Альберт Эйнштейн часто упоминается как один из самых влиятельных ученых 20-го века. Его работа продолжает помогать астрономам изучать все: от гравитационных волн до орбиты Меркурия.
Уравнение ученого, которое помогло объяснить особую относительность - E = mc ^ 2 - известно даже среди тех, кто не понимает его основную физику. Эйнштейн также известен своей теорией общей теории относительности (объяснение гравитации) и фотоэлектрическим эффектом (который объясняет поведение электронов при определенных обстоятельствах); его работа над последним принесла ему Нобелевскую премию по физике в 1921 году.
Ранние годы
Эйнштейн родился 14 марта 1879 года в Ульме, Германия, городе, население которого сегодня составляет чуть более 120 000 человек. Есть небольшая памятная доска, где раньше стоял его дом (он был разрушен во время Второй мировой войны). Семья переехала в Мюнхен вскоре после его рождения, а затем в Италию, когда его отец столкнулся с проблемами в ведении собственного бизнеса. Отец Эйнштейна, Герман, управлял электрохимическим заводом, а его мать Полина заботилась об Альберте и его младшей сестре Марии.
Эйнштейн написал бы в своих мемуарах , что два «чуда» глубоко повлиял на его ранние года, по словам Ханс-Йозеф Küpper, на ученый Альберт Эйнштейн. Молодой Эйнштейн столкнулся со своим первым чудом - компасом - в 5 лет: он был озадачен тем, что невидимые силы могут отклонить иглу. Это привело бы к пожизненному увлечению невидимыми силами. Второе чудо пришло в 12 лет, когда он обнаружил книгу геометрии, которой он поклонялся, назвав ее «священной книгой геометрии».
Вопреки распространенному мнению, молодой Альберт был хорошим учеником . Кюппер написал в своей статье, что он преуспел в физике и математике , но был более «умеренным» учеником по другим предметам. Тем не менее, Эйнштейн восстал против авторитарного отношения некоторых из своих учителей и бросил школу в 16 лет. Позднее он сдал вступительный экзамен в Швейцарскую федеральную политехническую школу в Цюрихе, и хотя его результаты по физике и математике были отличными, его оценки в школе другие области были на низком уровне, и он не сдал экзамен. Начинающий физик прошел дополнительные курсы, чтобы восполнить пробел в своих знаниях, и был принят в Швейцарский политехникум в 1896 году, а в 1901 году получил диплом по преподаванию физики и математики.
Однако Эйнштейн не смог найти должность преподавателя и начал работать в патентном бюро Берна в 1901 году, согласно его биографии Нобелевской премии. Именно там, между анализом патентных заявок, он разработал свою работу в специальной теории относительности и других областях физики, которые впоследствии сделали его знаменитым.
Эйнштейн женился на Милеве Марич, его давней любви из Цюриха, в 1903 году. Их дети, Ганс Альберт и Эдуард, родились в 1904 и 1910 годах. (Судьба ребенка, родившегося у них в 1902 году до их брака, Лизерля, неизвестна .) Эйнштейн развелся с Маричем в 1919 году и вскоре после этого женился на Эльзе Левенталь. Левенталь умерла в 1933 году.
Основные моменты карьеры
Карьера Эйнштейна отправила его в несколько стран. Он получил докторскую степень в Цюрихском университете в 1905 году, а затем занял должности профессора в Цюрихе (1909), Праге (1911) и Цюрихе снова (1912). Затем он переехал в Берлин, чтобы стать директором Физического института кайзера Вильгельма и профессором Берлинского университета (1914). Он также стал гражданином Германии.
Основная проверка работы Эйнштейна пришел в 1919 году, когда сэр Артур Эддингтон, секретарь Королевского астрономического общества, возглавил экспедицию в Африку , что измерял положение звезд во время полного солнечного затмения. Группа обнаружила, что положение звезд было смещено из-за изгиба света вокруг Солнца. (В 2008 году постановка BBC / HBO драматизировала историю в « Эйнштейне и Эддингтоне ».)
Эйнштейн оставался в Германии до 1933 года, когда к власти пришел диктатор Адольф Гитлер. Затем физик отказался от немецкого гражданства и переехал в Соединенные Штаты, чтобы стать профессором теоретической физики в Принстоне. Он стал гражданином США в 1940 году и вышел на пенсию в 1945 году.
Эйнштейн оставался активным в физическом сообществе в течение его более поздних лет. В 1939 году он классно написал письмо президенту Франклину Рузвельту, предупреждая, что уран может быть использован для атомной бомбы.
В конце жизни Эйнштейна он вступил в серию частных дискуссий с физиком Нильсом Бором о справедливости квантовой теории . Теории Бора провели день, и Эйнштейн позже включил квантовую теорию в свои собственные расчеты.
Мозг Эйнштейна
Эйнштейн умер от аневризмы аорты 18 апреля 1955 года. По данным Американского музея естественной истории (AMNH), возле его сердца лопнул кровеносный сосуд . Когда его спросили, хочет ли он сделать операцию, Эйнштейн отказался. «Я хочу идти, когда хочу», - сказал он. «Безвкусно продлевать жизнь искусственно. Я сделал свое дело; пора идти. Я сделаю это элегантно».
Тело Эйнштейна - большая часть его, так или иначе - было кремировано; его пепел был распространен в нераскрытом месте, согласно AMNH. Тем не менее, доктор в больнице Принстона, Томас Харви, сделал вскрытие, по-видимому, без разрешения, и удалил мозг Эйнштейна и глазные яблоки, по словам Мэтта Блитца, который писал о мозге Эйнштейна в колонке 2015 года для Today I Found .
Харви нарезал сотни тонких срезов мозговой ткани, чтобы поместить их на предметные стекла микроскопа, и сделал несколько снимков мозга с нескольких точек зрения. Он взял с собой ткани мозга, слайды и изображения, когда переехал в Уичито, штат Канзас, где он работал медицинским руководителем в лаборатории биологических испытаний.
В течение следующих 30 лет Харви отправил несколько слайдов другим исследователям, которые их просили, но оставил остаток мозга в двух стеклянных банках, иногда в ящике для сидра под охладителем пива. История мозга Эйнштейна была в значительной степени забыта до 1985 года, когда Харви и его коллеги опубликовали результаты своих исследований в журнале Experimental Neurology .
Харви не сдал экзамен на компетентность в 1988 году, и его медицинская лицензия была аннулирована, пишет Блиц. В конце концов, Харви пожертвовал мозг больнице Принстона, где началось его путешествие. Харви умер в 2007 году. Части мозга Эйнштейна сейчас находятся в Музее Мюттера в Филадельфии.
Что нашли исследования
Авторы исследования Харви 1985 года сообщили, что мозг Эйнштейна имел большее количество глиальных клеток (тех, которые поддерживают и изолируют нервную систему) на нейроны (нервные клетки), чем другие исследованные ими мозги. Они пришли к выводу, что это может указывать на то, что нейроны имеют более высокую метаболическую потребность - иными словами, клеткам мозга Эйнштейна требовалось и использовалось больше энергии, поэтому он мог обладать такими передовыми способностями мышления и концептуальными навыками.
Тем не менее, другие исследователи указали на некоторые проблемы с этим исследованием, по словам Эрика Х. Чадлера , невролога из Вашингтонского университета. Во-первых, например, все остальные мозги, использованные в исследовании, были моложе мозга Эйнштейна. Во-вторых, у «экспериментальной группы» был только один субъект - Эйнштейн. Необходимы дополнительные исследования, чтобы увидеть, обнаруживаются ли эти анатомические различия у других людей. И в-третьих, изучалась только небольшая часть мозга Эйнштейна.
Другое исследование, опубликованное в 1996 году в журнале Neuroscience Letters , показало, что мозг Эйнштейна весил всего 1230 грамм, что меньше среднего мозга взрослого мужчины (около 1400 грамм). Кроме того, кора головного мозга ученого была тоньше, чем у пяти контрольных мозгов, но плотность нейронов была выше.
Исследование, опубликованное в 2012 году в журнале «Мозг», показало, что мозг Эйнштейна имел дополнительное свертывание в сером веществе , месте сознательного мышления. В частности, лобные доли, области, связанные с абстрактным мышлением и планированием, имели необычайно сложное складывание.
Научное наследие Эйнштейна
Наследие Эйнштейна в физике имеет большое значение. Вот некоторые из ключевых научных принципов, которыми он руководствовался:
Теория специальной теории относительности : Эйнштейн показал, что физические законы одинаковы для всех наблюдателей, если они не находятся под ускорением. Однако скорость света в вакууме всегда одинакова, независимо от того, с какой скоростью движется наблюдатель. Эта работа привела к его осознанию того, что пространство и время связаны с тем, что мы сейчас называем пространством-временем. Таким образом, событие, замеченное одним наблюдателем, может также быть замечено в другое время другим наблюдателем.
Теория общей теории относительности : это была переформулировка закона гравитации. В 1600-х годах Ньютон сформулировал три закона движения, среди которых излагаются принципы работы гравитации между двумя телами. Сила между ними зависит от того, насколько массивным является каждый объект, и как далеко друг от друга объекты. Эйнштейн определил, что, думая о пространстве-времени, массивный объект вызывает искажения в пространстве-времени (например, положить тяжелый шар на батуте). Гравитация проявляется, когда другие объекты падают в «колодец», созданный искажением в пространстве-времени, подобно мрамору, катящемуся к большому шару. Общая теория относительности прошла недавнее серьезное испытание в 2019 году в эксперименте с участием сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.
Фотоэлектрический эффект : работа Эйнштейна в 1905 году предложила рассматривать свет как поток частиц (фотонов), а не только одну волну, как это обычно считали в то время. Его работа помогла расшифровать любопытные результаты, которые ученые ранее не смогли объяснить.
Единая теория поля : Эйнштейн провел большую часть своих последних лет, пытаясь объединить области электромагнетизма и гравитации. Он был неудачным, но, возможно, опередил свое время. Другие физики все еще работают над этой проблемой.
Наследие Эйнштейна для астрономии
Есть много приложений работы Эйнштейна, но вот некоторые из наиболее заметных в астрономии:
Гравитационные волны . В 2016 году Лазерная обсерватория гравитационных волн интерферометра (LIGO) обнаружила пространственно-временную рябь, известную также как гравитационные волны, которая возникла после столкновения черных дыр на расстоянии около 1,4 миллиарда световых лет от Земли. LIGO также сделал начальное обнаружение гравитационных волн в 2015 году, спустя столетие после того, как Эйнштейн предсказал, что эта рябь существует. Волны являются гранью теории относительности Эйнштейна.
Орбита Меркурия: Меркурий - маленькая планета, вращающаяся вокруг очень массивного объекта относительно его размера - Солнца. Его орбиту нельзя было понять, пока общая теория относительности не показала, что искривление пространства-времени влияет на движения Меркурия и изменение его орбиты. Существует небольшая вероятность того, что в течение миллиардов лет Меркурий может быть выброшен из нашей солнечной системы из-за этих изменений (с еще меньшей вероятностью того, что он может столкнуться с Землей).
Гравитационное линзирование : это явление, при котором массивный объект (например, галактическое скопление или черная дыра) огибает его. Астрономы, смотрящие на эту область через телескоп, могут затем видеть объекты непосредственно за массивным объектом из-за изогнутого света. Известным примером этого является Крест Эйнштейна, квазар в созвездии Пегас : галактика на расстоянии около 400 миллионов световых лет излучает свет квазара так, что он появляется четыре раза вокруг галактики.
Черные дыры .В апреле 2019 года телескоп Event Horizon показал первые в мире изображения черной дыры . Фотографии снова подтвердили несколько аспектов общей теории относительности, включая не только то, что существуют черные дыры, но также и то, что у них есть круговой горизонт событий - точка, в которой ничто не может уйти, даже свет.
