Albert Einstein - Mirakelåret

Albert Einstein

Mirakelåret

På trods af at han havde et dagjob på patentkontoret, brugte Einstein meget af sin tid på at udvikle sine egne videnskabelige teorier. I 1905 var han klar til at præsentere sine teorier for verden. Han offentliggjorde fire videnskabelige artikler det år, der hver dækkede et andet emne, i en fysikdagbog kaldetAnnaler fra fysik. Disse papirer var banebrydende og udgjorde grundlaget for moderne fysik. Denne udbrud af videnskabelig opdagelse kaldes ofte 'Mirakelåret' af historikere.

Fotoelektrisk effekt og lys Quanta

Den første artikel, Einstein offentliggjorde i Mirakelåret, fik titlen 'På et heuristisk synspunkt vedrørende produktion og transformation af lys. ' Dette papir introducerede ideen om, at lys ikke var en kontinuerlig bølge, men var sammensat af pakker, som han kaldte quanta. Senere ville udtrykket 'fotoner' blive brugt til at beskrive Einsteins små lyspartikler.

Einstein trak ikke bare denne idé ud af luften, han udledte ideen fra aktuelle videnskabelige teorier og eksperimenter, der blev udført af andre fysikere. Max Plancks arbejde (Plancks Constant) samt eksperimentelt arbejde med den fotoelektriske effekt udført af Philipp Lenard havde stor indflydelse på Einsteins teori.

Tegning af den fotoelektriske effekt

Fotoelektrisk effekt
Kilde: Wikimedia Commons

Denne idé om, at der eksisterede lys i kvanta, blev oprindeligt afvist af det videnskabelige samfund, herunder de fleste af dagens store fysikere (selv Max Planck afviste denne hypotese). Det var først mange år senere, i 1919, da eksperimenter demonstrerede nøjagtigheden af Einsteins teori, at teorien om fotoner blev mere bredt accepteret. Da Einstein blev tildelt Nobelprisen i 1921, blev hans arbejde med den fotoelektriske effekt specifikt nævnt. I dag er fotonet en grundlæggende del af moderne fysik.

Brownsk bevægelse

Einsteins andet papir i 1905 var ikke så banebrydende som hans første, men viste sig stadig at være en vigtig milepæl i fysikens historie. Avisen havde titlen 'På bevægelse af små partikler suspenderet i en stationær væske, som krævet af den molekylære kinetiske teori om varme. '

I dette papir brugte Einstein den tilfældige bevægelse af molekyler til at forklare Brownian Motion i væske. Indtil dette tidspunkt havde forklaring af Brownian Motion i væske været en anstødssten i bestræbelserne på at bevise eksistensen af molekyler og atomer. Ved at bruge statistisk fysik var Einstein i stand til at forklare, hvordan de små tilfældige effekter af millioner af små molekyler kunne forårsage bevægelse af en større partikel (dvs. Brownian Motion). Dette papir beviste ikke kun eksistensen af molekyler og atomer, men demonstrerede også vigtigheden af statistisk fysik i videnskaben.

Farvekodet graf over Brownian Motion

Graf, der viser diffusion af brune partikler
Kilde: Nonequilibrium Statistical Thermodynamics

Særlig relativitet

Einsteins tredje papir fra 1905 fik titlen 'Om elektrodynamik i bevægelige kroppe. ' Dette papir blev senere kendt som Einsteins teori om særlig relativitet. Dette papir introducerede store ændringer i fysikens mekanik, da den relative hastighed mellem objekter nærmede sig lysets hastighed. Resultaterne af Einsteins teori introducerede flere banebrydende begreber, herunder ideen om, at tid, masse og rum ikke er konstant i forhold til objekter, der bevæger sig med forskellige hastigheder.

I avisen postulerede Einstein, at lysets hastighed dog altid var konstant. Det ændrede sig ikke baseret på observatørens og lyskildens relative hastighed. Derefter udforskede han ideen om samtidige begivenheder og konkluderede, at begivenheder, der syntes samtidig for en observatør, muligvis ikke synes at være samtidige for en anden observatør. I modsætning til mange videnskabelige artikler forklarede Einstein sin nye teori ved at beskrive tankeeksperimenter snarere end kompleks matematik. Han brugte eksemplet med en person, der rejste på et tog versus en, der stod på platformen, for at illustrere, hvordan hans teori fungerede.

Einstein hævdede også, at den mystiske 'æter', som forskere havde forsøgt at definere i hundreder af år, ikke eksisterede. Dette lyder måske ikke banebrydende i dag, men begrebet 'ether' var en vigtig idé i fysikken på det tidspunkt. At afvise ideen om 'æteren' var en dristig erklæring og ændrede fysikforløbet.

Portræt af Hendrik Lorentz

Einstein trak på den hollandske fysikers arbejde
Hendrik Lorentz i definitionen af særlig relativitet
Kilde: Det Kongelige Bibliotek

Mass-energi ækvivalens

Det sidste papir i Einsteins mirakelår fik titlen 'Er kroppens inerti afhængig af dets energiindhold?'Dette papir introducerede en af de mest berømte videnskabelige ligninger i historien: E = mc^to. Dette papir brugte nogle af de begreber, Einstein først foreslog i sin artikel om særlig relativitet. Det demonstrerede, at massen af et objekt er målingen for objektets energiindhold. Dybest set var masse og energi den samme ting.

Denne idé og Einsteins berømte ligning havde enorme implikationer. Ligningen viste, at selv en lille mængde masse indeholdt enorme mængder energi. Hvis du ser på Einsteins ligning, vil du se, at energi (E) er lig med massen (m) gange kvadratet af lysets hastighed (c). Lysets hastighed (c) er et konstant og et stort antal (ca. 300.000 km / sek eller 186.000 miles / sek). Så selv en lille mængde masse ganget med c^tovil være en masse energi. Denne idé førte til sidst til atombomben og atomenergien.

Einsteins berømte formel E = mc2
Forfatter: Derek Jensen

Interessant fakta

Einstein præsenterede også sin afhandling 'En ny bestemmelse af molekylære dimensionerI løbet af 1905 tjente han en doktorgrad i fysik fra Zürichs universitet.

Albert Einstein Biografi Indhold