rahastamist ning teadus- ja õppejõu ametikohtade määramist, kuid see ei õnnestunud.. Pärast ühe kraadiõppuri ebaõnnestunud kaitsmist 1922. aastal teatas Stark, et teda ümbritsevad Einsteini austajad, ja astus ülikooli professori ametist tagasi.

Aastal 1924, kuus kuud pärast õlleputši, avaldas Grossdeutsche Zeitung Lenardi ja Starki artikli "Hitleri vaim ja teadus". Autorid võrdlesid Hitlerit selliste teaduse hiiglastega nagu Galileo, Kepler, Newton ja Faraday ("Milline õnn, et see lihast pärit geenius meie seas elab!") ning kiitsid ka aaria geeniust ja mõistsid hukka korrumpeeriva judaismi.

Lenardi ja Starki sõnul ilmnes teaduses hukatuslik juudi mõju teoreetilise füüsika uutes suundades – kvantmehaanikas ja relatiivsusteoorias, mis nõudsid vanade mõistete tagasilükkamist ning kasutasid keerulist ja harjumatut matemaatilist aparaati.

Vanematele teadlastele, isegi nii andekatele nagu Lenard, oli see väljakutse, mida vähesed suutsid vastu võtta.

Lenard vastandas "juudi", see tähendab teoreetilise füüsika "aarialikule", see tähendab eksperimentaalsele, ja nõudis, et Saksa teadus keskenduks viimasele. Õpiku "Saksa füüsika" eessõnas kirjutas ta: "Saksa füüsika? - küsivad inimesed. Võiksin öelda ka aaria füüsika või põhjamaa inimeste füüsika, tõeotsijate füüsika, teadusliku uurimistöö alusepanijate füüsika.

Lenardi ja Starki "aaria füüsika" jäi pikka aega marginaalseks nähtuseks ning erinevat päritolu füüsikud tegelesid Saksamaal kõrgeima taseme teoreetilise ja eksperimentaalse uurimistööga.

See kõik muutus, kui Adolf Hitlerist sai 1933. aastal Saksamaa kantsler. Sel ajal USA-s viibinud Einstein loobus Saksamaa kodakondsusest ja kuulumisest Teaduste Akadeemiasse ning Akadeemia president Max Planck tervitas seda otsust: Hoolimata sügavast kuristikust, mis meie poliitilisi vaateid lahutab, jäävad meie isiklikud sõprussuhted alati muutumatuks.,” kinnitas ta, et tegemist on Einsteini isikliku kirjavahetusega. Samas oli osa akadeemia liikmeid nördinud, et Einsteini pole sealt demonstratiivselt välja visatud.

Johannes Starkist sai peagi Füüsika ja Tehnoloogia Instituudi ning Saksa Teadusseltsi president. Järgmise aasta jooksul lahkus Saksamaalt veerand kõigist füüsikutest ja pooled teoreetilistest füüsikutest.