Альберт Эйнштейн считается гением, и он считается одним из величайших мыслителей в мире. Хотя он не известен своими изобретениями, как Томас Эдисон или Никола Тесла, теории и идеи Эйнштейна, связанные с физикой, продолжают оказывать влияние и сегодня. Он провел большую часть своей жизни, исследуя свои теории относительности, исследуя пространство, время, материю и энергию.
Вспоминая об этом новаторском мыслителе, я хотел бы привести некоторые из наиболее значительных достижений и изобретений Альберта Эйнштейна.
Квантовая теория света
Эйнштейн предложил свою теорию света, утверждая, что весь свет состоит из крошечных пакетов энергии, называемых фотонами. Он предположил, что эти фотоны были частицами, но также обладали волновыми свойствами, что было совершенно новой идеей в то время.
Он также провел некоторое время, описывая эмиссию электронов из металлов, когда они были поражены большими электрическими импульсами, как молния. Он развил эту концепцию фотоэффекта, которую мы обсудим позже в этой статье.
Специальная Теория Относительности
В своих исследованиях Эйнштейн начал замечать несоответствия ньютоновской механики в их отношении к пониманию электромагнетизма, в частности уравнений Максвелла. В статье, опубликованной в сентябре 1905 года, он предложил новый взгляд на механику объектов, приближающихся к скорости света.
Эта концепция получила название специальной теории относительности Эйнштейна. Это изменило понимание физики в то время.
Понимание специальной теории относительности может быть немного трудным, но мы сведем его к простой ситуации.
Он начал с понимания того, что свет всегда движется со скоростью 300 000 км/С, и спросил, Что произойдет с нашими представлениями о пространстве и времени, если это так? Если вы стреляете лазером во что-то , движущееся со скоростью, равной половине скорости света, лазерный луч все еще сохраняет эту постоянную величину, и он не движется со скоростью, в полтора раза превышающей скорость света.
Таким образом, он понял, что либо наше измерение расстояния между объектами должно быть неправильным, либо время, необходимое для прохождения этого расстояния, было больше, чем ожидалось.
Эйнштейн понял, что ответ был и тем и другим. Пространство сжимается, а время расширяется по мере движения объектов. Он определил, что движение в пространстве можно также рассматривать как движение во времени. В сущности, пространство и время влияют друг на друга, будучи относительными понятиями по отношению к скорости света.
Число Авогадро
Для любого, кто прошел через химический класс, вы, вероятно, помните число Авогадро .
В то время как Эйнштейн работал над объяснением броуновского движения, беспорядочного движения частиц в жидкости, он также определил выражение для количества числа Авогадро в терминах измеримых величин.
Все это означало, что теперь у ученых был способ определить массу атома, или молярную массу для каждого элемента периодической системы.
Конденсат Бозе-Эйнштейна
В 1924 году Эйнштейну прислали статью от физика по имени Сатьендра Нат Бозе. В этой статье подробно обсуждался способ представления света как газа, наполненного неразличимыми частицами.
Эйнштейн работал с Бозе, чтобы распространить эту идею на атомы, что привело к предсказанию нового состояния материи: конденсата Бозе-Эйнштейна. Первый пример такого состояния был получен в 1995 году.
Конденсат Бозе-Эйнштейна-это, по существу, группа атомов, охлажденных очень близко к абсолютному нулю. Когда они достигают этой температуры, они почти не движутся относительно друг друга. Они начинают собираться вместе и входить в совершенно одинаковые энергетические состояния. Это означает, что с физической точки зрения группа атомов ведет себя так, как если бы они были одним атомом.
Общая теория относительности
В 1916 году Эйнштейн опубликовал свою Общую Теорию Относительности.
В данной работе обобщаются понятия специальной теории относительности и ньютоновского закона всемирного тяготения, описывающего гравитацию как свойство пространства и времени. Эта теория помогла нам понять, как устроена крупномасштабная структура Вселенной.
Общая Теория Относительности может быть объяснена следующим образом:
Ньютон помог количественно определить гравитацию между двумя объектами как притяжение двух тел, независимо от того, насколько массивны они или как далеко друг от друга.
Эйнштейн определил, что законы физики постоянны для всех неускоряющихся наблюдателей, что скорость света постоянна независимо от того, как быстро движется наблюдатель. Он обнаружил, что пространство и время переплетены и что события, происходящие в одно время для одного наблюдателя, могут происходить в другое время для следующего.
Это привело к его теории, что массивные объекты в космосе могут исказить пространство-время.
Предсказания Эйнштейна помогли современным физикам изучить и понять черные дыры и гравитационное линзирование.
Фотоэлектрический эффект
Теория фотоэффекта Эйнштейна рассматривает излучение электронов из металла, когда на него падает свет, как мы уже упоминали ранее. Ученые наблюдали это явление и не смогли согласовать его с максвелловской волновой теорией света.
Его открытие фотонов помогло понять этот феномен. Он предположил, что при попадании света на объект происходит испускание электронов, которые он считал фотоэлектронами.
Эта модель легла в основу работы солнечных элементов - свет заставляет атомы выделять электроны, которые генерируют ток, а затем создают электричество.
Корпускулярно-Волновой Дуализм
Исследования Эйнштейна в области развития квантовой теории были одними из самых впечатляющих, которые он когда-либо проводил. В начале своей карьеры Эйнштейн настойчиво утверждал, что свет следует рассматривать и как волну, и как частицу. Другими словами, фотоны могут вести себя как частицы и как волны одновременно. Это стало известно как корпускулярно-волновой дуализм.
Вот что он сказал по этому поводу: "мы столкнулись с новым видом трудностей. У нас есть две противоречивые картины реальности; по отдельности ни одна из них не объясняет полностью явления света, но вместе они объясняют."
Когда мы думаем обо всех "изобретениях" Эйнштейна, мы должны рассматривать их в свете влияния корпускулярно-волнового дуализма.
Какие выводы мы можем сделать?
Его работы продвинули современную квантовую механику, модель физического времени, понимание света, солнечных батарей и даже современной химии.
Эйнштейн однозначно повлиял на наше понимание физики в том виде, в каком мы ее знаем сегодня.