Kuinka Albert Einstein taisteli Euroopan rauhan ja teoreettisen fysiikan puolesta

2024 Kirjoittaja: Malcolm Clapton | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 03:55

Siitä, kuinka tiede kietoutui tiiviisti politiikkaan.

Aivan 1900-luvun alussa tehtiin fysiikassa valtavia löytöjä, joista monet kuuluivat yleisen suhteellisuusteorian luojalle Albert Einsteinille.

Tiedemiehet olivat aivan uudenlaisen näkemyksen partaalla maailmankaikkeudesta, mikä vaati heiltä älyllistä rohkeutta, halukkuutta uppoutua teoriaan ja taitoja käsitellä monimutkaisia matemaattisia laitteita. Kaikki eivät hyväksyneet haastetta, ja kuten toisinaan tapahtuu, tieteelliset kiistat asettuivat ensin ensimmäisen maailmansodan, sitten Hitlerin valtaantulon Saksassa aiheuttamien poliittisten erimielisyyksien päälle. Einstein oli myös avainhahmo, jonka ympärillä keihäät murtuivat.

Einstein kaikkia vastaan

Ensimmäisen maailmansodan puhkeamiseen liittyi isänmaallinen nousu osallistujavaltioiden väestön keskuudessa, mukaan lukien tiedemiehet.

Saksassa vuonna 1914 93 tiedemiestä ja kulttuurihenkilöä, mukaan lukien Max Planck, Fritz Haber ja Wilhelm Roentgen, julkaisi manifestin, jossa ilmaisi täyden tukensa valtiolle ja sen käymälle sodalle: "Me, saksalaisen tieteen ja taiteen edustajat, protestoimme ennen koko kulttuurimaailma niitä valheita ja herjauksia vastaan, joilla vihollisemme yrittävät saastuttaa Saksan oikeudenmukaista asiaa sen kovalla olemassaolotaistelulla, joka sille määrättiin. Ilman saksalaista militarismia saksalainen kulttuuri olisi tuhoutunut kauan sitten sen alkuvaiheessa. Saksalainen militarismi on saksalaisen kulttuurin tuote, ja se syntyi maassa, joka, kuten mikään muu maa maailmassa, on joutunut saalistushyökkäyksen kohteeksi vuosisatojen ajan."

Siitä huolimatta eräs saksalainen tiedemies vastusti jyrkästi tällaisia ajatuksia. Albert Einstein julkaisi vuonna 1915 vastausmanifestin”Eurooppalaisille”:”Koskaan aikaisemmin ei sota ole häirinnyt kulttuurien vuorovaikutusta näin paljon. Koulutettujen ja hyväntahtoisten eurooppalaisten velvollisuus on olla antamatta Euroopan periksi. Tämän vetoomuksen allekirjoitti Einsteinin lisäksi vain kolme henkilöä.

Einsteinista tuli saksalainen tiedemies aivan äskettäin, vaikka hän syntyi Saksassa. Hän valmistui koulusta ja yliopistosta Sveitsissä, ja sen jälkeen lähes kymmenen vuoden ajan useat Euroopan yliopistot kieltäytyivät palkkaamasta häntä. Tämä johtui osittain tavasta, jolla Einstein lähestyi pyyntöä harkita hänen ehdokkuuttaan.

Joten kirjeessään Paul Drudelle, metallien elektronisen teorian luojalle, hän huomautti ensin kaksi teoriaansa sisältynyttä virhettä ja pyysi vasta sitten palkkaamaan hänet.

Tämän seurauksena Einsteinin täytyi saada työpaikka Sveitsin patenttitoimistosta Bernissä, ja vasta vuoden 1909 lopussa hän pystyi saamaan paikan Zürichin yliopistoon. Ja jo vuonna 1913 Max Planck itse tuli yhdessä tulevan kemian Nobelin Walter Nernstin kanssa henkilökohtaisesti Zürichiin taivuttelemaan Einsteinia hyväksymään Saksan kansalaisuuden, muuttamaan Berliiniin ja tulemaan Preussin tiedeakatemian jäseneksi ja instituutin johtajaksi. fysiikasta.

Einstein piti työtään patenttivirastossa hämmästyttävän tuottavana tieteellisestä näkökulmasta. "Kun joku meni ohi, laitoin muistiinpanot laatikkoon ja teeskentelin tekeväni patenttityötä", hän muistelee. Vuosi 1905 jäi tieteen historiaan annus mirabilisiksi, "ihmeiden vuodeksi".

Tänä vuonna Annalen der Physik -lehti julkaisi neljä Einsteinin artikkelia, joissa hän pystyi teoreettisesti kuvaamaan Brownin liikettä, selittämään Planckin ajatuksen avulla valokvanteista, fotoefektistä tai metallista karkaavien elektronien vaikutuksesta, kun se säteilytetään valolla (JJ Thomson löysi elektronin tällaisessa kokeessa), ja se vaikuttaa ratkaisevasti erityisen suhteellisuusteorian luomiseen.

Hämmästyttävä yhteensattuma: suhteellisuusteoria ilmestyi lähes samanaikaisesti kvanttiteorian kanssa ja muutti yhtä odottamatta ja peruuttamattomasti fysiikan perusteita.

1800-luvulla valon aaltollinen luonne vakiintui vakaasti, ja tutkijat olivat kiinnostuneita siitä, kuinka aine, jossa nämä aallot leviävät, on järjestetty.

Huolimatta siitä, että kukaan ei ole vielä havainnut eetteriä (tämä on tämän aineen nimi) suoraan, epäilyjä sen olemassaolosta ja tunkeutumisesta koko maailmankaikkeuteen ei herättänyt: oli selvää, että aallon tulisi levitä jonkinlaisessa elastisessa väliaineessa, analogisesti veteen heitetyn kiven ympyröiden kanssa: veden pinta kiven putoamiskohdassa alkaa värähdellä, ja koska se on elastinen, värähtelyt välittyvät viereisiin pisteisiin, niistä viereisiin jne. päällä. Atomien ja elektronien löytämisen jälkeen fyysisten esineiden olemassaolo, joita ei ole nähtävissä olemassa olevilla instrumenteilla, ei myöskään yllättänyt ketään.

Yksi yksinkertaisista kysymyksistä, johon klassinen fysiikka ei löytänyt vastausta, oli tämä: kantavatko siinä liikkuvat kappaleet eetterin? 1800-luvun loppuun mennessä jotkut kokeet osoittivat vakuuttavasti, että liikkuvat kappaleet veivät eetterin kokonaan pois, kun taas toiset, ja yhtä vakuuttavasti, että se kulki vain osittain.

Ympyrät vedessä ovat yksi esimerkki aallosta elastisessa väliaineessa. Jos liikkuva kappale ei kanna eetteriä mukana, niin valon nopeus suhteessa kehoon on valon nopeuden suhteessa eetteriin ja itse kappaleen nopeuden summa. Jos se ottaa eetterin kokonaan mukaansa (kuten tapahtuu viskoosissa nesteessä liikkuessa), niin valon nopeus suhteessa kehoon on yhtä suuri kuin valon nopeus suhteessa eetteriin eikä se riipu millään tavalla eetterin nopeudesta. keho itse.

Ranskalainen fyysikko Louis Fizeau osoitti vuonna 1851, että liikkuva vesivirta kuljettaa eetterin osittain pois. Vuosien 1880-1887 koesarjassa amerikkalaiset Albert Michelson ja Edward Morley toisaalta vahvistivat Fizeaun johtopäätöksen suuremmalla tarkkuudella, ja toisaalta he selvittivät, että Auringon ympäri kiertävä Maa vie mukanaan täysin eetteri sen kanssa, eli valon nopeus maapallolla on riippumaton siitä, kuinka se liikkuu.

Määrittääkseen, kuinka maapallo liikkuu suhteessa eetteriin, Michelson ja Morley rakensivat erityisen instrumentin, interferometrin (katso alla oleva kaavio). Lähteestä tuleva valo putoaa puoliläpinäkyvälle levylle, josta se heijastuu osittain peiliin 1 ja siirtyy osittain peiliin 2 (peilit ovat samalla etäisyydellä levystä). Peileistä heijastuneet säteet putoavat sitten taas puoliläpinäkyvälle levylle ja saapuvat siitä yhdessä ilmaisimeen, jolle syntyy interferenssikuvio.

Jos maapallo liikkuu suhteessa eetteriin esimerkiksi peilin 2 suuntaan, niin valon nopeus vaaka- ja pystysuunnassa ei kohtaa, minkä pitäisi johtaa eri peileistä heijastuneiden aaltojen vaihesiirtoon. ilmaisin (esimerkiksi kuten kaaviossa, alhaalla oikealla). Todellisuudessa mitään siirtymää ei havaittu (katso alhaalla vasemmalla).

Einstein vs. Newton

Yrittessään ymmärtää eetterin liikettä ja valon etenemistä siinä Lorentz ja ranskalainen matemaatikko Henri Poincaré joutuivat olettamaan, että liikkuvien kappaleiden mitat muuttuvat verrattuna paikallaan olevien kappaleiden mittoihin, ja lisäksi aikaa liikkuvat kappaleet virtaavat hitaammin. On vaikea kuvitella - ja Lorentz käsitteli näitä oletuksia enemmän matemaattisena tempuna kuin fysikaalisena vaikutuksena - mutta ne mahdollistivat mekaniikan, valon sähkömagneettisen teorian ja kokeellisen tiedon yhteensovittamisen.

Einstein pystyi kahdessa artikkelissa vuonna 1905 näiden intuitiivisten pohdiskelujen perusteella luomaan johdonmukaisen teorian, jossa kaikki nämä hämmästyttävät vaikutukset ovat seurausta kahdesta postulaatista:

• valon nopeus on vakio eikä riipu siitä, miten lähde ja vastaanotin liikkuvat (ja on noin 300 000 kilometriä sekunnissa);
• missä tahansa fysikaalisessa järjestelmässä fysikaaliset lait toimivat samalla tavalla riippumatta siitä, liikkuuko se ilman kiihtyvyyttä (millä tahansa nopeudella) vai levossa.

Ja hän johti tunnetuimman fyysisen kaavan - E = mc²! Lisäksi ensimmäisen postulaatin vuoksi eetterin liike lakkasi olemasta, ja Einstein yksinkertaisesti hylkäsi sen - valo voi levitä tyhjyydessä.

Erityisesti aikalaajennusvaikutus johtaa kuuluisaan "kaksosten paradoksiin". Jos toinen kahdesta kaksosesta, Ivan, menee avaruusaluksella tähtiin ja toinen, Peter, jää odottamaan häntä maan päällä, hänen paluunsa jälkeen käy ilmi, että Ivan on vanhentunut vähemmän kuin Pietari. hänen nopeasti liikkuva avaruusaluksensa virtasi hitaammin kuin maan päällä.

Tämä vaikutus, samoin kuin muut suhteellisuusteorian ja tavallisen mekaniikan väliset erot, ilmenee vain valtavalla liikkeennopeudella, joka on verrattavissa valonnopeuteen, ja siksi emme koskaan kohtaa sitä jokapäiväisessä elämässä. Tavallisilla nopeuksilla, joilla kohtaamme maan päällä, murto-osa v / c (muista, c = 300 000 kilometriä sekunnissa) eroaa hyvin vähän nollasta, ja palaamme koulumekaniikan tuttuihin ja kodikkaisiin maailmaan.

Silti suhteellisuusteorian vaikutukset on otettava huomioon esimerkiksi synkronoitaessa GPS-satelliittien kelloja maanpäällisten kellojen kanssa paikannusjärjestelmän tarkan toiminnan varmistamiseksi. Lisäksi aikalaajenemisen vaikutus ilmenee alkuainehiukkasten tutkimuksessa. Monet niistä ovat epävakaita ja muuttuvat toisiksi hyvin lyhyessä ajassa. Yleensä ne kuitenkin liikkuvat nopeasti, ja tästä johtuen niiden muuttumista edeltävä aika tarkkailijan näkökulmasta venyy, mikä mahdollistaa niiden rekisteröinnin ja tutkimisen.

Erityinen suhteellisuusteoria syntyi tarpeesta sovittaa yhteen valon sähkömagneettinen teoria nopeasti (ja vakionopeudella) liikkuvien kappaleiden mekaniikkaan. Muutettuaan Saksaan Einstein viimeisteli yleisen suhteellisuusteoriansa (GTR), jossa hän lisäsi painovoiman sähkömagneettisiin ja mekaanisiin ilmiöihin. Kävi ilmi, että gravitaatiokenttää voidaan kuvata muodonmuutokseksi massiivinen avaruuden ja ajan kappale.

Yksi yleisen suhteellisuusteorian seurauksista on säteen liikeradan kaarevuus, kun valo kulkee läheltä suurta massaa. Ensimmäinen yritys yleisen suhteellisuusteorian kokeelliseksi todentamiseksi tapahtui kesällä 1914, kun Krimillä havainnoitiin auringonpimennystä. Kuitenkin joukko saksalaisia tähtitieteilijöitä internoitiin sodan syttymisen yhteydessä. Tämä tietyssä mielessä pelasti yleisen suhteellisuusteorian maineen, koska teoria sisälsi sillä hetkellä virheitä ja antoi väärän ennusteen säteen taipumakulmasta.

Vuonna 1919 englantilainen fyysikko Arthur Eddington pystyi havainnoiessaan auringonpimennystä Principe-saarella Afrikan länsirannikolla, että tähden valo (se tuli näkyväksi, koska aurinko ei pimentänyt sitä), ohittaa Auringon, poikkeaa täsmälleen samassa kulmassa kuin ennustetut Einsteinin yhtälöt.

Eddingtonin löytö teki Einsteinistä supertähden.

7. marraskuuta 1919 keskellä Pariisin rauhankonferenssia, jolloin kaikki huomio näytti olevan keskittyneen siihen, miten maailma tulee olemaan olemassa ensimmäisen maailmansodan jälkeen, Lontoon sanomalehti The Times julkaisi pääkirjoituksen: "A Revolution in Science: A Revolution in Science: A Uusi Universumin teoria, Newtonin ideat on voitettu."

Toimittajat jahtasivat Einsteinia kaikkialla, kiusaten häntä pyynnöillä selittää suhteellisuusteoria pähkinänkuoressa, ja salit, joissa hän piti julkisia luentoja, olivat täynnä (samaan aikaan hänen aikalaistensa arvostelujen perusteella Einstein ei ollut kovin hyvä luennoitsija Yleisö ei ymmärtänyt luennon ydintä, mutta tuli silti katsomaan julkkista).

Vuonna 1921 Einstein meni yhdessä englantilaisen biokemistin ja tulevan Israelin presidentin Chaim Weizmannin kanssa luentomatkalle Yhdysvaltoihin kerätäkseen varoja juutalaisten siirtokuntien tukemiseksi Palestiinassa. The New York Timesin mukaan "Jokainen Metropolitan Operan istuin varattiin, orkesterikuopasta gallerian viimeiseen riviin, satoja ihmisiä seisoi käytävillä."Lehden kirjeenvaihtaja korosti: "Einstein puhui saksaa, mutta innokas näkemään ja kuulemaan miestä, joka täydensi tieteellistä maailmankaikkeuden käsitystä uudella teorialla tilasta, ajasta ja liikkeestä, otti kaikki paikat salissa."

Huolimatta suuren yleisön suosiosta suhteellisuusteoria hyväksyttiin suurilla vaikeuksilla tiedeyhteisössä.

Vuodesta 1910 vuoteen 1921 edistykselliset kollegat asettivat Einsteinin ehdolle Nobelin fysiikan palkinnon saajaksi kymmenen kertaa, mutta konservatiivinen Nobel-komitea kieltäytyi joka kerta vedoten siihen, että suhteellisuusteoria ei ollut vielä saanut riittävää kokeellista vahvistusta.

Eddingtonin tutkimusmatkan jälkeen tämä alkoi tuntua yhä skandaalimaisemmalta, ja vuonna 1921, vieläkään vakuuttumattomina, komitean jäsenet tekivät elegantin päätöksen - myöntää Einsteinille palkinnon mainitsematta lainkaan suhteellisuusteoriaa, nimittäin: Sillä teoreettisen fysiikan palveluksessa ja erityisesti hänen valosähköisen vaikutuksen lain löytämisestään.

Arjalainen fysiikka vs. Einstein

Einsteinin suosio lännessä herätti tuskallisen reaktion saksalaisissa kollegoissa, jotka joutuivat käytännössä eristyksiin vuoden 1914 militantin manifestin ja ensimmäisen maailmansodan tappion jälkeen. Vuonna 1921 Einstein oli ainoa saksalainen tiedemies, joka sai kutsun Maailman Solvayn fysiikan kongressiin Brysselissä (jonka hän kuitenkin jätti huomiotta ja suosi Weizmannin kanssa Yhdysvaltoihin suuntautuvaa matkaa).

Samanaikaisesti ideologisista eroista huolimatta Einstein onnistui ylläpitämään ystävällisiä suhteita useimpiin isänmaallisiin kollegoihinsa. Mutta korkeakouluopiskelijoiden ja tutkijoiden äärioikeistosta Einstein on saavuttanut maineen petturina, joka johtaa saksalaista tiedettä harhaan.

Yksi tämän siiven edustajista oli Philip Leonard. Huolimatta siitä, että Lenard sai vuonna 1905 fysiikan Nobelin palkinnon valosähköisen vaikutuksen tuottamien elektronien kokeellisesta tutkimuksesta, hän kärsi koko ajan siitä, että hänen panoksensa tieteeseen ei tunnustettu riittävästi.

Ensin vuonna 1893 hän lainasi oman valmistamansa purkausputken Roentgenille, ja vuonna 1895 Roentgen havaitsi, että purkausputket lähettävät säteitä, joita tiede ei vielä tuntenut. Lenard uskoi, että löytöä pitäisi ainakin pitää yhteisenä, mutta kaikki löydön kunnia ja fysiikan Nobelin palkinto vuonna 1901 meni yksin Roentgenille. Lenard suuttui ja julisti olevansa säteiden äiti, kun taas Roentgen oli vain kätilö. Samaan aikaan ilmeisesti Roentgen ei käyttänyt Lenard-putkea ratkaisevissa kokeissa.

Purkausputki, jolla Lenard tutki elektroneja valosähköisessä efektissä, ja Roentgen löysi hänen säteilynsä

Purkausputki, jolla Lenard tutki elektroneja valosähköisessä efektissä, ja Roentgen löysi hänen säteilynsä

Toiseksi, Lenard loukkaantui syvästi brittiläisestä fysiikasta. Hän kiisti Thomsonin elektronin löydön tärkeysjärjestyksen ja syytti englantilaista tiedemiestä virheellisestä viittauksesta työhönsä. Lenard loi atomin mallin, jota voidaan pitää Rutherfordin mallin edeltäjänä, mutta tätä ei huomioitu kunnolla. Ei ole yllättävää, että Lenard kutsui brittejä palkkasoturien ja petollisten kauppiaiden kansakunnaksi ja saksalaisia päinvastoin sankarien kansakunnaksi, ja ensimmäisen maailmansodan puhjettua hän ehdotti älyllisen mannersaarron järjestämistä Isolle-Britannialle..

Kolmanneksi Einstein pystyi teoreettisesti selittämään valosähköisen vaikutuksen, ja Lenard vuonna 1913, jo ennen sotaan liittyviä erimielisyyksiä, jopa suositteli häntä professuuriin. Mutta Nobel-palkinto valosähköisen ilmiön lain löytämisestä vuonna 1921 myönnettiin Einsteinille yksin.

1920-luvun alku oli Lenardille yleensä vaikeaa aikaa. Hän joutui yhteen innokkaiden vasemmistolaisten opiskelijoiden kanssa ja joutui julkisesti nöyryytetyksi, kun hän kieltäytyi juutalaista alkuperää olevan liberaalin poliitikon ja Saksan ulkoministerin Walter Rathenaun salamurhan jälkeen laskemasta lippua Heidelbergin instituuttinsa rakennukseen.

Hänen säästönsä, jotka oli sijoitettu valtion velkaan, poltettiin inflaation takia, ja vuonna 1922 hänen ainoa poikansa kuoli sodan aikana aliravitsemuksen vaikutuksiin. Lenard oli taipuvainen ajattelemaan, että Saksan ongelmat (mukaan lukien saksalainen tiede) ovat seurausta juutalaisten salaliitosta.

Lenardin läheinen työtoveri tuolloin oli Johannes Stark, vuoden 1919 fysiikan Nobel-palkinnon voittaja, joka myös taipui syyttää juutalaisten juonitteluja omista epäonnistumisistaan. Sodan jälkeen Stark perusti liberaalin fysiikan seuran vastaisesti konservatiivisen "yliopistoopettajien saksalaisen ammattiyhteisön", jonka avulla hän yritti hallita tutkimuksen rahoitusta ja nimityksiä tieteellisiin ja opettajiin, mutta ei onnistunut.. Epäonnistuneen jatko-opiskelijan puolustamisen jälkeen vuonna 1922 Stark ilmoitti olevansa Einsteinin ihailijoiden ympäröimä ja erosi yliopiston professorin tehtävästä.

Vuonna 1924, kuusi kuukautta olutputsauksen jälkeen, Grossdeutsche Zeitung julkaisi Lenardin ja Starkin artikkelin "Hitlerin henki ja tiede". Kirjoittajat vertasivat Hitleriä sellaisiin tieteen jättiläisiin kuin Galileo, Kepler, Newton ja Faraday ("Mikä siunaus, että tämä lihallinen nero asuu keskuudessamme!"), Ja myös ylistivät arjalaista neroa ja tuomitsivat turmelevan juutalaisuuden.

Lenardin ja Starkin mukaan tieteessä tuhoisa juutalainen vaikutus ilmeni teoreettisen fysiikan uusilla suunnilla - kvanttimekaniikassa ja suhteellisuusteoriassa, jotka vaativat vanhojen käsitteiden hylkäämistä ja käyttivät monimutkaista ja tuntematonta matemaattista laitteistoa.

Vanhemmille tiedemiehille, jopa Lenardin kaltaisille lahjakkaille, tämä oli haaste, jonka harvat pystyivät hyväksymään.

Lenard asetti "juutalaisen" eli teoreettisen fysiikan vastakohtana "arjalaiselle", eli kokeelliselle, ja vaati, että saksalainen tiede keskittyy jälkimmäiseen. Oppikirjan "German Physics" esipuheessa hän kirjoitti: "Saksan fysiikka? - ihmiset kysyvät. Voisin myös sanoa arjalaista fysiikkaa tai pohjoismaisten ihmisten fysiikkaa, totuudenetsijoiden fysiikkaa, tieteellisen tutkimuksen perustajien fysiikkaa."

Lenardin ja Starkin "arjalainen fysiikka" pysyi pitkään marginaalina ilmiönä, ja eri alkuperää olevat fyysikot harjoittivat korkeimman tason teoreettista ja kokeellista tutkimusta Saksassa.

Kaikki muuttui, kun Adolf Hitleristä tuli Saksan liittokansleri vuonna 1933. Einstein, joka oli tuolloin Yhdysvalloissa, luopui Saksan kansalaisuudesta ja jäsenyydestä Tiedeakatemiassa, ja Akatemian presidentti Max Planck suhtautui myönteisesti tähän päätökseen: "Huolimatta syvästä kuilusta, joka jakaa poliittisia näkemyksiämme, henkilökohtaiset ystävyytemme pysyvät aina ennallaan. ", hän vakuutti olevansa Einsteinin henkilökohtainen kirjeenvaihto. Samaan aikaan jotkut akatemian jäsenet suuttuivat siitä, ettei Einsteinia ollut demonstratiivisesti erotettu siitä.

Johannes Starkista tuli pian Fysiikan ja teknologian instituutin ja Saksan tutkimusseuran puheenjohtaja. Seuraavan vuoden aikana neljäsosa kaikista fyysikoista ja puolet teoreettisista fyysikoista lähti Saksasta.