Zpět na seznam článků     Číst komentáře (16)     Verze pro tisk

Trochu o moderní fyzice - část 5. - Albert Einstein

Autor: sukovanej   
24.7.2013

Albert Einstein je největší osobností 20. století. Pomineme-li Newtona, bývá často označován i za největšího vědce vůbec. V tomto krátkém článku se podíváme na jeho politický a profesní život, slovo padne i na jeho úžasné práce z roku 1905 a jeho vztah ke kvantové mechanice.


Mládí

Einstein se narodil 14. března 1879 v německém Ulmu, v židovské rodině Hermanna a Pauline Einsteinových. V roce 1885 se museli přestěhovat do Mnichova. Otec zde měl údajně elektrotechnickou firmu, která se zabývala výrobou dynam. Traduje se, že byl Einstein fascinován vědou již od útlého dětství. Jednou, když byl s otcem, nechal ho zabavit se s jednoduchým kompasem. Einsteina fascinovala střelka, která se sama za působení nějaké neviditelné síly pohybovala v prázdném prostoru. Školní docházku započal na katolické škole a krátce poté začal navštěvovat hodiny houslí. Od 12-ti let se začal aktivněji věnovat přírodním vědám. V této době již vynikal nad ostatními studenty. Hlavním impulzem ke studiu byla neustálá podpora od jeho strýce a o 10 let staršího přítele a studenta medicíny Maxe Almunda, se kterým se seznámil ve svých 11 letech. Ti ho zásobovali vědeckými knihami a dávali mu k vyřešení různé matematicko-fyzikální problémy. Jednou ho prý strýc na týden zaměstnal odvozováním Pythagorovy věty.

V Mnichově byl Einstein ve svých 10-ti letech přijat na zdejší gymnázium. Co se studia týče, neměl žádné problémy. Rozčiloval ho ale způsob výuky a mechanické učení bez vlastního pochopení. Říká se, že jednou dokonce po svém učiteli hodil židlí!

Pouze dvě věci jsou nekonečné. Vesmír a lidská hloupost, u té první si tím však nejsem tak jist.

Vysoká škola a práce

O neoficiální a neúspěšný start na vysoké škole se Albert pokusil potom, co se rodina kvůli krachu otcovi firmy musela přestěhovat do Pavie. Tehdy se patnáctiletý Einstein pokusil se svolením komise o přijetí na prestižní vysokou školu polytechnickou v Curychu (ETH). U přijímacích zkoušek dopadl sice na výbornou z přírodovědných předmětů, ale propadl u ostatních. Bylo mu doporučeno doplnit si vzdělání. Začal tedy studovat na Kantonální škole v Aarau a v roce 1896 zde odmaturoval. Téhož roku byl již na ETH přijat. Zde během studií potkal svoji budoucí manželku Milevu Maričovou. Einstein ETH dokončil v roce 1900. Po dokončení vysoké školy nemohl Albert najít žádné učitelské místo na vysokých školách. Z velké části to bylo kvůli jeho „mladické drzosti a nerozvážnosti“. Během studií ho dokonce jeden z profesorů označil jako „línou veš“. Nutno říci, že v pozdějších letech, kdy získal Einstein svoji slávu, se mu zmíněný profesor omluvil.

V roce 1902 mu otec nakonec pomohl získat práci na patentovém úřadě. Einstein zde posuzoval patentové přihlášky s vynálezy. Čas od času dokonce návrhy vylepšoval či opravoval. Díky tomu, že pro něho byla práce procházka růžovým sadem, měl mnoho dalšího času, aby mohl uvažovat nad různými fyzikálními problémy.

Rodina

V lednu 1902 se Einsteinovi a Milevě narodilo nemanželské dítě, dcera Liserl. Na nátlak Alberta ho Mileva odjela porodit a dát k adopci do Srbska. Liserl tam po porodu pravděpodobně zemřela na záškrt. V lednu roku 1903 se Einstein s Milevou oženil. Byl to nejen osobní vztah mezi manželi, ale také partnerství mezi dvěma vědci. Mileva byla totiž matematička a Einstein ji později označil jako „bytost, která je mu rovná a která je tak silná a nezávislá, jako on já“. V roce 1904 se Milevě a Albertovi narodil syn Hans Albert. V témže roce získal také práci v patentovém úřadu nastálo.

Zázračný rok

Rok 1905 se stal zlomovým rokem ve světě fyziky. Einstein dokázal v období 12-ti měsíců sepsat čtyři revoluční články, které nakonec pohnuly celým světem fyziky.

V článku O heuristickém hledisku dotýkajícím se vznikem a přeměnou světla použil Einstein Planckovu hypotézu o kvantování energie k vysvětlení fotoelektrického jevu. Do té doby, než této teorie Einstein využil, ji všichni (včetně Maxe Plancka !) považovali za pouhý matematický pokus, který „shodou okolností funguje“. Fotoelektrický jev tkví v tom, že při působení světelného záření na povrch kovu jsou z něho uvolňovány elektrony a to potom způsobuje vlastnosti, kterých lze využít například při výrobě fotorezistorů a dalších elektrosoučástek. Einstein potom říká, že za předpokladu, že přijmeme existenci jakýchsi světelných kvant (dnes známých jako fotony), můžeme fotoelektrický efekt vysvětlit tak, že světelná kvanta narážejí na povrch kovu a vyrážejí z valenčního pásu jeho atomů elektrony.

Na tehdejší dobu to byl velmi kontroverzní popis, neboť byl obecně přijat vlnový charakter světla díky práci J. C. Maxwella. Byl to ovšem také jakýsi první krůček k tzv. částicově-vlnovému dualismu, který později rozvinul Louis de Broglie.

V článku O pohybu - potřebném pro molekulární kinetickou teorii tepla - malých částic umístěným v klidné kapalině Einstein vysvětlil Brownův pohyb. Nemálo fyziků a chemiků se právě díky tomuto článku konečně utvrdilo a přijalo do té doby neověřenou představu o atomech a molekulách. Einstein tedy článkem vysvětlil nejen všem teoriím odolný Brownův jev ale i způsob jak dokázat existenci atomů.

Článek označený jako O elektrodynamice pohybujících se těles by dnes snad každý poznal podle jméno Speciální teorie relativity. Článku předcházela celá řada pokusů v čele s Michelsonovým pokusem. Tyto pokusy ukazovali, že rychlost světla by měla být stejná pro všechny pozorovatele v různě se pohybujících inerciálních vztažných soustavách. To bylo podle Newtonovské fyziky („klasické fyziky“) nemožné a nepřijatelné. Einstein v teorii stanovil dva postuláty – princip relativity a konstantnost rychlosti světla. Na jejich základě a s využitím rovnic Henrika Lorenze (1903) odvodil a vysvětlil jevy jako dilatace času nebo kontrakce důlek. Teorie ovšem nabízí vysvětlení pouze pro systémy pohybující se konstantní rychlostí a označení Speciální jí bylo přiděleno až po objevení Obecné teorie relativity, která vysvětluje i pohyb soustav při zrychleném pohybu.

V posledním článku Závisí setrvačnost tělesa na jeho energii? Einstein odvodil známý vzorec E = mc2. Tato rovnice udává ekvivalenci mezi energií a hmotou. Vzhledem ke čtverci rychlosti světla ve vakuu (mám na mysli velikost této hodnoty – 2997924582) můžeme lehce nahlédnout, že i nepatrné množství hmoty obsahuje neuvěřitelné množství vnitřní energie. Toho bylo nakonec bohužel využito při konstrukci jaderných zbraní a Einstein později vyřkl, že by tento vzorec býval raději neobjevil. V průběhu války dokonce posílal dopisy do USA, kde varoval před tím, že Německo začalo vyvíjet vlastní jaderný program.

V době, kdy články psal, pracoval Einstein ještě pořád na patentovém úřadě. To trochu zkomplikovalo cestu při publikaci článků. Naštěstí se články dostali do rukou Maxu Planckovi, který dokázal posoudit kvalitu a podstatu článku a ty nakonec po dlouhé prodlevě byly publikovány v časopise Annalen der Physik. Od roku 1907 se stal Max Planck dokonce vydavatelem tohoto časopisu.

Na cestě k obecné relativitě

Díky pracím z roku 1905 se Einstein dostal do povědomí tehdejší vědecké společnosti. V roce 1909 byl pozván na shromáždění fyziků, kde zdůraznil částicově-vlnový dualismus. V roce 1911 se stal profesorem na Pražské univerzitě. Rok předtím - 28. 7. 1910 - se mu narodil druhý syn Eduard. V roce 1914 se usadil v Berlíně a stal se členem Pruské akademie věd. V roce 1915, v roce, který převrátil celou fyziku naruby, se mu podařilo dokončit jeho Obecnou teorii relativity.

Láska je pro smysl člověka složitější než matematika, mnohdy s neřešitelnými příklady.


V listopadu 1915 začal Einstein přednášet o své teorii. Zajímavé bylo, že během této doby ještě pořád neznal přesně rovnice, o které se jeho teorie bude opírat. Paradoxem také bylo, že hledanou tenzorovou rovnicí nakonec byla jedna, kterou si kdysi dávno zapsal na papír a poté založil do šuplíku. Obecná teorie relativity vysvětlovala gravitaci ne jako sílu, ale jako zakřivení ve čtyřrozměrném prostoročasu (o času jako o čtvrtém rozměru se začal bavit kolem roku 1912). Již zde tedy nešlo používat Minkowského časoprostor jako ve speciální relativitě, ale muselo se využít diferenciální geometrie, ke které v 19. století velkou měrou přispěl Bernhard Riemann a dnes je po něm pojmenována Riemannova geometrie, která se v OTR používá.

V dalším bodě nezbývalo než teorii potvrdit experimentem. Einstein nakonec přišel s nápadem, že poloha hvězdy pohybující se blízko slunce se nám díky ohybu paprsku v blízkosti slunce bude jevit jiná, než ve skutečnosti je. Stačilo tedy pouze vyfotit hvězdu a potom poměřit vzhledem k ostatním hvězdám. Pokud by odklon spočtený Einsteinem pomocí Obecné relativity souhlasil s fotografií, jistě by to teorii potvrdilo. Fotit takto hvězdu ovšem v reálu nešlo, protože sluneční svit nám vidět ve dne jakékoli hvězdy nedovolí. Jedinou možností bylo zatmění slunce, kdy lze vidět okolní hvězdy a navíc se museli pozorovat jen ze specifických míst na zemi. Teorie nakonec musela čekat dlouhou dobu do roku 1919, než mohla být potvrzena. Tato prodleva ovšem byla štěstím v neštěstí. Einstein totiž první výpočet odklonu paprsku provedl chybně a kdyby první probíhající měření proběhlo bez problémů a porovnalo se s Einsteinovou předpovědí, byla by nalezena neshoda, což by celou teorii znehodnotilo. Později si ale Einstein chybu uvědomil a opravil ji, takže poslední měření s předpovědí sedělo.

V roce 1921 odcestoval Einstein do New Yorku, kde přednášel své nové teorie. V témže roce mu také byla udělena Nobelova cena za fyziku. Paradoxní (ovšem ne nepředpokládatelné) bylo, že cenu nedostal za Obecnou teorii relativity, ale za vysvětlení fotoefektu. Bylo to zřejmě z toho důvodu, že Obecná teorie relativity byla v té době moc kontroverzní a obecně špatně ověřitelná, než aby za ni mohl být oceněn. Albert Einstein je ale jinak známý hlavně díky této teorii.

Albert Einstein a kvantová mechanika

Po vytvoření Nové kvantové teorie vznikla i tzv. Kodaňská interpretace kvantové mechaniky. Byla to interpretace, která měla pravděpodobností charakter a využívala statistické matematiky. Einstein ji ale právě pro tento pravděpodobnostní přístup zavrhoval. Vhledem k tomu, že logické a deterministické hledání mu přineslo výsledky u Teorie relativity, domníval se, že i zde se touto cestou může dostat k výsledkům. Notoricky známa je jeho věta „On nehraje kostky.“, kde slovem On míní boha čili nějakou všemohoucí sílu vesmíru. Tuto větu zmínil v dopise, který psal Maxu Bornovi v roce 1926.

Do konce svého života se Einstein snažil sjednotit gravitaci a elektromagnetismus ve své Zobecněné teorii relativity. Tuto teorii nakonec nedokončil. Einstein bohužel předběhl dobu a během toho, co on se snažil objevit dnešní „Teorii všeho“, ostatní vědci se zabývali Novou kvantovou mechanikou, která sklízela samé úspěchy. Einstein byl dokonce označen za „šíleného vědce“, protože sám pokračoval v bádání, úplně od oddělen od zbytku fyzikálního světa.

Albert Einstein opustil svět 18. 4. 1955 v Princetonu. V pozdějších letech byl jeho mozek důkladně analyzován a bylo zjištěno, že jedna jeho část je větší a díky tomu měl rozvinutější vizuální představivost a matematické myšlení.

A citát nakonec

Inteligentní lidé se snaží problémy řešit, geniální se je snaží nedělat!


Líbil se Vám článek?
Budeme potěšeni, pokud vás zaujme také reklamní nabídka

Social Bookmarking

     





Hodnocení/Hlasovalo: 1.46/13

1  2  3  4  5    
(známkování jako ve škole)