Алберт Айнщайн

Роден на 14 март 1879г. в Улм, Германия
Починал на 18 април 1955г. (на 76 г.) в Принстън, Ню Джърси, САЩ

Биография  (премини на Научен принос на Айнщайн)


Семейството на Алберт Айнщайн е еврейско, но нерелигиозно, а между пет и десетгодишна възраст той посещава католическо начално училище. Макар че в ранна възраст има затруднения с говора, в началното училище той е отличен ученик.

Когато е на 5 години, бащата на Алберт Айнщайн му подарява компас и той е дълбоко впечатлен от факта, че нещо предизвиква движението на стрелката, въпреки привидно „празното пространство“. По-късно той започва да конструира за забавление макети и механични устройства и започва да проявява талант в областта на математиката. През 1889 година Макс Талмуд, беден студент от Полша, подпомаган от семейството на Айнщайн, насочва десетгодишния Алберт към основни научни, математически и философски книги, като „Критика на чистия разум“ на Имануел Кант и „Елементи“ на Евклид. По настояване на майка си започва уроци по цигулка, въпреки че това занимание не е особено по вкуса му. След известно време изоставя свиренето и едва в зряла възраст се връща отново към цигулката. Един от любимите му композитори е Волфганг Амадеус Моцарт. На 12 години започва да изучава самостоятелно математика, интересува се дори от интегрално и диференциално смятане.


Започва гимназиалното си образование в Мюнхен. Намерението на баща му е той да учи електроинженерство, но Алберт влиза в конфликти с училищното ръководство, недоволен от режима и начина на обучение. По-късно той пише, че духът на учение и креативно мислене е бил изгубен в стриктното зубрене. През пролетта на 1895 година той напуска училището, представяйки лекарска бележка и заминава при семейството си в Павия. По това време Айнщайн пише първата си научна работа, „Изследване на състоянието на етера в магнитни полета“.

Айнщайн се опитва да кандидатства директно в Политехниката в Цюрих, Швейцария, въпреки че не е положил матура. Представя се блестящо по математика и физика, но се проваля на изпитите по останалите дисциплини. След този неуспех семейството му го изпраща в Аарау, за да довърши средното си образование.Там Айнщайн се запознава с електромагнитната теория на Джеймс Кларк Максуел. Седемнадесетгодишен, той завършва училище и с одобрението на баща си се отказва от вюртембергското си гражданство, за да избегне военната служба. През същата година постъпва в четиригодишния учителски курс по математика и физика на Политехниката в Цюрих.

Милева Марич, родом от Сърбия, бъдещата съпруга на Айнщайн, също постъпва в Политехниката през 1896 година и е единствената жена сред шестимата студенти в специалност математика. През следващите години приятелството на Айнщайн и Марич преминава в любовна връзка. Съществуват предположения, че Милева Марич сътрудничи на Айнщайн при писането на известните му публикации от 1905 година, но изследователите на проблема не откриват сериозни свидетелства за това. През 1900 година Алберт Айнщайн получава учителска диплома и завършва висшето си образование, но Марич не успява да издържи изпита по математика. През 1901 Айнщайн получава швейцарско гражданство.

Дипломата, получена през 1900 година, разрешава на Айнщайн да работи като професор по математика и физика. Поради неразбирателство с професорите си обаче той не получава университетско място. Следват години на лишения и трудности. В периода 1900 - 1902 Айнщайн пише много писма с молби за работа, но молбите му са отхвърляни навсякъде. След много перипетии и разочарования с помощта на свой приятел получава работа в Швейцарското бюро за патенти в Берн с годишна заплата от 3500 франка. Той остава на тази работа от 1902 до 1909 година. Естеството и характерът на работата му са такива, че му остава много свободно време, което му позволява да се занимава с теоретична физика.

През 1903 година се жени за Милева Марич, от която има двама сина — Ханс Алберт и Едуард. Техният съюз е по-скоро интелектуален, отколкото романтичен. Между тях остава известно разстояние и отчужденост, защото Айнщайн обича да се уединява в своите изследвания, а и двамата имат силни и независими характери. Не е известно какъв е приносът на Милева Марич в работата на Алберт Айнщайн. Макар повечето историци да твърдят, че е несъществен, съществуват и предположения, че поне в началото и двамата са работили на равни начала по теорията на относителността.

През 1905 година, едва на 26 години Айнщайн пише 5 статии на три различни теми, които разтърсват и променят научния свят. Темите са специалната теория на относителността, статистическата теория на брауновото движение, обясняваща го на молекулярно и на атомно ниво, и уравнението E = mc2 за еквивалентност на маса и енергия. Тези статии не са базирани на трудни експерименти и на сложни изчисления, а по-скоро на елегантни аргументи, изводи и интуиция. За първи път в историята на човечеството Алберт Айнщайн доказва, че чистата мисъл може да промени представите ни за природата. През 1905 година Айнщайн защитава докторат.

След като напуска патентното бюро през 1909 година, Айнщайн напредва бързо в кариерата си и става световноизвестен. През 1911 година става професор в Университета в Цюрих, а малко след това е назначен в Университета в Прага. През 1913 се завръща в Политехническия институт в Цюрих, а през 1914 заминава за Германия. От 1914 до 1933 година е директор на института по физика "Кайзер Вилхелм" в Берлин. Става редовен член на Кралската пруска академия на науките в Берлин. През 1915 година формулира и публикува друг свой основен труд - Общата теория на относителността.

След като живеят разделени в продължение на 5 години, Милева и Алберт се развеждат през 1919. През същата година той се жени за братовчедка си Елза и помага в отглеждането на нейните две дъщери от първия ù брак. През 1921 година получава Нобелова награда за приноса си към теоретичната физика и откриването на закона за фотоелектричния ефект.

В началото на 1933 година нацистите взимат властта в Германия. Поради последвалите преследвания срещу евреите Айнщайн е принуден да се откаже от немското си гражданство, напуска Германия и се установява в САЩ. Неговата известност и смелите му изявления против националсоциализма и фашизма предизвикват в родната му страна нападки както срещу него, така и срещу неговите теории. Айнщайн никога повече не се завръща в Германия.

В Съединените щати постъпва във факултета на новооснования Институт за фундаментални изследвания в Принстън, Ню Джърси, където остава до края на живота си. Неговите научни интереси са създаването на единна теория на полето и релативистката космология. През 1940 година получава американско гражданство, но запазва и швейцарското. Не участва в проекта Манхатън в Лос Аламос, а за атомните бомби над Хирошима и Нагазаки научава от вестниците.

Отначало (през 1929 година) Айнщайн се опитва да развива идеите на Теодор Калуца и Оскар Клайн, които се състоят в това, че светът има 5 измерения, като петото е с микроразмери и поради тази причина е незабележимо и невидимо. Но не му се удава да получи нови интересни резултати с това допускане и той изоставя многомерната теория. Едва в наше време тя се възражда като теория на суперструните. Втората версия на на единната теория (1950 година) се основава на предположението, че пространство-времето има не само кривина, но и усукване. Тя включва също така общата теория на относителността и теорията на Максуел. Въпреки това окончателна редакция на уравненията — такава, че да описват както микро, така и макро света — не е открита. По това време Алберт Айнщайн не разполага с математическите средства и с изчислителните възможности на XXI век и макар че е на прав път, си поставя неимоверно трудна и почти непостижима за това време задача. Така неговата теория остава като ненужна математическа надстройка.

През 1955 година здравето на Айнщайн се влошава рязко. Той пише завещание и заявява на приятелите си: „Аз изпълних своята задача на тази земя“. Неговият последен труд е незавършен призив за предотвратяване на ядрена война. Умира на 18 април 1955 година от аневризъм на аортата. Точно преди смъртта си произнася няколко думи на немски, но американската медицинска сестра не ги разбира и не може да ги възпроизведе. Преди смъртта си пожелава скромно погребение. Погребението се извършва на 19 април 1955 година, присъстват само 12 от най-близките му роднини и приятели. Тялото му е кремирано и прахът е разпръснат във въздуха.

Уравнението на Айнщайн,

изписано на кулата в Тайпей, Тайван

през 2005 - световната година на физиката

Научен принос

• Специалната теория на относителността (1905г.)

Най-общо казано, тя описва поведението на тела, които се движат със скоростта на светлината. Противоречи на класическия възглед, че продължителността на времевите интервали е еднаква за всички наблюдатели, говори за "собствено време" на телата и за забавяне на времето при пътуване с висока скорост, както и че едновременността на дадени събития е относителна, тоест - дори и да изглежда, че дадени събития се случват едновременно, това може и да не е така. В съчетание с други физични закони, постулатите на специалната теория на относителността водят до предвиждането за еквивалентност на материя и енергия, изразено с известната формула E = mc2. Следствие на тази зависимост е невъзможността частица, която има остатъчна маса, да бъде ускорена до скоростта на светлината.

Теорията се нарича специална, защото прилага принципа на относителността само до частния случай на инерционни отправни системи - отправни системи, които се движат с постоянна скорост една спрямо друга. По-късно Алберт Айнщайн развива и обща теория на относителността, за да приложи принципа и към по-общия случай на ускоряващи се отправни системи и да отчете въздействието на гравитацията.

• Брауновото движение на частиците (1905г.)

Брауново движение е топлинното движение на микрочастици от твърдо вещество (прашинки), намиращи се в течна или газообразна среда.

Явлението е открито от Робърт Браун през 1827 година, докато наблюдавал под силен микроскоп прашинки полен. Чрез това откритие Алберт Айнщайн доказва, че веществата наистина са изградени от атоми, защото иначе това движение няма как да се случи.

Брауновото движение на частиците спира при абсолютната нула. При нея не се излъчва никаква топлина и следователно брауновото движение не може да съществува. Приема се обаче, че абсолютната нула е недостижима, тоест теоретично брауновото движение може да бъде наблюдавано във всяка една точка на вселената.

• Фотоелектричният ефект (1905г.)

Явлението фотоелектричен ефект се състои в отделянето на електрони от повърхността на дадено вещество при облъчването му със светлина. Фотоефектът е открит от Хайнрих Херц през 1887 година, а законът, с който се обяснява (на основата на хипотезата на Макс Планк), е изведен от Алберт Айнщайн през 1905 (за което получава Нобелова награда). Уравнението е:

h.f = ф +  Еkmax

- h е константата на Планк,

- f е честотата на падащия фотон,
- ф е работата или минималната енергия, необходима да избие електрон от повърхността на метала,
- Еkmax е максималната кинетична енергия на избитите електрони.

• Общата теория на относителността (1915г.)

Тя е общоприетият в съвременната физика възглед за характера на гравитацията. Теорията обединява специалната теория на относителността с нютоновия закон за всеобщото привличане и описва гравитацията като геометрично свойство на пространство-времето. В частност, изкривяването на пространство-времето е пряко свързано с тензора енергия-импулс, който зависи от количествата материя и енергия. Тази зависимост е изразена чрез уравненията на Айнщайн, система от частни диференциални уравнения.

Много предвиждания на общата теория на относителността се различават значително от тези на класическата физика, особено във връзка с хода на времето, геометрията на пространството, движението на телата при свободно падане и разпространението на светлината. Примери за такива разлики са гравитационното забавяне на времето, гравитационното червено отместване на светлината и ефекта на Шапиро. Предвижданията на общата теория на относителността се потвърждават от всички наблюдения и експерименти досега. Макар че не е единствената теория за гравитацията, тя е най-простата, която съответства напълно на експерименталните данни. Въпреки това, общата теория на относителността има и някои непълноти, най-важната от които е нейното съгласуване с квантовата механика, което би създало пълна и последователна теория на квантовата гравитация.

Общата теория на относителността има важни последствия за астрофизиката. Тя подсказва, че в края на развитието си масивните звезди могат да се превърнат в черни дупки, области от пространството, в които пространство-времето е толкова изкривено, че нищо не може да ги напусне. Изкривяването на светлината от гравитацията може да създаде гравитационни лещи, при които се наблюдава повече от един образ на един и същ астрономически обект. Теорията предсказва и наличието на гравитационни вълни, които впоследствие са измерени непряко, а опитите за прякото им наблюдение са основната цел на проекта LIGO. В допълнение към това, общата теория на относителността е основата на съвременните космологични модели на постоянно разширяващата се Вселена.