ЭЙНШТЕЙН Альберт — великий учёный, физик

ЭЙНШТЕЙН Альберт [ˈalbɐt ˈaɪ̯nʃtaɪ̯n](14 марта 1879  — 18 апр. 1955) — великий учёный, физик. Родился в г. Ульме (Германия) в семье инженера. С 14 лет поселился в Швейцарии. По окончании в 1900 Цюрихского политехникума был учителем сначала в г. Винтертуре, затем в г. Шафхаузенс. В 1902 получил место эксперта в федеральном патентном бюро в Берне, дававшее ему средства к существованию. Здесь Эйнштейн работал до 1909. На эти годы приходится первый, исключительно напряжённый плодотворный период его научной деятельности (создание специальной или частной теории относительности, квантовой концепции света, работы но теории броуновского движения и др.). Только в 1909 научные заслуги Эйнштейна получили официальное признание. Он становится профессором Цюрихского университета (1909—11), затем занимает кафедру теоретической физики немецкого университета в Праге (1911—12).

В 1912 Эйнштейн возвратился в Цюрих в качестве профессора Цюрихского политехникума.

В 1913 Эйнштейн был избран членом Прусской академии наук и в 1914 переехал в Берлин, где в течение ряда лет был директором физич. института и профессором Берлинского ун-та.

В 1907—16 Эйнштейн создал общую теорию относительности и тем завершил труд, составивший основное содержание его научного творчества. В этот же берлинский период своей деятельности Эйнштейн развивал далее квантовую теорию света.

За заслуги в области теоретической физики и особенно за открытие законов фотоэффекта Эйнштейн была присуждена Нобелевская премия за 1921.

С начала 1920-х гг. признание теории относительности в научном мире стало всеобщим; и в этот же период против этой теории в разных странах развернулась ожесточённая идеология, борьба со стороны некоторых  её противников, принявшая особенно острые формы в Германии после захвата власти фашистами. Нападки на теорию относительности со стороны идеологов национал-социализма переплетаются с травлей Эйнштейн как общественного деятеля — борца против милитаризма, и как еврея.

В 1933 Эйнштейн вынужден был покинуть Германию. Впоследствии в знак протеста против гитлеровских гонений он отказался от германского подданства и от звания члена Прусской академии наук и переехал в г. Принстон (США), где жил до своей смерти. Эйнштейн работал в Принстонском институте фундаментальных исследований. В этот период своей деятельности Эйнштейн занимался главным  образом дальнейшим обобщением теории относительности (единая теория поля, вопросы космологии). 

Работы по теории относительности

Главным научным достижением Эйнштейн является теория относительности, утвердившееся название которой недостаточно отражает широкое значение этой науки как теории пространства, времени и тяготения. Господствовавшие до Эйнштейн представления о пространстве и времени были сформулированы И. Ньютоном в конце 17 в. Эти представления не вступали в явное противоречие с фактами, пока развитие физики не привело к изучению движений, в которых скорости тол ѵ нельзя уже было считать пренебрежимо малыми по сравнению со скоростью света с. Когда стало невозможным пренебрегать величинами порядка ѵіс выяснилась неправильность, чрезмерная упрощённость ньютоновских представлений. Появление прямых экспериментальных фактов, которые противоречили классической физике (напр., Майкельсона опыт, см.), побудило Эйнштейн произвести полный пересмотр пространственно-временных представлений. В отличие от физиков, искавших выход из противоречий в конкретных свойствах электромагнитного поля, Эйнштейн объяснил эти факты, исходя из общих свойств пространства и времени. Он показал, в частности, что следствием этих свойств является изменение протяжённости тел и промежутков времени при изменении состояния движения тел. Специальная, частная теория относительности, предметом которой являются пространственно-временные соотношения при инерциальных, т. е. равномерных и прямолинейных движениях систем отсчёта (см.), была опубликована Эйнштейном в 1905 в почти законченном виде. Им были даны, в частности, новые законы движения, обобщающие законы движения Ньютона и сводящиеся к ньютоновым законам только в случае столь малых скоростей тел, что величинами порядка ѵ 1 1с і можно пренебречь.

Здесь же была дана теория оптич. явлений в движущихся телах. Эти явления в то время играли особую роль, поскольку в области таких явлений только и можно было достигнуть необходимой экспериментальной точности при изучении эффектов порядка ѵ‘!с 1 . В опубликованном в том же 1905 дополнении к упомянутой работе Эйнштейн показал, что масса тела пропорциональна запасённой в нём энергии. В настоящее время это свойство энергии и массы особенно ярко проявляется в процессе высвобождения внутриядерной энергии. Одно из основных положений специальной (частной) теории относительности утверждает полную равноправность всех инерциальных систем отсчёта. Тем самым отвергается существование абсолютного пространства и абсолютного времени, фигурирующих в ньютоновой физике. Оказывается, что лишь некоторое сочетание неразрывно связанных пространства и времени имеет абсолютный смысл. Математическим выражением этого т. н. принципа относительности является принцип ковариантности законов природы. Именно согласно теории относительности, все физические закономерности, имеющие объективное значение, сохраняют своё значение при переходе к любой системе отсчёта (в данном случае инерциальной), если в формулировке этих законов правильно учтены свойства пространства и времени. В рамках специальной теории относительности ковариантность законов природы можно рассматривать как отражение объективного свойства пространства и времени, к-рое можно назвать свойством однородности.

Следует отметить, что почти одновременно французский математик А. Пуанкаре (см.) опубликовал исследование, в котором он очень близко подошёл к специальной теории относительности и, в частности, тоже выдвинул и развил концепцию ковариантности (сохранения формы; законов при преобразованиях от одной инерциальной системы отсчёта к другой. В последующие годы частная теория относительности стала необходимым орудием физических исследований. Многочисленные, в том числе неожиданные, выводы частной теории относительности (напр., вывод об изменении хода часов) нашли полное подтверждение. Исключительно велика её роль в современной физике элементарных частиц, ядерных реакций и т. п.

После 1905 развитие специальной теории относи тельности сводилось к выработке более удобных математических средств (нем. учёный Г. Минковский) и к применению этой теории к многочисленным частным вопросам. Сам Эйнштейн перешёл к изучению пространственно-временных отношений в более общем случае, когда изменение системы отсчёта не сводится к переходу из одного инерциального движения в другое, а носит произвольный характер, и к распространению на этот случай принципа ковариантности законов природы. Эйнштейн обратил внимание на то, что существует полная эквивалентность между переходом из инерциальной системы в систему, прямолинейно, но не равномерно движущуюся, с одной стороны, и появлением нового поля тяготения — с другой.

Эта эквивалентность выражается т. н. принципом эквивалентности (см. Тяготение). Поэтому проблема ковариантности неизбежно переплетается с проблемой тяготения (гравитации). К 1916 Эйнштейн создал общую теорию относительности, основанную на соединении принципа эквивалентности и принципа относительности. Она является релятивистской теорией тяготения. Здесь пространство — время уже не являются однородными. Эйнштейн показал, что в присутствии тел, создающих поле тяготения, метрика, т. е. количественные меры пространства и времени, иные, чем в отсутствии этих тел. Переход к другой системе отсчёта, движущейся, напр., прямолинейно, но неравномерно, т. е. не инерциально, эквивалентный введению некоторого нового поля тяготения, соответственно также меняет пространственную метрику. Известно, что еще русский математик Н. И. Лобачевский в 1-й половине 19 в. высказал утверждение, что метрика реального пространства может обладать подобными отклонениями от обычно принимавшейся эвклидовой метрики, и пытался экспериментально найти подобные отклонения.

В теории Эйнштейн найдена физическая причина этого отклонения, дано его математическое выражение и, в частности, показано, что подобные отклонения в метрике реального пространства нельзя рассматривать в отрыве от соответствующего изменения времени. Т. о., теория пространства, времени и тяготения Эйнштейн показывает их взаимную неразрывную связь. Вместе с тем в общей теории относительности отнюдь не всякое тяготение может быть полностью сведено к кинематическому эффекту. Уравнения поля тяготения общей теории относительности определяют как метрику пространства и времени, так и законы движения тел, являющихся источниками поля. Однако отклонение метрики от эвклидовой и законов движения от ньютоновых может проявиться лишь в достаточно сильных гравитационных полях, при достаточно больших массах тел, какие встречаются лишь в астрономии. Соответственно в астрономии и особенно в космологии общая теория относительности находит главное применение. Общая теория относительности сразу, без привлечения каких-либо гипотез, объяснила аномальное поведение орбиты планеты Меркурий, к-рое оставалось непонятным с точки зрения ньютоновой механики.

Она предсказала два эффекта (отклонение луча в поле тяготения Солнца и смещение спектральных линий для излучения атомов, находящихся в поле тяготения), которыс впоследствии были обнаружены. В настоящее время просматриваемая телескопами область Вселенной включает столь большую массу небесных тел,что роль общей теории относительности в космологии становится исключительно большой. Развитие общей теории относительности в трудах самого Эйнштейн и его сотрудников было связано с попытками построения т. н. единой теории поля, в к-рой электромагнитное поле должно было бы быть столь же органически соединено с метрикой пространства и времени, как поле тяготения. Эти попытки окончились неудачей. С другой стороны, с большим успехом шло применение общей теории относительности к космологии, проблемам. Работы по квантовой теории. принадлежит весьма важная роль в создании основ квантовой теории.

В этой области до Эйнштейн первый шаг был сделан немецким физиком М. Планком, который в 1900, исходя из законов испускания теплового излучения телами, показал, что элементарные излучатели — атомы — могут отдавать свою энергию электромагнитному полю, в частности световому, т. е. излучать свет и поглощать его только дискретными порциями. Однако до Эйнштейн никто не предполагал, что световое поле представляет собой совокупность элементарных световых полей фотонов или квантов света, независимо излучённых телами и независимо же поглощаемых ими. Эйнштейн ввёл представление о дискретной, квантовой структуре поля излучения и на этой основе сразу объяснил целый ряд физических явлений (законы фотоэффекта, люминесценции, фотохимия, закономерности). В отличие от частной теории относительности, исключительно логически стройной и завершённой, квантовая концепция света, опубликованная в том же 1905, носила характер смелой и плодотворной эвристической идеи. Противоречие между квантовой структурой и волновой природой света нашло разрешение только после создания в 1925—28 последовательной квантовой механики и квантовой электродинамики (см.). После создания фотонной теории света Эйнштейн продолжал с успехом развивать квантовую теорию. В частности, ему принадлежит концепция индуцированного испускания света (1917).

Именно Эйнштейн показал, что вероятность испускания фотона возбуждённым атомом существенно зависит от количества таких фотонов, уже имеющихся вблизи атома. Он был первым, кто распространил (1907) идеи квантовой теории на физич. процессы, не связанные непосредственно со светом. Рассмотрев тепловые колебания атомов в твёрдом толе и приняв во внимание квантовый характер приобретения и потери энергии атомами, объяснил понижение теплоёмкости твёрдых тел при понижении температуры. В области статистической физики следует прежде всего отметить весьма важную работу Эйнштейн, опубликованную в 1905. Эта работа, посвящённая броуновскому движению (см.), устанавливала связь между этим явлением и диффузией. Здесь была дана молекулярно-статистическая теория, которая впоследствии послужила прообразом всех последующих молекулярно-статистических теорий различных флюктуационных процессов. Кроме того, эта теория открыла пути для новых экспериментальных работ (французского учёного Ж. Перрена и др.), которые не только подтвердили все выводы теории Эйнштейн, но и дали неоспоримые подтверждения атомистической структуры вещества. Впоследствии к статистическим проблемам были применены закономерности квантовой теории.

Так возникла т. н. квантовая статистика (см.), в развитии и обосновании к-рой роль Эйнштейн весьма велика (см. Возе—Эйнштейна статистика). Ряд работ Эйнштейн посвящён тепловым колебаниям в жидкостях и их влиянию на рассеяние света. Он предсказал и совместно с голландским физиком В. де Хаазом экспериментально обнаружил эффект изменения механического момента при намагничении тела (см. Эйнштейна — де Хааза эффект). Значение деятельности Эйнштейн в истории науки определяется, во-первых, тем, что специальная теория относительности и квантовая теория света являются основой всей современной физики, основой для исследования атома, ядра и т. н. элементарных частиц, а общая теория относительности — основой для изучения космология, проблем.

Во-вторых, изменение представлений о пространстве, времени, тяготении и их взаимной связи имеет глубокое методологическое, философское значение. Оно означает переход от упрощённо-механистических ньютоновских представлений, сводившихся к тому, что пространство и время рассматривались не как форма существования материи, а сами по себе, в отрыве друг от друга и от материи, к последовательно материалистическим воззрениям.

Наконец, в-третьих, появление частной теории относительности оказало революционизирующее влияние на характер развития физики. До Эйнштейн в естествознании почти безраздельно господствовало механистическое представление о неизменности установленных законов. Идея о том, что экспериментальное проникновение в новую область явлений может привести к установлению принципиально новых воззрений и коренным образом изменить понимание прежних, была чужда естествоиспытателям. В настоящее время эта точка зрения стала в физике необходимой. Философские взгляды Эйнштейн никогда не высказывались им в сколько-нибудь последовательной форме. Он, в особенности в первый период своей деятельности, несомненно, находился под сильным влиянием позитивизма, и соответствующие формулировки проникли в его работы.

Однако впоследствии ряд его материалистических высказываний навлёк на него со стороны представителей позитивизма упрёки в «непоследовательности». Труды Эйнштейн сохраняют своё глубоко прогрессивное научное значение независимо от тех или иных высказываний такого рода. По масштабу переворота, совершённого Эйнштейном, его часто сравнивают с Ньютоном. В. И. Ленин назвал Эйнштейн одним из «великих преобразователей естествознания». Общественная, прежде всего антивоенная, деятельность Эйнштейна особенно развернулась начиная с 1920-х гг. Здесь следует отметить такие факты, как его совместное с М, Горьким, А. Барбюсом и Р. Ролланом участие в антивоенной борьбе начала 1930-х гг., его многочисленные высказывания против использования атомной энергии в военных целях и т. п. Эйнштейн был избран членом научных обществ и учреждений многих стран; в 1927 — почётным членом Академии наук СССР.