Kā Alberts Einšteins cīnījās par Eiropas mieru un teorētisko fiziku

2024 Autors: Malcolm Clapton | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 04:04

Par to, kā zinātne bija cieši saistīta ar politiku.

Divdesmitā gadsimta pašā sākumā fizikā tika veikti kolosāli atklājumi, no kuriem vairāki piederēja Albertam Einšteinam, vispārējās relativitātes teorijas radītājam.

Zinātnieki atradās uz pilnīgi jauna skatījuma uz Visumu sliekšņa, kas no viņiem prasīja intelektuālu drosmi, vēlmi iegremdēties teorijā un prasmes darbā ar sarežģītu matemātisko aparātu. Izaicinājumu nepieņēma visi, un, kā tas dažreiz notiek, zinātniskie strīdi tika uzlikti par politiskajām domstarpībām, ko vispirms izraisīja Pirmais pasaules karš, pēc tam Hitlera nākšana pie varas Vācijā. Einšteins bija arī galvenā figūra, ap kuru lauza šķēpus.

Einšteins pret visiem

Pirmā pasaules kara uzliesmojumu pavadīja patriotisks uzplaukums iesaistīto valstu iedzīvotāju, tostarp zinātnieku, vidū.

1914. gadā Vācijā 93 zinātnieki un kultūras darbinieki, tostarp Makss Planks, Frics Hābers un Vilhelms Rentgens, publicēja manifestu, kurā pauda pilnīgu atbalstu valstij un tās vadītajam karam: “Mēs, vācu zinātnes un mākslas pārstāvji, protestējam pirms plkst. visa kultūras pasaule pret meliem un apmelojumiem, ar kuriem mūsu ienaidnieki cenšas piesārņot Vācijas taisnīgo lietu viņai uzspiestajā smagajā cīņā par eksistenci. Ja nebūtu vācu militārisma, vācu kultūra jau sen būtu iznīcināta tās pirmsākumos. Vācu militārisms ir vācu kultūras produkts, un tas ir dzimis valstī, kas, tāpat kā neviena cita valsts pasaulē, gadsimtiem ilgi ir bijusi pakļauta plēsonīgiem reidiem.

Tomēr bija kāds vācu zinātnieks, kurš asi iestājās pret šādām idejām. Alberts Einšteins 1915. gadā publicēja atbildes manifestu “Eiropas iedzīvotājiem”: “Nekad agrāk karš nav tik ļoti traucējis kultūru mijiedarbību. Izglītotu un labas gribas eiropiešu pienākums ir neļaut Eiropai padoties. Taču šo aicinājumu, bez paša Einšteina, parakstīja tikai trīs cilvēki.

Einšteins par vācu zinātnieku kļuva pavisam nesen, kaut arī dzimis Vācijā. Viņš pabeidza skolu un universitāti Šveicē, un pēc tam gandrīz desmit gadus dažādas universitātes Eiropā atteicās viņu pieņemt darbā. Daļēji tas bija tāpēc, ka Einšteins vērsās pie lūguma apsvērt viņa kandidatūru.

Tātad vēstulē metālu elektroniskās teorijas radītājam Polam Drudam viņš vispirms norādīja uz divām kļūdām, kas ietvertas viņa teorijā, un tikai pēc tam lūdza pieņemt darbā.

Rezultātā Einšteinam nācās iegūt darbu Šveices patentu birojā Bernē, un tikai 1909. gada pašās beigās viņš varēja iegūt amatu Cīrihes Universitātē. Un jau 1913. gadā pats Makss Planks kopā ar topošo Nobela prēmijas laureātu ķīmijā Valteru Nernstu personīgi ieradās Cīrihē, lai pārliecinātu Einšteinu pieņemt Vācijas pilsonību, pārcelties uz Berlīni un kļūt par Prūsijas Zinātņu akadēmijas locekli un institūta direktoru. no fizikas.

Einšteins uzskatīja, ka viņa darbs patentu birojā no zinātniskā viedokļa ir pārsteidzoši produktīvs. "Kad kāds gāja garām, es ieliku savas piezīmes atvilktnē un izlikos, ka nodarbojos ar patentēšanu," viņš atcerējās. 1905. gads zinātnes vēsturē iegāja ar nosaukumu annus mirabilis, "brīnumu gads".

Šogad žurnāls Annalen der Physik publicēja četrus Einšteina rakstus, kuros viņš teorētiski varēja aprakstīt Brauna kustību, izskaidrot, izmantojot Planka ideju par gaismas kvantiem, fotoefektu vai elektronu, kas izplūst no metāla, efektu, kad tas tiek apstarots ar gaismu (tieši šādā eksperimentā Dž. Dž. Tomsons atklāja elektronu) un dod izšķirošu ieguldījumu īpašās relativitātes teorijas izveidē.

Apbrīnojama sakritība: relativitātes teorija parādījās gandrīz vienlaikus ar kvantu teoriju un tikpat negaidīti un neatgriezeniski mainīja fizikas pamatus.

19. gadsimtā gaismas viļņu raksturs bija stingri nostiprinājies, un zinātniekus interesēja, kā tiek sakārtota viela, kurā šie viļņi izplatās.

Neskatoties uz to, ka neviens vēl nav tieši novērojis ēteri (tāds ir šīs vielas nosaukums), šaubas, ka tas pastāv un caurstrāvo visu Visumu, neradās: bija skaidrs, ka vilnim vajadzētu izplatīties kaut kādā elastīgā vidē, pēc analoģijas ar apļiem no uz ūdens mestā akmens: ūdens virsma akmens krišanas punktā sāk svārstīties, un, tā kā tā ir elastīga, svārstības tiek pārnestas uz blakus punktiem, no tiem uz blakus esošajiem utt. ieslēgts. Pēc atomu un elektronu atklāšanas nevienu nepārsteidza arī ar esošajiem instrumentiem neredzamu fizisku objektu esamība.

Viens no vienkāršajiem jautājumiem, uz kuru klasiskā fizika nevarēja rast atbildi, bija šāds: vai ēteri aiznes tajā kustīgie ķermeņi? Līdz 19. gadsimta beigām daži eksperimenti pārliecinoši parādīja, ka ēteri pilnībā aiznesa kustīgie ķermeņi, savukārt citi, un ne mazāk pārliecinoši, ka to aiznesa tikai daļēji.

Apļi uz ūdens ir viens no viļņa piemēriem elastīgā vidē. Ja kustīgais ķermenis nenes ēteri sev līdzi, tad gaismas ātrums attiecībā pret ķermeni būs gaismas ātruma attiecībā pret ēteri un paša ķermeņa ātruma summa. Ja tas pilnībā piesaista ēteri (kā tas notiek, pārvietojoties viskozā šķidrumā), tad gaismas ātrums attiecībā pret ķermeni būs vienāds ar gaismas ātrumu attiecībā pret ēteri un nekādā veidā nebūs atkarīgs no ētera ātruma. pats ķermenis.

Franču fiziķis Luiss Fizo 1851. gadā parādīja, ka ēteri daļēji aiznes kustīgā ūdens straume. Eksperimentu sērijā no 1880. līdz 1887. gadam amerikāņi Alberts Miķelsons un Edvards Morlijs, no vienas puses, ar lielāku precizitāti apstiprināja Fizo secinājumu, no otras puses, noskaidroja, ka Zeme, griežoties ap Sauli, pilnībā piesaista. ēteris ar to, tas ir, gaismas ātrums uz Zemes nav atkarīgs no tā, kā tā pārvietojas.

Lai noteiktu, kā Zeme pārvietojas attiecībā pret ēteri, Miķelsons un Morlijs uzbūvēja īpašu instrumentu – interferometru (skat. diagrammu zemāk). Gaisma no avota nokrīt uz puscaurspīdīgās plāksnes, no kurienes tā daļēji atstarojas spogulī 1 un daļēji pāriet uz spoguli 2 (spoguļi atrodas vienādā attālumā no plāksnes). No spoguļiem atstarotie stari pēc tam atkal nokrīt uz puscaurspīdīgās plāksnes un no tās kopā nonāk detektorā, uz kura rodas traucējumu raksts.

Ja Zeme pārvietojas attiecībā pret ēteri, piemēram, spoguļa 2 virzienā, tad gaismas ātrums horizontālā un vertikālā virzienā nesakritīs, kam vajadzētu novest pie viļņu fāzes nobīdes, kas atspoguļojas no dažādiem spoguļiem uz spoguļa. detektors (piemēram, kā parādīts diagrammā, apakšējā labajā stūrī). Patiesībā pārvietošanās netika novērota (skatīt apakšā pa kreisi).

Einšteins pret Ņūtonu

Mēģinot izprast ētera kustību un gaismas izplatīšanos tajā, Lorencam un franču matemātiķim Anrī Puankarē bija jāpieņem, ka kustīgo ķermeņu izmēri mainās, salīdzinot ar stacionāro ķermeņu izmēriem, un turklāt laiks kustīgie ķermeņi plūst lēnāk. Grūti iedomāties – un Lorencs šos pieņēmumus vairāk traktēja kā matemātisko triku, nevis fizisku efektu –, taču tie ļāva saskaņot mehāniku, gaismas elektromagnētisko teoriju un eksperimentālos datus.

Einšteins divos 1905. gada rakstos, pamatojoties uz šiem intuitīvajiem apsvērumiem, spēja izveidot saskaņotu teoriju, kurā visi šie pārsteidzošie efekti ir divu postulātu sekas:

• gaismas ātrums ir nemainīgs un nav atkarīgs no tā, kā kustas avots un uztvērējs (un ir aptuveni 300 000 kilometru sekundē);
• jebkurai fiziskai sistēmai fizikālie likumi darbojas vienādi, neatkarīgi no tā, vai tā pārvietojas bez paātrinājuma (jebkurā ātrumā) vai atrodas miera stāvoklī.

Un viņš atvasināja slavenāko fizisko formulu - E = mc²! Turklāt pirmā postulāta dēļ ētera kustība pārstāja būt saistīta, un Einšteins to vienkārši pameta - gaisma var izplatīties tukšumā.

Laika paplašināšanas efekts jo īpaši noved pie slavenā "dvīņu paradoksa". Ja viens no diviem dvīņiem Ivans dodas ar kosmosa kuģi uz zvaigznēm, bet otrs, Pēteris, paliek viņu gaidīt uz Zemes, tad pēc viņa atgriešanās izrādīsies, ka Ivans ir novecojis mazāk nekā Pēteris. viņa ātri kustīgais kosmosa kuģis plūda lēnāk nekā uz Zemes.

Šis efekts, kā arī citas atšķirības starp relativitātes teoriju un parasto mehāniku, izpaužas tikai milzīgā kustības ātrumā, kas ir salīdzināms ar gaismas ātrumu, un tāpēc mēs ar to nekad nesaskaramies ikdienā. Parastajiem ātrumiem, ar kādiem mēs sastopamies uz Zemes, daļa v / c (atgādināt, c = 300 000 kilometru sekundē) ļoti maz atšķiras no nulles, un mēs atgriežamies pazīstamajā un mājīgajā skolas mehānikas pasaulē.

Neskatoties uz to, relativitātes teorijas ietekme ir jāņem vērā, piemēram, sinhronizējot GPS satelītu pulksteņus ar zemes satelītiem, lai pozicionēšanas sistēma darbotos precīzi. Turklāt laika dilatācijas efekts izpaužas elementārdaļiņu izpētē. Daudzi no tiem ir nestabili un ļoti īsā laikā pārvēršas par citiem. Taču parasti tie pārvietojas ātri, un līdz ar to laiks pirms to transformācijas no novērotāja viedokļa tiek izstiepts, kas ļauj tos reģistrēt un pētīt.

Īpašā relativitātes teorija radās no nepieciešamības saskaņot gaismas elektromagnētisko teoriju ar ātri (un ar nemainīgu ātrumu) kustīgu ķermeņu mehāniku. Pēc pārcelšanās uz Vāciju Einšteins pabeidza savu vispārējo relativitātes teoriju (GTR), kur viņš pievienoja gravitāciju elektromagnētiskajām un mehāniskajām parādībām. Izrādījās, ka gravitācijas lauku var raksturot kā masīva telpas un laika ķermeņa deformāciju.

Viena no vispārējās relativitātes teorijas sekām ir staru trajektorijas izliekums, kad gaisma iet tuvu lielai masai. Pirmajam mēģinājumam eksperimentāli pārbaudīt vispārējo relativitāti bija jānotiek 1914. gada vasarā, novērojot Saules aptumsumu Krimā. Tomēr vācu astronomu komanda tika internēta saistībā ar kara uzliesmojumu. Tas savā ziņā glāba vispārējās relativitātes teorijas reputāciju, jo tajā brīdī teorija saturēja kļūdas un deva nepareizu stara novirzes leņķa prognozi.

1919. gadā angļu fiziķis Arturs Edingtons, novērojot Saules aptumsumu Prinsipi salā pie Āfrikas rietumu krasta, spēja apstiprināt, ka zvaigznes gaisma (tā kļuva redzama, pateicoties tam, ka Saule to neaptumsa), ejot garām Saulei, novirzās tieši tādā pašā leņķī, kā paredzēja Einšteina vienādojumi.

Edingtona atklājums padarīja Einšteinu par superzvaigzni.

1919. gada 7. novembrī Parīzes Miera konferences vidū, kad visa uzmanība šķita koncentrēta uz to, kā pasaule pastāvēs pēc Pirmā pasaules kara, Londonas laikraksts The Times publicēja ievadrakstu: “A Revolution in Science: A Revolution in Science: A Jaunā Visuma teorija, Ņūtona idejas ir uzvarētas.

Žurnālisti visur dzenāja Einšteinu, tracinot viņu ar lūgumiem īsumā izskaidrot relativitātes teoriju, un zāles, kurās viņš lasīja publiskas lekcijas, bija pārpildītas (tajā pašā laikā, spriežot pēc viņa laikabiedru atsauksmēm, Einšteins nebija īpaši labs pasniedzējs; auditorija nesaprata lekcijas būtību, bet tomēr ieradās apskatīt slavenību).

1921. gadā Einšteins kopā ar angļu bioķīmiķi un nākamo Izraēlas prezidentu Haimu Veizmanu devās lekciju tūrē pa ASV, lai savāktu līdzekļus ebreju apmetņu atbalstam Palestīnā. Saskaņā ar The New York Times teikto: "Katra vieta Metropolitēna operā bija aizņemta, no orķestra bedres līdz galerijas pēdējai rindai, simtiem cilvēku stāvēja ejās."Laikraksta korespondents uzsvēra: "Einšteins runāja vāciski, bet ļoti vēlējies redzēt un dzirdēt cilvēku, kurš zinātnisko Visuma koncepciju papildināja ar jaunu telpas, laika un kustības teoriju, ieņēma visas vietas zālē."

Neskatoties uz panākumiem plašajā sabiedrībā, relativitātes teorija tika pieņemta ar lielām grūtībām zinātnieku aprindās.

No 1910. līdz 1921. gadam progresīvi domājoši kolēģi desmit reizes izvirzīja Einšteinu Nobela prēmijai fizikā, taču konservatīvā Nobela komiteja katru reizi atteicās, pamatojot to ar faktu, ka relativitātes teorija vēl nav guvusi pietiekamu eksperimentālu apstiprinājumu.

Pēc Edingtona ekspedīcijas tas sāka likties arvien skandalozāk, un 1921. gadā, joprojām nepārliecinoties, komisijas locekļi pieņēma elegantu lēmumu - piešķirt Einšteinam balvu, nemaz nepieminot relativitātes teoriju, proti: “Par Pakalpojumi teorētiskajā fizikā un jo īpaši par fotoelektriskā efekta likuma atklāšanu.

Āriešu fizika pret Einšteinu

Einšteina popularitāte Rietumos izraisīja sāpīgu reakciju no kolēģiem Vācijā, kuri pēc 1914. gada kaujinieciskā manifesta un sakāves Pirmajā pasaules karā atradās praktiski izolēti. 1921. gadā Einšteins bija vienīgais vācu zinātnieks, kurš saņēma ielūgumu uz Pasaules Solvaja fizikas kongresu Briselē (kuru viņš tomēr ignorēja, dodot priekšroku ceļojumam uz ASV kopā ar Veizmanu).

Tajā pašā laikā, neskatoties uz ideoloģiskām atšķirībām, Einšteinam izdevās uzturēt draudzīgas attiecības ar lielāko daļu savu patriotisko kolēģu. Taču no koledžas studentu un akadēmiķu galēji labējā spārna Einšteins ir iemantojis nodevēja reputāciju, kas vada Vācijas zinātni maldos.

Viens no šī spārna pārstāvjiem bija Filips Leonards. Neskatoties uz to, ka 1905. gadā Lenards saņēma Nobela prēmiju fizikā par fotoelektriskā efekta radīto elektronu eksperimentālu izpēti, viņš visu laiku cieta no tā, ka viņa ieguldījums zinātnē netika pietiekami atzīts.

Pirmkārt, 1893. gadā viņš aizdeva paša ražotu izlādes cauruli Rentgenam, un 1895. gadā Rentgens atklāja, ka izlādes caurules izstaro zinātnei vēl nezināmus starus. Lenards uzskatīja, ka atklājums ir vismaz jāuzskata par kopīgu, taču visa atklājuma godība un Nobela prēmija fizikā 1901. gadā pienākas tikai Rentgenam. Lenards bija sašutis un paziņoja, ka ir staru māte, savukārt Rentgens ir tikai vecmāte. Tajā pašā laikā acīmredzot Rentgens neizmantoja Lenarda cauruli izšķirošajos eksperimentos.

Izlādes caurule, ar kuru Lenards pētīja elektronus fotoelektriskajā efektā, un Rentgens atklāja viņa starojumu

Izlādes caurule, ar kuru Lenards pētīja elektronus fotoelektriskajā efektā, un Rentgens atklāja viņa starojumu

Otrkārt, Lenardu ļoti aizvainoja britu fizika. Viņš apstrīdēja Tomsona elektrona atklāšanas prioritāti un apsūdzēja angļu zinātnieku par nepareizu atsaukšanos uz viņa darbu. Lenards izveidoja atoma modeli, ko var uzskatīt par Raterforda modeļa priekšteci, taču tas netika pienācīgi atzīmēts. Nav pārsteidzoši, ka Lenards britus nosauca par algotņu un viltīgu tirgotāju tautu, bet vāciešus, gluži pretēji, par varoņu tautu, un pēc Pirmā pasaules kara uzliesmojuma viņš ierosināja Lielbritānijai sarīkot intelektuālu kontinentālo blokādi..

Treškārt, Einšteins spēja teorētiski izskaidrot fotoelektrisko efektu, un Lenards 1913. gadā, vēl pirms nesaskaņām saistībā ar karu, pat ieteica viņu profesūrai. Bet Nobela prēmija par fotoelektriskā efekta likuma atklāšanu 1921. gadā tika piešķirta tikai Einšteinam.

20. gadu sākums Lenardam kopumā bija grūts laiks. Viņš sadūrās ar entuziasma pilniem kreisajiem studentiem un tika publiski pazemots, kad pēc ebreju izcelsmes liberālā politiķa un Vācijas ārlietu ministra Valtera Ratenau slepkavības atteicās nolaist karogu sava institūta ēkai Heidelbergā.

Viņa ietaupījumi, kas tika ieguldīti valsts parādos, tika izdegti inflācijas dēļ, un 1922. gadā viņa vienīgais dēls nomira no nepietiekama uztura sekām kara laikā. Lenards sliecās domāt, ka Vācijas problēmas (arī Vācijas zinātnē) ir ebreju sazvērestības rezultāts.

Šajā laikā tuvs Lenarda līdzstrādnieks bija 1919. gada Nobela prēmijas laureāts fizikā Johanness Stārks, kurš arī sliecās vainot ebreju mahinācijas savās neveiksmēs. Pēc kara Stārks, opozīcijā liberālajai Fizikas biedrībai, noorganizēja konservatīvo "Vācijas augstskolu pasniedzēju profesionālo kopienu", ar kuras palīdzību mēģināja kontrolēt finansējumu pētniecībai un iecelšanu zinātniskos un pasniedzēju amatos, taču tas neizdevās.. Pēc neveiksmīgas absolventa aizstāvēšanas 1922. gadā Stārks paziņoja, ka viņu ieskauj Einšteina cienītāji, un atkāpās no universitātes profesora amata.

1924. gadā, sešus mēnešus pēc Alus puča, Grossdeutsche Zeitung publicēja Lenarda un Stārka rakstu "Hitlera gars un zinātne". Autori salīdzināja Hitleru ar tādiem zinātnes milžiem kā Galileo, Keplers, Ņūtons un Faradejs ("Kāda svētība, ka šis miesā dzīvojošs ģēnijs dzīvo starp mums!"), Un arī slavēja āriešu ģēniju un nosodīja samaitājošo jūdaismu.

Pēc Lenarda un Stārka domām, zinātnē kaitīgā ebreju ietekme izpaudās jaunos teorētiskās fizikas virzienos - kvantu mehānikā un relativitātes teorijā, kas prasīja veco jēdzienu noraidīšanu un izmantoja sarežģītu un nepazīstamu matemātisko aparātu.

Vecākiem zinātniekiem, pat tādiem talantīgiem kā Lenards, tas bija izaicinājums, ko tikai daži spēja pieņemt.

Lenards pretstatīja "ebreju", tas ir, teorētisko, fiziku ar "āriešu", tas ir, eksperimentālo, un pieprasīja, lai vācu zinātne koncentrētos uz pēdējo. Mācību grāmatas "Vācu fizika" priekšvārdā viņš rakstīja: "Vācijas fizika? - cilvēki jautās. Es varētu teikt arī āriešu fiziku vai ziemeļnieku fiziku, patiesības meklētāju fiziku, to cilvēku fiziku, kuri nodibināja zinātnisko pētījumu.

Lenarda un Stārka "āriešu fizika" ilgu laiku palika margināla parādība, un dažādas izcelsmes fiziķi Vācijā nodarbojās ar augstākā līmeņa teorētiskajiem un eksperimentālajiem pētījumiem.

Tas viss mainījās, kad Ādolfs Hitlers kļuva par Vācijas kancleru 1933. gadā. Einšteins, kurš tobrīd atradās ASV, atteicās no Vācijas pilsonības un dalības Zinātņu akadēmijā, un akadēmijas prezidents Makss Planks atzinīgi novērtēja šo lēmumu: "Neskatoties uz dziļo bezdibeni, kas šķeļ mūsu politiskos uzskatus, mūsu personiskā draudzība vienmēr paliks nemainīga. "Viņš apliecināja, ka ir Einšteina personīgā sarakste. Tajā pašā laikā daži akadēmijas biedri bija nokaitināti, ka Einšteins no tās nav demonstratīvi izslēgts.

Johanness Stārks drīz kļuva par Fizikas un tehnoloģiju institūta un Vācijas Pētniecības biedrības prezidentu. Nākamā gada laikā Vāciju pameta ceturtā daļa fiziķu un puse teorētisko fiziķu.