Bagaimana Albert Einstein Berjuang untuk Keamanan Eropah dan Fizik Teori

2024 Pengarang: Malcolm Clapton | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-17 04:06

Mengenai bagaimana sains berkait rapat dengan politik.

Pada awal abad kedua puluh, penemuan besar telah dibuat dalam fizik, beberapa daripadanya adalah milik Albert Einstein, pencipta teori relativiti umum.

Para saintis berada di ambang pandangan baru tentang Alam Semesta, yang memerlukan mereka keberanian intelektual, kesediaan untuk menyelami teori dan kemahiran dalam menangani peralatan matematik yang kompleks. Cabaran itu tidak diterima oleh semua orang, dan, seperti yang kadang-kadang berlaku, pertikaian saintifik ditimbulkan pada perbezaan politik yang disebabkan oleh Perang Dunia Pertama, kemudian oleh Hitler berkuasa di Jerman. Einstein juga merupakan tokoh penting di mana lembing itu patah.

Einstein menentang semua orang

Tercetusnya Perang Dunia Pertama disertai oleh kebangkitan patriotik di kalangan penduduk negeri-negeri yang mengambil bahagian, termasuk saintis.

Di Jerman pada tahun 1914, 93 saintis dan tokoh budaya, termasuk Max Planck, Fritz Haber dan Wilhelm Roentgen, menerbitkan manifesto menyatakan sokongan penuh mereka terhadap negara dan perang yang sedang dilancarkan: “Kami, wakil sains dan seni Jerman, memprotes sebelum ini. seluruh dunia budaya menentang pembohongan dan fitnah yang musuh kita cuba mencemarkan sebab adil Jerman dalam perjuangan keras untuk kewujudan yang dikenakan ke atasnya. Tanpa ketenteraan Jerman, budaya Jerman sudah lama dimusnahkan pada permulaannya. Militerisme Jerman adalah produk budaya Jerman, dan ia dilahirkan di negara yang, tidak seperti negara lain di dunia, telah mengalami serbuan pemangsa selama berabad-abad."

Namun begitu, terdapat seorang saintis Jerman yang lantang menentang idea tersebut. Albert Einstein menerbitkan manifesto respons "Kepada orang Eropah" pada tahun 1915: "Tidak pernah sebelum ini perang mengganggu interaksi budaya. Adalah menjadi kewajipan orang Eropah, berpendidikan dan mempunyai niat baik, untuk tidak membiarkan Eropah tunduk." Walau bagaimanapun, rayuan ini, selain Einstein sendiri, ditandatangani oleh hanya tiga orang.

Einstein menjadi seorang saintis Jerman baru-baru ini, walaupun dia dilahirkan di Jerman. Dia lulus dari sekolah dan universiti di Switzerland, dan selepas itu selama hampir sepuluh tahun pelbagai universiti di Eropah enggan mengupahnya. Ini sebahagiannya disebabkan oleh cara Einstein mendekati permintaan untuk mempertimbangkan pencalonannya.

Jadi, dalam surat kepada Paul Drude, pencipta teori elektronik logam, dia mula-mula menunjukkan dua kesilapan yang terkandung dalam teorinya, dan hanya kemudian meminta untuk diupah.

Akibatnya, Einstein terpaksa mendapat pekerjaan di pejabat paten Switzerland di Bern, dan hanya pada penghujung tahun 1909 dia boleh mendapat jawatan di Universiti Zurich. Dan sudah pada tahun 1913, Max Planck sendiri, bersama dengan pemenang Hadiah Nobel dalam bidang kimia Walter Nernst, secara peribadi datang ke Zurich untuk memujuk Einstein untuk menerima kewarganegaraan Jerman, berpindah ke Berlin dan menjadi ahli Akademi Sains Prusia dan pengarah Institut daripada Fizik.

Einstein mendapati kerjanya di pejabat paten sangat produktif dari sudut pandangan saintifik. "Apabila seseorang lalu, saya akan meletakkan nota saya di dalam laci dan berpura-pura melakukan kerja paten," katanya. Tahun 1905 turun dalam sejarah sains sebagai annus mirabilis, "tahun keajaiban."

Tahun ini, jurnal Annalen der Physik menerbitkan empat artikel oleh Einstein, di mana dia secara teorinya dapat menerangkan gerakan Brown, menerangkan, menggunakan idea Planckian tentang quanta cahaya, kesan foto, atau kesan elektron yang terlepas daripada logam apabila ia disinari dengan cahaya (dalam eksperimen sedemikian JJ Thomson menemui elektron), dan memberikan sumbangan yang menentukan kepada penciptaan teori relativiti khas.

Kebetulan yang menakjubkan: teori relativiti muncul hampir serentak dengan teori quanta dan secara tidak dijangka dan tidak dapat ditarik balik mengubah asas fizik.

Pada abad ke-19, sifat gelombang cahaya telah ditubuhkan dengan kukuh, dan saintis berminat tentang bagaimana bahan di mana gelombang ini merambat disusun.

Walaupun fakta bahawa belum ada yang memerhatikan eter (ini adalah nama bahan ini) secara langsung, keraguan bahawa ia wujud dan meresap ke seluruh Alam Semesta tidak timbul: adalah jelas bahawa gelombang harus merambat dalam beberapa jenis medium elastik, dengan analogi dengan bulatan dari batu yang dilemparkan ke atas air: permukaan air pada titik jatuh batu mula berayun, dan, kerana ia adalah anjal, ayunan dihantar ke titik jiran, dari mereka ke jiran, dan sebagainya. pada. Selepas penemuan atom dan elektron, kewujudan objek fizikal yang tidak dapat dilihat dengan instrumen yang ada juga tidak mengejutkan sesiapa pun.

Salah satu soalan mudah yang tidak dapat dijawab oleh fizik klasik ialah: adakah eter terbawa-bawa oleh badan yang bergerak di dalamnya? Menjelang akhir abad ke-19, beberapa eksperimen dengan meyakinkan menunjukkan bahawa eter telah dibawa pergi sepenuhnya oleh badan bergerak, sementara yang lain, dan tidak kurang meyakinkan, bahawa ia hanya sebahagiannya terbawa-bawa.

Bulatan di atas air adalah salah satu contoh gelombang dalam medium elastik. Jika jasad yang bergerak tidak membawa eter bersama-sama, maka kelajuan cahaya relatif kepada jasad akan menjadi jumlah kelajuan cahaya berbanding dengan eter dan kelajuan jasad itu sendiri. Jika ia menyerap eter sepenuhnya (seperti yang berlaku apabila bergerak dalam cecair likat), maka kelajuan cahaya berbanding dengan badan akan sama dengan kelajuan cahaya berbanding dengan eter dan tidak akan bergantung dalam apa cara sekalipun pada kelajuan badan sendiri.

Ahli fizik Perancis Louis Fizeau menunjukkan pada tahun 1851 bahawa eter sebahagiannya dibawa oleh aliran air yang bergerak. Dalam satu siri eksperimen dari 1880-1887, orang Amerika Albert Michelson dan Edward Morley, dalam satu pihak, mengesahkan kesimpulan Fizeau dengan ketepatan yang lebih tinggi, dan di pihak yang lain, mereka mendapati bahawa Bumi, berputar mengelilingi Matahari, sepenuhnya terperangkap eter dengannya, iaitu, kelajuan cahaya di Bumi adalah bebas daripada cara ia bergerak.

Untuk menentukan bagaimana Bumi bergerak berhubung dengan eter, Michelson dan Morley membina alat khas, interferometer (lihat rajah di bawah). Cahaya dari sumber jatuh pada plat separa telus, dari mana ia sebahagiannya dipantulkan dalam cermin 1 dan sebahagiannya melewati cermin 2 (cermin berada pada jarak yang sama dari plat). Sinar yang dipantulkan dari cermin kemudian sekali lagi jatuh pada plat separa telus dan daripadanya bersama-sama tiba di pengesan, di mana corak gangguan timbul.

Jika Bumi bergerak relatif kepada eter, sebagai contoh, ke arah cermin 2, maka kelajuan cahaya dalam arah mendatar dan menegak tidak akan bertepatan, yang sepatutnya membawa kepada peralihan fasa gelombang yang dipantulkan daripada cermin yang berbeza pada pengesan (contohnya, seperti yang ditunjukkan dalam rajah, bahagian bawah kanan). Pada hakikatnya, tiada anjakan diperhatikan (lihat bahagian bawah sebelah kiri).

Einstein lwn Newton

Dalam percubaan mereka untuk memahami gerakan eter dan perambatan cahaya di dalamnya, Lorentz dan ahli matematik Perancis Henri Poincaré terpaksa mengandaikan bahawa dimensi jasad bergerak berubah berbanding dengan dimensi benda pegun, dan lebih-lebih lagi, masa untuk badan yang bergerak mengalir dengan lebih perlahan. Sukar untuk dibayangkan - dan Lorentz menganggap andaian ini lebih seperti helah matematik daripada kesan fizikal - tetapi ia membenarkan penyelarasan mekanik, teori elektromagnet cahaya dan data eksperimen.

Einstein, dalam dua artikel pada tahun 1905, dapat, berdasarkan pertimbangan intuitif ini, mencipta teori yang koheren di mana semua kesan yang menakjubkan ini adalah akibat daripada dua postulat:

• kelajuan cahaya adalah malar dan tidak bergantung pada cara sumber dan penerima bergerak (dan bersamaan dengan kira-kira 300,000 kilometer sesaat);
• untuk mana-mana sistem fizikal, undang-undang fizikal bertindak dengan cara yang sama, tidak kira sama ada ia bergerak tanpa pecutan (pada sebarang kelajuan) atau dalam keadaan rehat.

Dan dia memperoleh formula fizikal yang paling terkenal - E = mc²! Di samping itu, kerana postulat pertama, pergerakan eter tidak lagi menjadi penting, dan Einstein hanya meninggalkannya - cahaya boleh merambat dalam kekosongan.

Kesan pelebaran masa, khususnya, membawa kepada "paradoks kembar" yang terkenal. Jika salah satu daripada dua kembar, Ivan, pergi ke kapal angkasa ke bintang, dan yang kedua, Peter, tetap menunggunya di Bumi, maka selepas kepulangannya, ternyata Ivan telah berumur kurang daripada Peter, sejak masa lalu. kapal angkasanya yang bergerak pantas mengalir lebih perlahan.daripada di Bumi.

Kesan ini, serta perbezaan lain antara teori relativiti dan mekanik biasa, menunjukkan dirinya hanya pada kelajuan pergerakan yang luar biasa, setanding dengan kelajuan cahaya, dan oleh itu kita tidak pernah menemuinya dalam kehidupan seharian. Untuk kelajuan biasa yang kita temui di Bumi, pecahan v / c (ingat, c = 300,000 kilometer sesaat) sangat sedikit berbeza daripada sifar, dan kita kembali ke dunia mekanik sekolah yang biasa dan selesa.

Walau bagaimanapun, kesan teori relativiti mesti diambil kira, sebagai contoh, apabila menyegerakkan jam pada satelit GPS dengan yang terrestrial untuk operasi tepat sistem penentududukan. Di samping itu, kesan pelebaran masa ditunjukkan dalam kajian zarah asas. Ramai daripada mereka tidak stabil dan bertukar menjadi yang lain dalam masa yang sangat singkat. Walau bagaimanapun, mereka biasanya bergerak dengan cepat, dan disebabkan ini, masa sebelum transformasi mereka dari sudut pandangan pemerhati diregangkan, yang memungkinkan untuk mendaftar dan mengkajinya.

Teori relativiti khas timbul daripada keperluan untuk mendamaikan teori elektromagnet cahaya dengan mekanik jasad bergerak pantas (dan dengan kelajuan tetap). Selepas berpindah ke Jerman, Einstein menyelesaikan teori relativiti amnya (GTR), di mana dia menambah graviti kepada fenomena elektromagnet dan mekanikal. Ternyata medan graviti boleh digambarkan sebagai ubah bentuk oleh badan besar ruang dan masa.

Salah satu akibat kerelatifan am ialah kelengkungan trajektori sinar apabila cahaya melalui berhampiran jisim yang besar. Percubaan pertama dalam pengesahan eksperimen kerelatifan am telah berlaku pada musim panas 1914 apabila melihat gerhana matahari di Crimea. Walau bagaimanapun, sepasukan ahli astronomi Jerman telah dimasukkan ke dalam tahanan berkaitan dengan meletusnya perang. Ini, dalam erti kata lain, menyelamatkan reputasi relativiti am, kerana pada masa itu teori itu mengandungi ralat dan memberikan ramalan yang salah tentang sudut pesongan rasuk.

Pada tahun 1919, ahli fizik Inggeris Arthur Eddington, ketika melihat gerhana matahari di Pulau Principe di luar pantai barat Afrika, dapat mengesahkan bahawa cahaya bintang (ia menjadi kelihatan kerana fakta bahawa Matahari tidak gerhana), melalui Matahari, menyimpang tepat pada sudut yang sama seperti yang diramalkan persamaan Einstein.

Penemuan Eddington menjadikan Einstein seorang superstar.

Pada 7 November 1919, di tengah-tengah Persidangan Keamanan Paris, apabila semua perhatian seolah-olah tertumpu pada bagaimana dunia akan wujud selepas Perang Dunia Pertama, akhbar London The Times menerbitkan sebuah editorial: “A Revolution in Science: A Teori Baru Alam Semesta, idea Newton dikalahkan."

Wartawan mengejar Einstein ke mana-mana, mengganggunya dengan permintaan untuk menerangkan teori relativiti secara ringkas, dan dewan tempat dia memberi syarahan awam penuh sesak (pada masa yang sama, berdasarkan ulasan rakan seangkatannya, Einstein bukanlah pensyarah yang sangat baik.; penonton tidak memahami intipati kuliah, tetapi masih datang untuk melihat selebriti itu).

Pada tahun 1921, Einstein, bersama ahli biokimia Inggeris dan bakal Presiden Israel, Chaim Weizmann, mengadakan lawatan kuliah ke Amerika Syarikat untuk mengumpul dana untuk menyokong penempatan Yahudi di Palestin. Menurut The New York Times, "Setiap tempat duduk di Metropolitan Opera telah diambil, dari lubang orkestra ke barisan terakhir galeri, beratus-ratus orang berdiri di lorong."Wartawan akhbar itu menekankan: "Einstein bercakap bahasa Jerman, tetapi tidak sabar-sabar untuk melihat dan mendengar seorang lelaki yang menambah konsep saintifik Alam Semesta dengan teori ruang, masa dan gerakan baharu, mengambil semua tempat duduk di dalam dewan."

Walaupun berjaya dengan orang awam, teori relativiti telah diterima dengan susah payah dalam komuniti saintifik.

Dari 1910 hingga 1921, rakan sekerja yang berfikiran progresif mencalonkan Einstein untuk Hadiah Nobel dalam fizik sepuluh kali, tetapi Jawatankuasa Nobel konservatif menolak setiap kali, memetik fakta bahawa teori relativiti masih belum menerima pengesahan percubaan yang mencukupi.

Selepas ekspedisi Eddington, ini mula terasa lebih dan lebih skandal, dan pada tahun 1921, masih tidak yakin, ahli jawatankuasa membuat keputusan yang elegan - untuk menganugerahkan Einstein hadiah, tanpa menyebut teori relativiti sama sekali, iaitu: “Untuk perkhidmatan kepada fizik teori dan, terutamanya, untuk penemuannya tentang undang-undang kesan fotoelektrik.

Fizik Arya lawan Einstein

Populariti Einstein di Barat menimbulkan reaksi yang menyakitkan daripada rakan sekerja di Jerman, yang mendapati diri mereka hampir terpencil selepas manifesto militan 1914 dan kekalahan dalam Perang Dunia Pertama. Pada tahun 1921, Einstein adalah satu-satunya saintis Jerman yang menerima jemputan ke Kongres Fizik Solvay Sedunia di Brussels (yang bagaimanapun, diabaikannya memihak kepada perjalanan ke Amerika Syarikat bersama Weizmann).

Pada masa yang sama, walaupun terdapat perbezaan ideologi, Einstein berjaya mengekalkan hubungan mesra dengan kebanyakan rakan patriotiknya. Tetapi dari sayap kanan yang melampau pelajar kolej dan ahli akademik, Einstein telah mendapat reputasi sebagai pengkhianat yang menyesatkan sains Jerman.

Salah seorang wakil sayap ini ialah Philip Leonard. Walaupun fakta bahawa pada tahun 1905 Lenard menerima Hadiah Nobel dalam fizik untuk kajian eksperimen elektron yang dihasilkan oleh kesan fotoelektrik, dia menderita sepanjang masa kerana sumbangannya kepada sains tidak diiktiraf secukupnya.

Pertama, pada tahun 1893 beliau meminjamkan tiub nyahcas keluarannya sendiri kepada Roentgen, dan pada tahun 1895 Roentgen mendapati bahawa tiub nyahcas itu memancarkan sinar yang masih tidak diketahui oleh sains. Lenard percaya bahawa penemuan itu sekurang-kurangnya harus dianggap bersama, tetapi semua kemuliaan penemuan dan Hadiah Nobel dalam fizik pada tahun 1901 pergi ke Roentgen sahaja. Lenard berasa marah dan mengisytiharkan bahawa dia adalah ibu kepada sinar, manakala Roentgen hanya seorang bidan. Pada masa yang sama, nampaknya, Roentgen tidak menggunakan tiub Lenard dalam eksperimen yang menentukan.

Tiub nyahcas yang digunakan Lenard mengkaji elektron dalam kesan fotoelektrik, dan Roentgen menemui sinarannya

Tiub nyahcas yang digunakan Lenard mengkaji elektron dalam kesan fotoelektrik, dan Roentgen menemui sinarannya

Kedua, Lenard sangat tersinggung dengan fizik British. Dia mempertikaikan keutamaan penemuan Thomson terhadap elektron dan menuduh saintis Inggeris itu salah merujuk kepada karyanya. Lenard mencipta model atom, yang boleh dianggap sebagai pendahulu model Rutherford, tetapi ini tidak diperhatikan dengan betul. Tidak menghairankan bahawa Lenard menggelar British sebagai negara pedagang upahan dan penipu, dan Jerman, sebaliknya, negara pahlawan, dan selepas meletusnya Perang Dunia Pertama dia mencadangkan untuk mengatur sekatan benua intelektual ke atas Great Britain..

Ketiga, Einstein dapat menjelaskan secara teori kesan fotoelektrik, dan Lenard pada tahun 1913, walaupun sebelum perselisihan yang berkaitan dengan perang, malah mengesyorkannya untuk jawatan profesor. Tetapi Hadiah Nobel untuk penemuan undang-undang kesan fotoelektrik pada tahun 1921 diberikan kepada Einstein sahaja.

Awal 1920-an secara amnya merupakan masa yang sukar bagi Lenard. Dia bertelagah dengan pelajar kiri yang bersemangat dan dimalukan secara terbuka apabila, selepas pembunuhan ahli politik liberal yang berasal dari Yahudi dan Menteri Luar Jerman Walter Rathenau, dia enggan menurunkan bendera di bangunan institutnya di Heidelberg.

Simpanan beliau, yang dilaburkan dalam hutang kerajaan, telah dibakar oleh inflasi, dan pada tahun 1922 anak lelaki tunggalnya meninggal dunia akibat kekurangan zat makanan semasa perang. Lenard menjadi cenderung untuk berfikir bahawa masalah Jerman (termasuk dalam sains Jerman) adalah hasil daripada konspirasi Yahudi.

Rakan rapat Lenard pada masa ini ialah Johannes Stark, pemenang Hadiah Nobel dalam fizik 1919, juga cenderung untuk menyalahkan muslihat orang Yahudi atas kegagalannya sendiri. Selepas perang, Stark, yang menentang Persatuan Fizik liberal, menganjurkan konservatif "Komuniti Profesional Guru Universiti Jerman", dengan bantuannya dia cuba mengawal pembiayaan untuk penyelidikan dan pelantikan ke jawatan saintifik dan pengajaran, tetapi tidak berjaya.. Selepas pembelaan seorang pelajar siswazah yang tidak berjaya pada tahun 1922, Stark mengisytiharkan bahawa dia dikelilingi oleh pengagum Einstein, dan meletak jawatan sebagai profesor di universiti.

Pada tahun 1924, enam bulan selepas Beer Putsch, Grossdeutsche Zeitung menerbitkan artikel oleh Lenard dan Stark, "Roh dan Sains Hitler." Pengarang membandingkan Hitler dengan gergasi sains seperti Galileo, Kepler, Newton dan Faraday ("Alangkah bahagianya genius dalam daging ini hidup di antara kita!"), Dan juga memuji genius Aryan dan mengutuk agama Yahudi yang merosakkan.

Menurut Lenard dan Stark, dalam sains, pengaruh Yahudi yang merosakkan menampakkan dirinya dalam arah baru fizik teori - mekanik kuantum dan teori relativiti, yang menuntut penolakan konsep lama dan menggunakan alat matematik yang kompleks dan tidak dikenali.

Bagi saintis yang lebih tua, walaupun mereka yang berbakat seperti Lenard, ini adalah cabaran yang hanya sedikit yang dapat menerimanya.

Lenard membezakan "Yahudi", iaitu, teori, fizik dengan "Aryan", iaitu eksperimen, dan menuntut sains Jerman menumpukan pada yang kedua. Dalam kata pengantar buku teks "Fizik Jerman" dia menulis: "fizik Jerman? - orang akan bertanya. Saya juga boleh mengatakan fizik Aryan, atau fizik orang Nordic, fizik pencari kebenaran, fizik mereka yang mengasaskan penyelidikan saintifik."

Untuk masa yang lama, "fizik Aryan" Lenard dan Stark kekal sebagai fenomena kecil, dan ahli fizik dari pelbagai asal terlibat dalam penyelidikan teori dan eksperimen peringkat tertinggi di Jerman.

Itu semua berubah apabila Adolf Hitler menjadi Canselor Jerman pada tahun 1933. Einstein, yang pada masa itu berada di Amerika Syarikat, meninggalkan kewarganegaraan Jerman dan keahlian dalam Akademi Sains, dan Presiden Akademi Max Planck mengalu-alukan keputusan ini: "Walaupun jurang yang dalam yang memisahkan pandangan politik kita, persahabatan peribadi kita akan sentiasa kekal tidak berubah.," dia memberi jaminan bahawa dia adalah surat-menyurat peribadi Einstein. Pada masa yang sama, beberapa ahli akademi berasa kesal kerana Einstein tidak diusir secara demonstratif daripadanya.

Johannes Stark tidak lama kemudian menjadi presiden Institut Fizik dan Teknologi dan Persatuan Penyelidikan Jerman. Sepanjang tahun berikutnya, satu perempat daripada semua ahli fizik dan separuh daripada ahli fizik teori meninggalkan Jerman.