Детство Эйнштейна
advertisement
Реферат по физике на тему: «Альберт Эйнштейн» ученицы 10 класса МБОУ СОШ №1 г. Краснознаменска Ивановой Анны руководитель: Комаров Анатолий Анатольевич Оглавление Введение.............................................................................................................................................. 3 Детство Эйнштейна ........................................................................................................................... 3 Студенческие годы ............................................................................................................................. 3 Становление учёного ......................................................................................................................... 4 Открытия, изменившие мир .............................................................................................................. 4 Популярность. .................................................................................................................................... 7 Заключение ......................................................................................................................................... 9 Список литературы и Интернет-ресурсов: ...................................................................................... 9 Введение 14 марта 2014 года исполняется 135 лет со дня рождения великого физика-теоретика, одного из основателей современной физики Альберта Эйнштейна. Альберт Эйнштейн – великий человек, жизнь и работу которого необходимо изучать. Его открытия актуальны на сегодняшний день. Я, как представительница современного молодого поколения, слышала фамилию Эйнштейн, но мало что о нём знала и решила изучить причины всемирной известности Альберта Эйнштейна. Цели работы: изучение биографии Альберта Эйнштейна; проследить его становление, как ученого; изучить значение его работ для становления современной физики; выяснить в чем уникальность личности А. Эйнштейна. Детство Эйнштейна Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 года, в Ульме (Вюртемберг, Германия) в семье мелкого предпринимателя. Через год после рождения Альберта семья переехала в Мюнхен, где отец Герман Эйнштейн и дядя Якоб организовали небольшую компанию «Электротехническая фабрика Я. Эйнштейна и К.». Компания занималась производством усовершенствованных электроизмерительных приборов, генераторов постоянного тока и другой электрической техники. Первое время дела компании «шли в гору», но со временем развивалось строительство мощных электроцентралей и образовалось много подобных фирм. Надеясь спасти компанию, семья переехала в Милан, но, не выдержав конкуренции, компания закрылась. Дядя Якоб очень много уделял времени племяннику. «Я помню, например, что теорема Пифагора была мне показана моим дядей еще до того, как в мои руки попала священная книжечка по геометрии», — говорил Эйнштейн. [1] Маленький Альберт испытывал большое счастье, когда смог решить сам данную дядей задачу. Родители Альберта - Герман Эйнштейн и Паулина Эйнштейн — отдали своего сына сначала в католическую начальную школу, а затем Альберт учился в мюнхенской классической гимназии Луитпольда – довольно престижное, либеральное учебное заведение, которое он так и не закончил. «Годы своего обучения в Луитпольд–гимназиум, куда его отдали в возрасте девяти с половиной лет, Эйнштейн вспоминал с горечью: «Я был готов стерпеть любое наказание, лишь бы не учить на память бессвязный вздор», - вспоминает он позже. [5] И в католической начальной школе, и в гимназии Альберт Эйнштейн получил репутацию не из лучших. Он отдавал предпочтение самостоятельным занятиям, чем школьным урокам. Его привлекали геометрия и научные книги по естествознанию, поэтому вскоре он намного опередил в знаниях точных наук своих сверстников. Также ещё ребёнком Альберт стал читать научно-популярные книги, благодаря чему, по словам Макса Борна, «с малых лет «показал неукротимую волю к независимости» [1] тем, что ненавидел игру в солдаты, так как она означала насилие. Позднее Эйнштейн сказал, что люди, которым доставляет маршировать под звучание марша, головной мозг достался зря, они бы могли обойтись только спинным. Студенческие годы В то время, как Альберт закончил шесть классов, он ещё жил в Милане и учился самостоятельно. В октябре 1895 года, Эйнштейн отправился пешком из Милана в Цюрих, чтобы поступить в политехникум. Альберт сдал с успехом все вступительные экзамены по физике, математике и химии, но на экзаменах по другим предметам провалился. Ректор политехникума заметил выдающиеся математические способности юноши, и направил его на тренировку в конатальную школу в Аарау, которая в то время считалась одной из лучших школ Швейцарии. Обучение в этом городке — был самый счастливый момент в жизни юного Альберта. Профессор Винтелер, оказался очень добропорядочным, лёгким и простым в общении человеком. Через год, Альберта приняли на учительский факультет в политехникум Цюриха. Он усердно работал в физической лаборатории, «увлечённый непосредственным соприкосновением с опытом». «Кроме интереса к физике, в студенческие годы Эйнштейн интересовался геологией, историей культуры, экономикой, литературоведением. И продолжал заниматься самообразованием... На его столе появляются труды Гельмгольца, Герца и Дарвина. Летом 1900 года Альберт Эйнштейн окончил политехникум со средними оценками и получил диплом учителя физики и математики, а в 1901 году — швейцарское гражданство. В армию Эйнштейна не взяли, так как у него нашли плоскостопие и расширение вен». [5] Становление учёного После окончания политехникума с 1900 по 1902 года Альбер Эйнштейн не мог найти постоянной работы. Дела были всё хуже и хуже. Об этом свидетельствует его высказывание, которое он произнёс однажды о том, что вскоре ему предстоит ходить по улицам со скрипкой, чтобы заработать себе на кусок хлеба. И именно в эти тяжёлые годы Эйнштейн пишет статью «Следствия теории капиллярности», в 1902 году её публикуют в берлинских «Анналах физики». Проблема с работой была решена его другом — М. Грассманом. Эйнштейн был зачислен в бюро на должность эксперта третьего класса в федеральное патентное бюро в Берне. Его годовое жалование составляло 3500 франков. Альберт занимался преимущественно патентованием изобретений, связанных с электромагнетизмом. В этом бюро он проработал семь с лишним лет, с июля 1902 по октябрь 1909 года. Именно в эти годы Альберт Эйнштейн становится великим физиком. После рабочего дня в бюро у него оставалось достаточно много времени, чтобы заниматься собственными исследованиями. В 1909-13 – назначен профессором Цюрихского политехникума (в 1911 - профессор Немецкого университета в Праге), в 1914-33 - профессором Берлинского университета и директором Института физики. После установления власти фашистов подвергся преследованиям и был вынужден покинуть Германию. В 1933 переехал в США, где до конца жизни работал в Принстонском институте перспективных исследований. [6] Вернёмся в период, когда Альберт начинал свою работу в патентном бюро. В 1904 году Эйнштейн закончил статьи о вопросах статистической механики и молекулярной теории теплоты и послал их в журнал «Анналы физики». А в 1905 году эти статьи были напечатаны и опубликованы. Физик Луи де Бройль выразился о том, что эти работы были словно сверкающие ракеты, осветившие мрак ночи и открывшие нам нескончаемые и неизвестные нам просторы Вселенной. Открытия, изменившие мир Первым важным открытием Эйнштейна является объяснение броуновского движения. Значительна роль Эйнштейна и в создании квантовой теории. Если М. Планк квантовал лишь энергию материального осциллятора, то Эйнштейн ввел в 1905 представление о дискретной, квантовой структуре самого светового излучения, рассматривая последнее как поток квантов света, или фотонов. Таким образом, Эйнштейну принадлежит теоретическое открытие фотона, экспериментально обнаруженного в 1922 А. Комптоном. До Эйнштейна считалось, что свет имеет волновую природу, но эта теория не могла объяснить опытов по фотоэффекту. Эксперименты показали, что лучи света, падая на поверхность некоторых металлов, выбивают оттуда электроны. Казалось удивительным, что скорость, с которой электроны отрываются от поверхности металла, зависит не от степени освещённости поверхности, а от цвета лучей. «Например, под воздействием ярчайшего красного света электроны вылетали с меньшей скоростью, чем под воздействием тусклого голубого. Этот факт не поддавался никаким объяснениям, пока Эйнштейн не выдвинул гипотезу, что луч света переносит энергию в виде мельчайших частиц, которые он назвал квантами световой энергии. Когда интенсивность освещения увеличивалась, на поверхность металла падало больше квантов и, соответственно, с неё выбивалось больше электронов. Но скорость, с которой они отрывались от поверхности, увеличивалась только тогда, когда становились больше сами кванты энергии, то есть когда частота светового излучения повышалась, и оно по цвету становилось ближе к голубой части спектра. По словам Эйнштейна, существует нижний порог частоты излучения, то есть нижняя «красная» граница величины энергии квантов, которые способны выбить электроны с поверхности металла. Если величина квантов будет меньше этого порогового числа, электроны вообще не смогут оторваться от поверхности металла...» [5] Таким образом Эйнштейн поставил науку перед лицом знаменитого парадокса: свет обладал и волновыми, и корпускулярными свойствами. Исходя из квантовой теории света, объяснил такие явления, как фотоэффект, правило Стокса для флюоресценции, фотоионизацию и другие, которые не могла объяснить электромагнитная теория света. За эту работу в 1921 году, Альберт Эйнштейн получит Нобелевскую премию. В 1907 распространил идеи квантовой теории на физические процессы, непосредственно не связанные со светом. В частности, рассмотрев тепловые колебания атомов в твердом теле и использовав идеи квантовой теории, объяснил уменьшение теплоемкости твердых тел при понижении температуры. Третья, самая существенная работа Эйнштейна, была посвящена созданию специальной теории относительности, изменившей представления о пространстве, времени и материи. Ещё в XVIII веке был поставлен вопрос о том, как влияет движение источника и приёмника света на оптические явления. Была выдвинута гипотеза о том, что свет распространяется в особой среде – эфире. Предполагалось, что скорость света должна зависеть от скорости источника и приемника. Д.Максвелл высказал идею постановки опыта по обнаружению «эфирного ветра». Суть такого опыта сводилась к сравнению времени прохождения светом одного и того же расстояния один раз вдоль движения Земли, а другой раз перпендикулярно этому движению. «Разница во времени в том и в другом случае будет определяться величиной . Так как скорость движения Земли по орбите равна приблизительно 30 км/с, а скорость света - 300000 км/с, то v/c=10-4. Следовательно, точность установки для обнаружения описываемого эффекта должна быть порядка 10-8. В 1881 году молодой американский учёный Альберт Майкельсон (1852-1931), проводя опыты на своём знаменитом интерферометре, получил указанную точность. Однако опыт Майкельсона по обнаружению «эфирного ветра», повторяемый в разное время и с увеличивающейся экспериментальной точностью, неизменно давал отрицательный результат.» [4] Таким образом, сложилась очень затруднительная ситуация. Поставленная задача была разрешена в 1905 году Альбертом Эйнштейном. Он разработал основы специальной теории относительности, изложив новые законы движения, которые обобщили, ньютоновские и переходили в них в случае малых скоростей тел. Его основополагающая работа называлась «К электродинамике движущихся сред». Именно она поступила в редакцию журнала «Анналы физики» 30 июня 1905 года. Работа состояла из двух частей. Первая часть излагала основы новой теории пространства и времени, а во второй части основополагающей работы было изложено применение этой теории к электродинамике движущихся сред. В основу своей теории Альберт Эйнштейн кладёт два постулата: 1. Принцип относительности — в любых инерциальных системах все физические процессы – механические, оптические, электрические и другие – протекают одинаково. 2. Принцип постоянства скорости света – скорость света в вакууме не зависит от движения источника и приемника, она одинакова во всех направлениях, во всех инерциальных системах и равна 3·108 м/с. Из первого постулата теории относительности следовало, что время между двумя одними и теми же событиями будет различным в разных системах отсчёта. Из второго постулата следовало, что скорость света в вакууме является предельной величиной. Следствие этих двух постулатов – зависимость пространства, времени и массы от скорости движения тел и некоторых других величин. Оба постулата возможны лишь в том случае, если мировая среда – эфир не существует в природе. Отказ от эфира дал автору специальной теории относительности возможность сформулировать пять (а не два, как обычно считается) постулатов, на которых базируется СТО (специальная теория относительности): 1. Отсутствие в природе эфира, что обосновывалось только тем, что признание эфира ведет к сложной теории, в то время как отрицание эфира позволяет сделать теорию проще; 2. Принцип относительности, гласящий, что все процессы в системе, находящейся в состоянии равномерного и прямолинейного движения, происходят по тем же законам, что и в покоящейся системе (ранее применительно к механическим процессам этот принцип был сформулирован Галилеем); 3. Принцип постоянства скорости света (независимость скорости света от скорости источника); 4. Инвариантность четырехмерного интервала, в котором пространство (координаты) связано со временем через скорость света; 5. Принцип одновременности, согласно которому наблюдатель судит о протекании событий во времени по световому сигналу, доходящему до него от этих событий. В том же 1905 году бы опубликована заметка Альберта Эйнштейна, где автор находит связь между массой и энергией. «Масса тела есть мера содержащейся в нём энергии», заключает Эйнштейн. Так появилось в науке знаменитое соотношение E= mc2. В 1907 году выходит новая работа Альберта Эйнштейна «О принципе относительности и его следствиях». Здесь автор опять говорит о массе и энергии, но для проверки этого соотношения обращается к радиоактивным веществам. Его подсчёты показали, что для проверки формулы на известных в то время радиоактивных превращениях нужно знать атомную массу радиоактивного вещества с точностью до пятого знака. Эйнштейн писал, что будут открыты радиоактивные процессы, в которых в энергию радиоактивных излучений превращается большая часть массы исходного атома, чем в случае радия. На сегодняшний день предсказание учёного сбылось и его знаменитая формула, изменившая весь мир, получила подтверждение в ядерных реакциях. Именно в последней части работы появился впервые принцип эквивалентности, согласно которому инертная масса тела равна его гравитационной массе, или силы гравитации эквивалентны силам инерции. Эйнштейн исследует влияние гравитации на ход часов и распространение света. Он делает вывод о том, что любой физический процесс протекает тем быстрее, чем больше гравитационный потенциал в области, где разыгрывается этот процесс, и что световые лучи искривляются в гравитационном поле. Исходя из этого, можно сказать, что в 1907 году Эйнштейн закладывает первые основы общей теории относительности (ОТО), над разработкой которой он неустанно работал 10 лет. Теория, созданная в 1905 году, была сформулирована для инерциальных систем отсчёта, и поэтому она названа специальной (частной) теорией относительности (СТО). Период с 1905 по 1907 года был для Эйнштейна очень плодотворным. В это время, помимо теории относительности, «он создаёт теорию броуновского движения, разрабатывает квантовую теорию света и на основе её объясняет явление фотоэффекта, создаёт квантовую теорию теплоёмкости. Любой из этих работ было бы достаточно, чтобы обессмертить имя автора, создавшего в 1916 году ещё одну из основополагающих теорий физики 20 века – общую теорию относительности». В 1912 году установил основной закон фотохимии: каждый поглощенный фотон вызывает одну элементарную фотореакцию. Предсказал в 1916 явление индуцированного излучения, лежащего в основе работы лазера. В 1915 завершил создание общей теории относительности, установившей связь между пространством-временем и материей. К её созданию Эйнштейна привел анализ известного факта, что отношение инертной массы тела к гравитационной одинаково для всех тел (принцип эквивалентности). Этот Принцип вместе с принципом относительности лег в основу общей теории относительности. В 1915 г. Эйнштейн предложил астрономам произвести проверку отклонения луча света от звезды, когда он проходит вблизи Солнца, но разве можно видеть звезды днем около Солнца? Да, во время полного солнечного затмения можно. Необходимо только, чтобы во время затмения около Солнца находились какие-нибудь яркие звезды. Ближайшим затмением, удовлетворяющим этому условию, было полное солнечное затмение 1919 г. Несмотря на крайне неблагоприятное время первой мировой войны, когда германские подводные лодки блокировали Англию, английское правительство субсидировало две научные экспедиции – одну на остров Принчипе в Гвинейском заливе у западных берегов Африки, другую в Бразилию (залив Собраль). Известный астроном и физик Эдингтон возглавил первую из этих групп. Задача экспедиции сводилась к тому, чтобы проверить существует ли видимое смещение звезд в ближайшей области к Солнцу по сравнению с тем, когда они будут в наибольшем удалении от него на небе, скажем, ночью через полгода. Вторая группа, руководил которой Креммелин, направлялась в Собраль, чтобы под ясным небом Бразилии произвести контрольные измерения. В результате опытов было получено, что отклонение лучей, проходящих вблизи Солнца, составляло: В заливе Собраль – 1,98′′ На острове Принчипе – 1,61′′ В среднем – 1,79′′ Предсказанное Эйнштейном значение – 1,75′′. [3] Общая теория относительности обусловила бурное развитие космологии как науки. Исходя из этой теории Эйнштейн в 1917 году предложил новую модель Вселенной, согласно которой Вселенная представляет из себя замкнутое трехмерное пространство, однако эта модель не соответствует действительности. Начиная с 1933, работы Эйнштейна были посвящены вопросам космологии и единой теории поля. Заслуги Эйнштейна были высоко оценены человечеством, он является член многих академий наук и научных обществ, в частности иностранный член АН СССР с1926 года. Трудно сейчас найти человека, который бы не знал фамилию Эйнштейна или не слышал о теории относительности. Популярность. Жизнь знаменитостей людей, привлекает внимание окружающих, обрастает множеством историй, баек, анекдотов. Чем популярней человек, тем больше о нем говорят. Эйнштейн не тяготился своей популярностью, напротив как человек не лишенный чувства юмора, был автором многих из историй о себе. Итак, говорят, что… Знаменитый физик в детстве не был вундеркиндом и не отличался особыми умственными способностями. Родственники сомневались в полноценности Альберта, в детстве он доставлял матери немало огорчений, т.к. до трёх лет маленький Альберт не разговаривал вовсе. Но когда мальчик в три года заговорил, родители были изумлены, их чадо обладало словарным запасом взрослого человека! Альберт Эйнштейн не очень много внимания уделял своему внешнему виду. Однажды по этому поводу он высказался следующим образом: "Когда я был молодым, я узнал, что большой палец всегда заканчивается дыркой в носке. Так что я перестал носить носки". Всем известно об увлечении Эйнштейна игрой на скрипке. Однажды в Германии учёный принял участие в благотворительном концерте. Местный журналист был восхищён игрой на скрипке Альберта Эйнштейна и спросил у соседки о том, кто же играет. Она с удивлением о незнании журналистом такого человека сказала: «Как вы не узнали? Это же сам Эйнштейн!» - «Ах, да, конечно!» На следующий день в газете появилась заметка о выступлении великого музыканта, несравненного виртуоза-скрипача. Альберт, когда увидел эту статью, вырезал эту заметку и всем с гордостью показывал знакомым и говорил: «Вы думаете, я великий учёный? Я великий скрипач, вот, кто я на самом деле!» Также Альберт Эйнштейн был любителем трубки. Пожизненный член клуба Монреальских курильщиков трубок, он произнёс следующее: «Курительная трубка способствует спокойно и объективно судить о делах человеческих". Ещё Эйнштейн утверждал, что не умеет писать на английском, хотя большую часть жизни прожил в США и был полностью двуязычным. В то время, как президент Хаим Вейзман в 1952 году умер, премьер-министр Израиля Давид Бен-Гурион предложил Эйнштейну должность президента страны. Учёный в своём ответном письме написал: «Я глубоко тронут предложением государства Израиль, но с сожалением и прискорбием должен его отклонить". В 1932 году американская «Женская патриотическая корпорация» настаивала на том, чтобы Эйнштейн не въезжал в США, так как он известный смутьян и коммунист. Но государство всё же дало визу Альберту Эйнштейну, а в газете он написал: «Никогда ещё я не получал от прекрасного пола такого энергичного отказа, а если и получал, то не от стольких сразу». Эйнштейн ненавидел фантастику. Чтобы не исказить чистую науку и дать людям ложную иллюзию научного понимания, он рекомендовал полное воздержание от любого типа научной фантастики. "Я никогда не думаю о будущем, оно и так скоро придет" - сказал он. Эйнштейна часто упоминают в числе вегетарианцев. Хотя он в течение многих лет поддерживал это движение, строгой вегетарианской диете он начал следовать только в 1954 году, примерно за год до своей смерти. Когда Альберта Эйнштейна спрашивали о том, где находится его лаборатория, он с улыбкой показывал шариковую ручку. Биографы Эйнштейна скрупулёзно подсчитали количество ошибок в его научных работах. Их популярному анализу посвящена книга физика Ханса Оханиана, аннотация которой содержит следующий фрагмент: «...его мощная физическая интуиция позволила ему достичь своих целей несмотря на ошибки, которые он делал попутно — а иногда и благодаря им. Сверхъестественная способность Эйнштейна использовать свои ошибки как ступеньки к своим революционным теориям была одним из признаков его гения». Всем известна фотография Альберта Эйнштейна с высунутым языком. Так вот, эта фотография была сделана назойливыми журналистами и фотографами тогда, когда один из последних попросил в очередной раз улыбнуться на камеру. Интересно, что в архивах Нобелевского комитета сохранилось около 60 номинаций Эйнштейна на эту премию; его кандидатура неизменно выдвигалась ежегодно с 1910 по 1922 годы (кроме 1911-го и 1915-го). Однако премия была присуждена только в 1921 году - за теорию фотоэлектрического эффекта, которая представлялась членам Нобелевского комитета наиболее бесспорным его вкладом в науку. Заключение Изучив жизнь и деятельность Альберта Эйнштейна можно сделать следующие выводы: никогда не следует опускать руки, неудачи, как правило, носят временный характер; успеха часто добивается не тот, у кого получается все с самого начала, а тот, кто много работает; нужно уметь обращать внимание на мелочи, за мелочами часто скрываются глобальные открытия; не надо бояться ставить перед собой самые трудные, иногда на первый взгляд невыполнимые задачи; никогда не надо стесняться самого себя, нужно быть самим собой, уметь относиться к себе с должной долей юмора. Список литературы и Интернет-ресурсов: 1. 2. 3. 4. 5. 6. http://to-name.ru/biography/albert-ejnshtejn.htm ru.wikipedia.org Блудов. М.И. Беседы по физике. - Москва. Просвещение. 1985 г., часть 2. Дягилев Ф.М. Из истории физики и жизни её творцов. Мусский С.А. 100 Нобелевских лауреатов. Храмов Ю.А. Физики. Биографический справочник. – Москва. Наука. 1983г.