МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА ПОСЕЛКА БОРСКОЕ МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
advertisement
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА ПОСЕЛКА БОРСКОЕ МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГВАРДЕЙСКИЙ РАЙОН» КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ ОБЛАСТНОЙ КОНКУРС УЧЕНИЧЕСКИХ РЕФЕРАТОВ «ЭВРИКА - 2013» ЖИЗНЬ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫХ ЛЮДЕЙ: А. ЭЙНШТЕЙН - 135 ЛЕТ СО ДНЯ РОЖДЕНИЯ Авторы: Казорина Алена, 11 класс Крюкова Анна, 11 класс Руководитель: Бондарева Наталья Петровна, учитель физики высшей квалификационной категории 2013 год 1 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 3 1. ЖИЗНЬ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА 3 1.1. ДЕТСТВО ГЕНИЯ 3 1.2. ГОДЫ УЧЕБЫ 4 1.3. ЖИЗНЬ И ОТКРЫТИЯ В БЕРНЕ 4 1.4. ПУТЕШЕСТВИЯ 5 1.5. БЕГСТВО ИЗ ГЕРМАНИИ 5 1.6. ПИСЬМО ПРЕЗИДЕНТУ 5 1.7. МУЗЫКА В ЖИЗНИ УЧЕНОГО 6 1.8. ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ 6 2. НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА 6 3. ВКЛАД ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ АЛЬБЕРТА 8 ЭЙНШТЕЙНА В РАЗВИТИЕ ФИЗИКИ 4. ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ ИЗ ЖИЗНИ ЭЙНШТЕЙНА 10 5. ЭЙНШТЕЙН – ФИЛОСОФ 12 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 12 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 13 2 ВВЕДЕНИЕ «Достойна только которая прожита людей» Альберт Эйнштейн та ради жизнь, других XX век – эпоха трагедий и прогресса. Мировые войны, создание и применение атомного оружия повергли человечество в ужас самоуничтожения. В то же время наука как никогда прежде приблизилась к тайнам мироздания, к познанию новых законов природы и этот прогресс стал возможен благодаря гениальному ученому – Альберту Эйнштейну. Его теория относительности вызвала глубокое переосмысление открытий, сделанных Ньютоном в XVII веке, и перевернула общепринятые представления о мире. С другой стороны, научная революция привела к изобретению самого смертоносного оружия в истории человечества. Сознание своей причастности к величайшему злу современности терзало выдающегося ученого до конца жизни. Очень интересно узнать, какой он – ГЕНИЙ – человек и ученый. Целью данной работы является изучение жизни, деятельности и открытий гениального ученого Альберта Эйнштейна. Задачи: рассмотреть историю жизни Альберта Эйнштейна; изучить историю научной деятельности ученого; проанализировать вклад теории относительности Альберта Эйнштейна в развитие физики; найти интересные факты из жизни ученого; раскрыть философские взгляды ученого. 1. ЖИЗНЬ И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА 1.1. ДЕТСТВО ГЕНИЯ Альберт Эйнштейн появился на свет в 1879 году в небольшом баварском городке Ульме. Его отец Герман Эйнштейн владел небольшим предприятием и постоянно находился на грани разорения. Мать Паулина была одарённой пианисткой и привила сыну любовь к музыке. Маленький Альберт не был вундеркиндом. Трёхлетний ребёнок не мог произнести ни слова, и родители уже смирились с тем, что сын отстаёт в развитии. Каково же было их изумление, когда в один прекрасный день мальчик заговорил, демонстрируя словарный запас взрослого человека! С раннего детства Эйнштейн глубоко анализировал каждое событие, молча, не посвящая окружающих в ход своих мыслей. Он подмечал вещи, о которых дети его возраста даже не задумывались. Так сказывалась склонность к научным занятиям. В школе преподаватели считали его ленивым, медлительным и малоспособным. «Из вас, Эйнштейн, никогда ничего путного не выйдет», - говорил учитель немецкого. «Нерадивый» школьник любил читать научно-популярные книги и занимался самообразованием. Однажды он самостоятельно изучил школьный курс евклидовой геометрии. Будучи интровертом, юный Эйнштейн с жадностью читал научные и философские книги. Такие сочинения, как «Естественнонаучные книги для народа» 3 Аарона Бернштейна и «Космос» Александра фон Гумбольдта, не только заменяли Альберту скучные школьные уроки, но и оказали решающее влияние на его дальнейшие интересы. Труд Бернштейна 10-летний Энштейн прочёл, «не переводя дыхания». Учёный описывал интереснейшие опыты и анализировал физические феномены: магнитим, свет, электричество. В студенческие годы самообразование стало излюбленным методом молодого учёного [7]. 1.2. ГОДЫ УЧЕБЫ В 11 лет Эйнштейн начал посещать мюнхенскую гимназию, элитное учебное заведение. Там, как и в немецкой армии, процветала палочная дисциплина. Учителя злоупотребляли властью и требовали от учащихся полного подчинения. Альберт ненавидел тиранию и коллективные занятия, поэтому наставники, которые с хлыстом в руках выстраивали учеников в ряды, вызывали у него отвращение. Он так и не смог приспособиться к школьным порядкам. Когда Альберту исполнилось 15 лет, его отец разорился, и семья переехала в Италию, а юный гений остался в Мюнхене, чтобы завершить образование. Однако и у него были веские причины покинуть страну. Альберт ненавидел гимназию и хотел избежать военной повинности, обязательной в Германии с 16-ти лет. Поэтому спустя год после отъезда семьи Энштейн присоединился к ней в Италии. Родители были удивлены, что Альберт бросил гимназию за год 1 до получения аттестата, но сын заверил их, что сможет самостоятельно подготовиться в цюрихское Высшее техническое училище (Политехникум). В то время Альберт хотел стать инженером. 16-летний Альберт пытался поступить в цюрихский Политехникум и провалился. Однако преподаватели отметили обширные знания Эйнштейна в области естественных наук и математики, и пообещали, что в следующем году его примут без экзаменов, на основании оценок в аттестате зрелости. Так Альберт оказался в Кантональной школе Швейцарского города Аарау. 17-летний мечтатель твёрдо решил посвятить свою жизнь физике и в 1896 году поступил в престижный Политехникум. Не смотря на громкое имя учебного заведения и современной лаборатории, Альберт был весьма разочарован. Оказалось, что большинство профессоров совсем не следят за научным прогрессом. Поэтому Эйнштейн часто прогуливал лекции, а на лабораторных занятиях читал журналы, где публиковались новейшие теории. Во время учёбы в Политехникуме Альберт познакомился со своей будущей женой. Талантливая сербка Милева Марич была единственной девушкой среди студентов. Общие научные интересы быстро сблизили молодых людей. Отношение и карьера молодой пары учёных складывались весьма непросто. Родители Альберта были против их брака. Милева не сразу сдала выпускные экзамены, а Альберт долгое время испытывал денежные затруднения. Получив в 1900 году диплом преподавателя физики, он в течение двух лет перебивался случайными заработками. В 1902 году по рекомендации друзей он занял место эксперта в Швейцарском патентном бюро в Берне. Полгода спустя Альберт женился на Милеве, получившей к этому времени диплом. 1.3. ЖИЗНЬ И ОТКРЫТИЯ В БЕРНЕ Работая в патентном бюро, Эйнштейн получил определённый социальный статус и довольно высокую зарплату. В это время у супружеской пары родился первый сын Ганс Альберт. Впоследствии Эйнштейн считал бернский период самым счастливым и стабильным в своей жизни. В обязанности учёного входила оценка технических характеристик изобретений, что занимало не более 10-ти минут, у Эйнштейна оставалось достаточно времени для собственных исследований. Когда учёного просили показать его лабораторию, он отвечал: «Единственное, что необходимо для мысленного эксперимента, это ручка и лист бумаги». «Мысленный эксперимент» стал уникальным методом Альберта Эйнштейна. 1905 год стал для мировой науки годом чудес. В течение 100 дней Эйнштейн 4 опубликовал три гениальные теории. Вначале появилось исследование по молекулярной физике, затем теория фотоэлектрического эффекта, а вслед за ней – знаменитая теория относительности [7]. Теории Эйнштейна были поистине эпохальными открытиями. Он утверждал, что единственная постоянная величина в природе это скорость света в вакууме, а время и пространство относительны. Смелое заявление опровергало законы Ньютона, бывшие в то время общепризнанные. Авторитетный физик Макс Планк первым открыл имя Альберта Эйнштейна мировому научному сообществу, поэтому его ожидала блестящая карьера. Спустя 4 года после публикации он был назначен профессором теоретической физики Цюрихского университета. 1.4. ПУТЕШЕСТВИЯ Когда в 1919 году наблюдения, сделанные во время затмения Солнца, подтвердили теорию относительности, Эйнштейн стал одним из самых известных людей планеты. Он стал получать приглашения из разных концов света. Учёный путешествовал по Европе, Америке, Латинской Америке и Азии. Эйнштейн придавал большое значение международным научным связям. Многочисленные поездки Эйнштейна имели не только чисто научные, но и общественно-политические цели. Став первым представителем немецкой науки, выступившим в Париже после войны, он принял приглашение французской стороны в интересах взаимопонимания между двумя народами. Мечтая о мировом правительстве, Эйнштейн считал себя истинным гражданином мира. В 1923 году Эйнштейн посетил Японию. Пробовал различные блюда, участвовал в народных празднествах, познакомился с культурой. Особенно ему понравился город Хиросима, в уничтожении которой он впоследствии считал себя виновным. В феврале 1919 года Эйнштейн развёлся с Милевой Марич. Разлад между супругами начался уже в 1911 году, когда Эйнштейн стал профессором Немецкого университета в Праге. Милева, не желая жить на чужбине, оставила Альберта и вернулась в Цюрих. Альберт же, находясь в Германии, встретил двоюродную сестру Эльзу и влюбился. Они поженились спустя четыре месяца после его развода. Альберту тогда исполнилось 40, а Эльзе – 43 года. В 1921 году Эйнштейн получил Нобелевскую премию. Любопытно, что высокой награды была удостоена не известная в самых широких кругах теория относительности, а открытие законов фотоэффекта. 1.5. БЕГСТВО ИЗ ГЕРМАНИИ В 1920-е годы в Берлине началась кампания против Эйнштейна, который был в то время действительным членом Прусской академии наук. Выступления и нападки учёныхантисемитов велись под благовидным предлогом критики теории относительности. Эйнштейна обвиняли в плагиате, саморекламе и научной несостоятельности. Стоит отметить, что развязанная травля встретила молчаливую поддержку властей. Во время зарубежных поездок до учёного дошли слухи о готовящемся покушении на его жизнь. После прихода к власти Гитлера в 1933 году оставаться в Германии стало небезопасно, и Эйнштейн бежал в США. Все его вещи и документы, оставшиеся в Германии, были разграблены и уничтожены, а летний дом конфискован в пользу государства. Эйнштейн заявил о своём выходе из Прусской академии наук и отказался от прусского гражданства [7]. После бегства в Америку Эйнштейн изменил свои пацифистские взгляды. Он вынужден был признать, что «дьявольскую силу нацизма можно победить только силой». 1.6. ПИСЬМО ПРЕЗИДЕНТУ В сентябре 1939 года к Эйнштейну приехал венгерский физик Лео Сцилард с письмом к президенту Франкину Рузвельту. «Возможно, Германия попытается создать 5 атомную бомбу. Жизненно необходимо их опередить», - говорилось в этом письме. Рузвельт быстро отреагировал на письмо учёных. В Лос-Аламосской национальной лаборатории, в пустыне штата Нью-Мексико, началась работа над проектом «Манхеттен» по созданию атомного оружия. Проект «Манхеттен» был запущен, и даже капитуляция Германии в 1945 году не остановила работу над бомбой. Эйнштейн, знавший об этом, был серьёзно обеспокоен. Спустя два месяца после разгрома нацистов Лео Сцилард снова приехал к учёному, но на этот раз с посланием, целью которого было предотвратить атомную бомбардировку Японии. Эйнштейн подписал его, не раздумывая. Но Рузвельт не прочитал это письмо, т.к. внезапно умер. 6 августа 1945 года, находясь в своём доме, в Принстоне, Эйнштейн услышал по радио, что Америка сбросила бомбу на японский город Хиросиму. До конца дней он чувствовал огромную вину за то, что был причастен к созданию смертоносного оружия, направленного против любимого им народа. 1.7. МУЗЫКА В ЖИЗНИ УЧЕНОГО Физика и музыка… Эти две, на первый взгляд, противоположные сферы встретились в творчестве гениального ученого. Альберт начал учиться играть на скрипке в 6 лет и с тех пор никогда не расставался с ней. Он повсюду находил партнеров для совместного музицирования и выкраивал в своем насыщенном графике время для любительских концертов. Эйнштейн размышлял над сложнейшими вопросами физики, играя на скрипке. Когда не получались научные эксперименты, а исследования не приводили к ожидаемым результатам, он обращался к музыке. На вопрос, что для него значит смерть, он отвечал: «Значит, я не смогу больше слушать Моцарта» [7]. 1.8. ПОСЛЕДНИЕ ГОДЫ Американским приютом Эйнштейна стал университетский городок в штате НьюДжерси. Учёного навещали именитые гости: индийский поэт Рабиндранат Тагор, физики Нильс Бор и Ирэн Жолио-Кюри, английский математик и философ Бертран Джавахарлал Неру. В этот период Эйнштейн, по его словам, «делил своё время между политикой и уравнениями». После бомбардировки Хиросимы он был одержим идеей мирового правительства, которое могло бы предотвратить атомную войну, регулируя отношения между народами. Этот проект учёного не осуществился. Последние годы жизни Эйнштейн пытался создать универсальную теорию, которая объединила бы все феномены Вселенной. В конце жизни Эйнштейн страдал серьёзным заболеванием сердца. Весной 1955 года 76-летний учёный был помещён в госпиталь. Чувствуя близкий конец, он попросил карандаш и бумагу: «мне надо сделать ещё кое-какие расчёты»,- объяснил Эйнштейн. Несколько дней спустя, 18 апреля 1955 года, гениальный учёный-физик и гражданин мира скончался в палате принстонского госпиталя, т.к. учёный запретил проводить траурные церемонии, его прах был развеян по ветру. 2. НАУЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА Первые статьи Альберта Эйнштейна посвящены молекулярной физике. В процессе исследований он создал теорию броуновского движения, о существовании которого, по его собственным словам, тогда не знал. Первая его статья появилась в 1905 году в «Annalen der Physiks», посвящённая квантовым свойствам света. В том же томе была опубликована знаменитая работа Эйнштейна «К электродинамике движущихся сред», содержащая основы специальной теории относительности (СТО). Эти статьи обессмертили имя их автора. В 1907 году учёный создал квантовую теории теплоёмкости [3]. В 1908 году Эйнштейн стал приват-доцентом в Берне, в 1909 году – экстраординарным профессором в Цюрихе, расставшись, наконец, с бюро патентов. В 1911 году он занимает 6 профессорскую должность в Праге. После Праги – вновь Цюрих, где он становится профессором Высшей технической школы. С 1914 года Эйнштейн работает в Берлине. Здесь он создал общую теорию относительности (ОТО), к этому же времени относится его совместный с де Гаазом знаменитый опыт по исследованию молекулярных токов Ампера. В 1921 году Альберту Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия. После установления власти нацистов в Германии ученый был вынужден покинуть страну и уехать в США, где он работал в Принстонском институте перспективных исследований. Начиная с 1917 года работы А. Эйнштейна посвящены космологии и единой теории поля. Только сейчас, уже в наше время, достигнуты определённые успехи в этом направлении. Так называемое «великое объединение» - теоретическая модель, исходящая из представлений о единой природе сильного, слабого, электромагнитного и гравитационного взаимодействия находится в процессе создания. У Эйнштейна не было того огромного экспериментального и теоретического материала, которым располагает физика сегодня. Главная работа ученого по теории относительности носит название «К электродинамике движущихся сред». Однако содержание этой статьи шире, чем её название. В ней предложен новый подход к проблеме пространства и времени. Этот подход, по Эйнштейну относится не только к электродинамике – с его помощью можно описать все физические явления. Именно этим различаются подходы А.Эйнштейна и Лоренца, Лармора, Пуанкаре. Конечно, Пуанкаре ближе всех подошёл к пониманию принципа относительности. Однако он полагал вполне возможным отказ от него при наличии новых экспериментальных факторов. Эйнштейн понял, что принцип относительности – закон той же абсолютной силы, что и закон сохранения энергии. С этой точки зрения опыты, преследующие цель опровергнуть теорию относительности, равносильны попыткам построить вечный двигатель. Здесь очень ясно изложены идеи теории относительности: равноправие систем отсчета и постоянство скорости света в любых системах отсчета. Следует отметить, что эта работа, как и все ранние работы Эйнштейна, изложена так, что нет ссылок на статьи предшественников, в том числе Майкельсона и Лоренца. Сам Эйнштейн говорил, что он много думал над проблемой теории относительности еще с 16-летнего возраста, и эти размышления, а не достижения предшественников, определили успех его работы. Первая часть статьи «К электродинамике движущихся сред» - кинематическая. Она описывает метод синхронизации пространственно разделённых часов с помощью световых сигналов, который приводит к определению понятий «время» и «одновременность» [3]. Затем вводятся постулаты: принцип относительности; принцип постоянства скорости света. Исходя из них, А.Эйнштейн получает относительность длин и относительность одновременности, а также преобразования Лоренца. Далее им было получено сокращение масштабов, замедление хода часов и закон сложения скоростей. Во второй части статьи Эйнштейн нашел уравнения преобразования компонент электрического и магнитного полей, аберраций и установленного австрийским ученым Х. Доплером (1803-1853) эффекта зависимости частоты колебаний, воспринимаемых наблюдателем, от скорости движения наблюдателя и источника (эффект Доплера). В следующем томе «Annalen der Physiks» была опубликована заметка А.Эйнштейна, где он впервые указывает на связь массы и энергии: E=mc2 Этот результат был получен А.Эйнштейном при рассмотрении излучения. Затем, уже в 1906 году, с помощью мысленного эксперимента, используя понятие светового давления, Эйнштейн окончательно получил это великое соотношение. Подтверждение высказанных Эйнштейном идей было выполнено целым рядом исследований, среди которых отметим М.Планка, В.Кауфмана, изучавших зависимость массы быстро движущихся электронов от скорости; Поля Ланжевена – одного из первых адептов СТО; Г.Айвса, Г.Стивела и Г.Отинга, наблюдавших квадратичный эффект Доплера. Сам Эйнштейн продолжал совершенствовать теорию относительности. В 1907 году вышла его статья «О принципе относительности и его следствиях». Она уже изобилует ссылками на Лоренца и Майкельсона. Здесь впервые опубликованы полученные автором преобразования, отражающие инвариантный характер электромагнитного поля. 7 Чрезвычайно важное теоретическое значение имеет установленное соотношение между инертной массой и энергией, предсказывающее возможность получения атомной энергии. В данной статье ученый заложил основы общей теории относительности. В 1911 году А. Эйнштейн развил общую теорию относительности для однородных полей тяготения. Это позволило предсказать ряд специфических эффектов ОТО: искривление луча света вблизи тяготеющей массы (например, Солнца); изменение частоты света под действием поля тяготения (красное смещение линий в спектре излучения звезды); временную прецессию орбиты спутника вблизи большой тяготеющей массы (планеты Меркурий вблизи Солнца или, ещё лучше, движения в системе двойных пульсаров). В рамках развитой ОТО можно говорить по крайней мере о ещё двух выводах, которые сложно было понять во времена Эйнштейна, но сейчас они выдвинулись в главные понятия метафизики. Речь идёт, прежде всего, о чёрных дырах – астрофизических объектах, обладающих столь высоким тяготением, что их поверхность не могут покинуть даже световые кванты. Существование чёрных дыр – важнейшее следствие ОТО. Другое её следствие – существование гравитационных волн и гравитонов (квантов гравитационного поля) [3]. В дальнейшем существование большинства обсуждаемых эффектов было подтверждено экспериментально: искривление светового луча (1919 г.), красное гравитационное смещение (1925 г.), в 70-е годы XX века были открыты астрофизические объекты, состоящие из двух нейтронных звезд (пульсаров), вращающихся вокруг общего центра тяжести. Исследования двойных пульсаров позволяют косвенным образом зафиксировать предсказанные Эйнштейном гравитационные волны, которые пока никаким другим способом не удается обнаружить. 3. ВКЛАД ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ АЛЬБЕРТА ЭЙНШТЕЙНА В РАЗВИТИЕ ФИЗИКИ В начале XX века физика пережила две революции – появление теории относительности и «рождение» квантовой механики, что в совокупности кардинально изменило старые представления и взрастило новую науку об устройстве мира. Благодаря Эйнштейну, соединившему пространство, время и материю, получилось, что все, что мы видим и воспринимаем в нашем мире, зависит от выбранной точки наблюдения и скорости перемещения по отношению к изучаемому объекту [2]. В 1905 году в немецком журнале «Annalen der Physik» появилась самая знаменитая в XX веке научная работа по физике – статья Альберта Эйнштейна «К электродинамике движущихся тел», излагающая основные принципы теории относительности. Эта теория получила название специальной теории относительности – СТО. При этом, слово «относительность» означает как раз абсолютность и неизменность скорости света и основных законов природы для наблюдателей в разных системах отсчета. В этой части Эйнштейн вполне солидарен с Галилеем, который утверждал, что никакие физические измерения, например, в трюме парусного корабля не позволят определить, стоит корабль на якоре или равномерно плывет при попутном ветре. Стало быть, нет абсолютного движения тел, есть только относительное – по отношению к другим телам или системе отсчета. В физике Ньютона и Галилея время было единым для всех систем отсчета. СТО отвергла, казалось бы, естественный взгляд на мир: «пространство – отдельно, время – отдельно». Вместо этого она рассматривает единое четырехмерное пространствовремя: три обычные пространственные координаты плюс время. Многое из того, что ранее представлялось абсолютным, в СТО начало зависеть от движения наблюдателя – это и пространственные размеры тел, и промежутки времени, и понятие одновременности. Кроме этого, с момента появления СТО скорость света в пустоте стала мировой константой, не зависящей ни от движения источника, ни от перемещения наблюдателя. По Эйнштейну получалось так, что скорость света – не просто ни от чего не зависящая мировая константа, это еще и предельная скорость, с которой могут перемещаться любые материальные тела, информационные сигналы и физические поля. Таким образом, на 8 фундаментальном уровне сверхсветовое движение оказалось невозможным. Несмотря на все «странности» СТО на протяжении последнего столетия остается основой для описания огромной массы физических явлений. Без нее невозможно понять ни превращений элементарных частиц, ни ядерных реакций, ни строения небесных тел. Теория получает эффективное подтверждение как на любых масштабах – от ядерных до галактических, – так и в колоссальном диапазоне скоростей и энергий. При малых же скоростях СТО «переходит» в классическую механику Галилея–Ньютона – со свойственным ей сложением скоростей тел и единым для всех наблюдателей временем – пространством. С силой земного тяготения человек знаком с древнейших времен, однако понимание того, почему тела притягиваются друг к другу, пришло только в XX веке, когда Альберт Эйнштейн провозгласил, что все дело в том, что пространство и время искривляются под действием массы и все новейшие теории гравитации продолжают, а не опровергают постулаты Эйнштейна. Инертная масса, фигурирующая во втором законе Ньютона («ускорение равно силе, деленной на массу»), и гравитационная, показывающая, как тело реагирует на поле тяготения, - величины, по существу, разной физической природы. Эйнштейн понимал, что равенство инертной и гравитационной массы не может быть случайным совпадением и должно иметь глубокие причины. Универсальность действия гравитации на тела привела его к идее, ставшей основой ОТО (Общей теории относительности): гравитационное поле есть свойство самого пространства, причем свойство, меняющееся от точки к точке, ведь поле тяготения неоднородно, гравитация должна искривлять и искажать пространство. Так возникла идея кривизны физического пространства-времени. Простой образ гравитации как кривизны пространства – тяжелая гиря, продавливающая натянутый батут. Искажения его плоской поверхности отчасти передают суть – чем ближе к тяготеющему телу, тем сильнее искривление и круче наклон образующейся от гири «впадины» [2]. Как СТО не отменила механику Ньютона (пригодную на малых скоростях), так и ОТО не отменяет СТО, которая справедлива на любом маленьком «клочке» искривленного, но гладкого пространства – времени. Чем меньше размеры «клочка» по сравнению с радиусом кривизны пространства, тем точнее выполняется СТО и ее многочисленные следствия. Один из эффектов ОТО – действие гравитации на свет, приводящее к искривлению светового луча в поле небесного тела. По расчетам Эйнштейна, проходя рядом с Солнцем, световой луч должен отклониться на угол в 1,75 угловой секунды. Полное солнечное затмение 29 мая 1919 года дало ученым измерить этот эффект, фотографируя изображения звезд рядом с закрытым Луной солнечным диском и сличая полученные кадры с обычными ночными снимками того же участка звездного неба. На картинках с затмением звезды оказались чуть-чуть отодвинуты от края диска по сравнению с их ночными положениями. Угол отклонения варьировался, по данным разных наблюдателей, в пределах от 1,61 до 1,98 угловой секунды возле края диска, постепенно уменьшаясь по мере удаления от него. Таким образом, небо подтвердило правоту Эйнштейна! Это стало подлинным триумфом теории Эйнштейна, она подтвердилась на практике и до сих пор успешно проходит все экспериментальные тесты. Одним из универсальных эффектов, одинаковым для целого класса теорий, является так называемое гравитационное красное смещение. Суть его заключается в том, что фотон, удаляясь от тяготеющего центра, теряет энергию и перемещается в более длинноволновую часть спектра – «краснеет», а приближаясь к тяготеющему центру – «голубеет». В ОТО этот эффект связывается с замедлением хода часов: чем ближе они к источнику гравитационного поля, тем их ход медленнее. Проверен данный эффект как для фотонов (в 1965 году опыты с резонансным поглощением гамма-фотонов атомными ядрами) так и непосредственно для часов (сдвиги показаний атомных часов при полетах на самолетах). 9 Во второй половине XX века перед физиками ставилась амбициозная задача, которая выходила за рамки простого объединения электромагнитного и гравитационного полей – получить из единого поля заодно и характеристики тех немногих элементарных частиц, которые к тому времени были уже известны. Альберт Эйнштейн не только не остался в стороне от этих усилий, но и был явным лидером построения единой теории поля на основе ОТО, оставаясь таковым до конца жизни. По этому поводу один из создателей квантовой механики Вернер Гейзенберг в начале 1960-х сказал: «Это великолепная в своей основе попытка… Но в то самое время, когда Эйнштейн занимался единой теорией поля, непрерывно открывались новые элементарные частицы, а с ними – сопоставленные им новые поля. Вследствие этого для проведения эйнштейновской программы еще не существовало твердой эмпирической основы, и попытка Эйнштейна не привела к каким-либо убедительным результатам» … При этом, задача построения единой «теории всего на свете» остается центральной задачей теоретической физики на ближайшее будущее. 4. ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ ИЗ ЖИЗНИ ЭЙНШТЕЙНА Об интеллекте Однажды Альберта Эйнштейна спросили, в чем он видит основное различие между собственным интеллектом и интеллектом других людей. Он задумался ненадолго, а затем ответил: – Если люди ищут иголку в стоге сена, то большинство из них останавливаются, как только найдут ее. Но я продолжаю поиски, обнаруживая вторую, третью и, возможно, если мне очень повезет, даже четвертую и пятую иголку [8]. В гостях Когда Эйнштейн был в гостях у супругов Кюри, он заметил, сидя в гостиной, что на соседние с ним кресла никто не садится. Тогда он обратился к хозяину Жолио-Кюри: – Сядьте около меня, Фредерик! А то мне кажется, что я присутствую на заседании Прусской академии наук. Эдисон Эдисон однажды пожаловался Эйнштейну, что никак не может найти себе помощника. Эйнштейн поинтересовался, как он определяет их пригодность. В ответ Эдисон показал ему несколько листов с вопросами. Эйнштейн стал их читать: – Сколько миль от Нью-Йорка до Чикаго? – и ответил – Надо заглянуть в железнодорожный справочник. Он прочёл следующий вопрос: – Из чего делают нержавеющую сталь? – и ответил – Это можно узнать в справочнике по металловедению. Быстро просмотрев остальные вопросы, Эйнштейн отложил листки и сказал: – Не дожидаясь отказа, снимаю свою кандидатуру сам. Об открытиях Однажды на лекции Эйнштейна спросили, как делаются великие открытия. Он ненадолго задумался и ответил: – Допустим, что все о чем-то знают, что это невозможно сделать. Однако находится один невежда, который этого не знает. Он-то и делает открытие. Время и вечность Американская журналистка миссис Томпсон брала интервью у Эйнштейна: – Какая, на ваш взгляд, разница между временем и вечностью? – Дитя мое, если бы у меня было время, чтобы объяснить вам эту разницу, то прошла бы вечность, прежде чем вы ее поняли. Дождь Когда Эйнштейн был однажды в гостях, на улице начался дождь. Уходящему ученому хозяева предложили шляпу, но тот отказался: 10 – Зачем мне шляпа? Я знал, что будет дождь, и потому не взял свою шляпу. Ведь очевидно, что шляпа будет сохнуть намного дольше, чем мои волосы. Великий музыкант Однажды Альберт Эйнштейн и знаменитый виолончелист Григорий Пятигорский вместе выступали в благотворительном концерте. В публике сидел один молодой журналист, которому предстояло написать отчет о концерте. Он обратился с вопросом к одной из слушательниц: – Простите, Пятигорского мы все знаем, ну, а этот Эйнштейн, который выступает сегодня... – Боже мой, да неужели вы не знаете, это же великий Эйнштейн! – Да, конечно, благодарю, — смутился журналист и принялся что-то строчить в блокноте. На следующий день в газете появился отчет о выступлении Пятигорского вместе с Эйнштейном — великим музыкантом, несравненным скрипачом-виртуозом, который своей блистательной игрой затмил самого Пятигорского. Рецензия всех очень рассмешила, и особенно Эйнштейна. Он вырезал заметку и постоянно носил ее с собой, показывал знакомым и говорил: – Вы думаете, что я ученый? Нет, я знаменитый скрипач, вот кто я на самом деле! О великих мыслях Один бойкий журналист, держа в руках записную книжку и карандаш, спросил Эйнштейна: – Есть ли у вас блокнот или записная книжка, куда вы записываете свои великие мысли? Эйнштейн посмотрел на него и сказал: – Молодой человек! По-настоящему великие мысли приходят в голову так редко, что их нетрудно и запомнить. Чарли Чаплин Эйнштейн обожал фильмы Чарли Чаплина и с большой симпатией относился как к нему, так и к его трогательным персонажам. Однажды он послал Чаплину телеграмму: "Ваш фильм "Золотая лихорадка" понятен всем в мире, и я уверен, что Вы станете великим человеком. Эйнштейн". Чаплин ответил: "Я вами восхищаюсь еще больше. Вашу теорию относительности не понимает никто в мире, но Вы все-таки стали великим человеком. Чаплин". Protzenecke В конце 1936 года Бернское научное общество прислало Эйнштейну почетный диплом. Когда Эйнштейн получил этот документ, он воскликнул: – Его я непременно вставлю в рамку и повешу на стене — ведь они долго насмехались надо мной и моими идеями. Однако в Берн из Принстона он 4 января 1937 года отправил письмо со следующими словами: "Вы не можете себе представить, как я обрадован тем, что Бернское научное общество хранит обо мне добрую память. Это было послание из моей давно минувшей молодости. Вспомнились содержательные и уютные вечерние заседания и особенно профессор-терапевт Сали с его восхитительными комментариями к лекциям. Я сразу же вставил диплом в рамку, и это единственный из символов признания, который висит в моем кабинете, напоминая о Берне и старых друзьях. Прошу передать свою сердечную благодарность членам Общества и рассказать им, как высоко я ценю их доброту". Эйнштейн получал множество различных отличий, но он не вставлял их в рамки и не вешал на стену, а складывал их в дальний угол, который называл "уголком тщеславия" ("Protzenecke"). Популярность Свою общую теорию относительности Эйнштейн завершил в 1915 году, но мировая известность пришла к нему только в 1919 году, когда после обработки данных 11 наблюдений солнечного затмения Артур Эддингтон и другие английские ученые подтвердили предсказанный теорией эффект отклонения световых лучей в гравитационном поле. Никого тогда не волновал, да и сейчас мало кого интересует, тот факт, что этот эффект был подтвержден только качественно, а количественные оценки смещения светового луча почти на порядок отличаются от предсказанных теорией. Дело было в новизне самого эффекта. Сам же Эйнштейн отнесся к всемирной славе довольно спокойно и в рождественской открытке своему другу Генриху Зангеру писал: "Слава делает меня все глупее и глупее, что, впрочем, вполне обычно. Существует громадный разрыв между тем, что человек собою представляет, и тем, что другие о нем думают или, по крайней мере, говорят вслух. Но все это нужно принимать беззлобно". Достаточно коробка Эйнштейн был знаменит тем, что иногда делал записи на всем, что просто попадалось под руку (чтобы не упустить мысль). Как-то его супругу пригласили на открытие нового астрономического телескопа. После открытия ей устроили небольшую экскурсию. Гид, который проводил ее, указывая на телескоп заявил: – С помощью этого прибора мы открываем тайны вселенной! На что супруга Эйнштейна сказала: – Странно, а моему мужу для этого достаточно огрызка карандаша и коробка изпод спичек. 5. ЭЙНШТЕЙН – ФИЛОСОФ Альберт Эйнштейн был великолепным физиком, но люди называют его гением не только за это. Профессор Эйнштейн был философом, который понимал законы успеха и объяснял их также хорошо, как и законы физики. 1. Человек, который никогда не ошибался, никогда не пробовал сделать чтото новое. 2. Образование – это то, что остается после того, когда забываешь все, чему учили в школе. 3. В своем воображении я свободен рисовать как художник. Воображение важнее знания. Знание ограничено. Воображение охватывает весь мир. 4. Секрет творчества состоит в умении скрывать источники своего вдохновения. 5. Ценность человека должна определяться тем, что он дает, а не тем, чего он способен добиться. Старайтесь стать не успешным, а ценным человеком. 6. Есть два способа жить: вы можете жить так, как будто чудес не бывает и вы можете жить так, как будто все в этом мире является чудом. 7. Очень важно не перестать задавать вопросы. Любопытство не случайно дано человеку. 8. Жизнь отдельного человека имеет смысл лишь в той степени, насколько она помогает сделать жизни других людей красивее и благороднее. Жизнь священна; это, так сказать, верховная ценность, которой подчинены все прочие ценности. 9. Человек — это часть целого, которое мы называем Вселенной, часть, ограниченная во времени и в пространстве [8]. 10. Самое непостижимое в мире — то, что он постижим. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Жизненный путь Альберта Эйнштейна полон парадоксов. Когда он был ребенком, родители думали, что Альберт отстает в развитии. Гениальный физик в школе испытывал серьезные сложности. Ученый с мировым именем, гордость немецкой науки, был вынужден покинуть страну из-за преследования нацистов. Борец за мир косвенно способствовал изобретению атомной бомбы. Автор нескольких эпохальных открытий и 12 лауреат Нобелевской премии за работы в области оптики для большинства людей знаменит как создатель теории относительности. Эйнштейн не только выдающийся ученый, но и убежденный пацифист, он использовал свое огромное общественное влияние в благородной борьбе за мир. Ученый не дожил до эры космонавтики, однако именно он указал путь во Вселенную. Одним из любимых высказываний Эйнштейна было «Бог не играет в кости». Он был убежден, что ни одно из явлений природы не случайно, что миром правят определенные законы. Гениальный ученый понимал, что поиск скрытой Истины бесконечен. «Наука не является и никогда не будет являться законченной книгой», писал Альберт Эйнштейн. Вникая в историю жизни Альберта Эйнштейна, изучая различные источники страницу за страницей, мы не переставали удивляться, восхищаться, задумываться, открывать для себя все новые интересные факты из жизни этого гениального человека. В процессе работы над рефератом мы исследовали историю жизни и научной деятельности Альберта Эйнштейна (1 и 2 главы), затем проанализировали вклад ученого в дальнейшее развитие физики и астрономии (в 3 главе). В жизни ученого происходили интересные события, которые мы изложили в 4 главе, а также с большим интересом изучили философские взгляды великого ученого. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Абрамов Ю.А., Демин В.Н. 100 великих книг. – М.: Вече, 2001. – 480 с. 2. Бронников Кирилл. Постулаты относительного мира // Вокруг света. 2004. Апрель. С. 91-99. 3. Ильин В.А. История физики. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 272 с. 4. Колтун М. Мир физики. – М.: Дет.лит., 1984. – 271 с. 5. Томилин А.Н. В поисках первоначал. – Л.: Дет.лит., 1990. – 271 с. 6. Школьная энциклопедия «Руссика». Новейшая история. 20в. – М.: ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2003. – 640 с. 7. Эйнштейн//100 человек, которые изменили ход истории. 2008. №3. 8. http://www.albert-einstein.ru 13