בסוף האלף, עולם הפיזיקה המגזין ערך משאל בו הם שאלו 100 ממובילי הפיזיקאים המובילים בעולם שנחשבו לעשרת המדענים הגדולים בכל הזמנים. מעבר להיותו המדען המפורסם ביותר שאי פעם חי, אלברט איינשטיין הוא גם שם ביתי, שם נרדף לגאונות ויצירתיות אין סופית.
כמגלה היחסות המיוחדת והכללית, איינשטיין עשה מהפכה בהבנתנו את הזמן, המרחב והיקום. תגלית זו, יחד עם התפתחות מכניקת הקוונטים, הביאה למעשה את עידן הפיזיקה הניוטונית והולידה את העידן המודרני. בעוד ששתי המאות הקודמות התאפיינו בכבידה אוניברסאלית ובמסגרות התייחסות קבועות, איינשטיין עזר להיכנס לעידן של חוסר וודאות, חורים שחורים ו"פעולה מפחידה מרחוק ".
חיים מוקדמים:
אלברט איינשטיין נולד ב- 14 במרץ 1879 בעיר אולם, אז חלק מממלכת וירטנברג (כיום המדינה הגרמנית הפדרלית באדן-וירטמברג). הוריו היו הרמן אינשטיין (איש מכירות ומהנדס) ופולין קוך, שהיו יהודים אשכנזים לא שומרי מצוות - קהילה מורחבת של יהודים דוברי יידיש שחיו בגרמניה ובמרכז אירופה.
בשנת 1880, כשהיה רק בן שישה שבועות, משפחתו של אינשטיין עברה למינכן, שם הקימו אביו ודודו אלקטרוטכניקה פאבריק ג'יי איינשטיין וסיי (חברה שייצרה ציוד חשמלי על בסיס זרם ישר). בשנת 1894 נכשלה חברת אביו והמשפחה עברה לאיטליה בזמן שאינשטיין נשאר במינכן כדי להשלים את לימודיו.
חינוך:
בשנת 1884 למד אלברט איינשטיין בבית ספר יסודי קתולי, שם נשאר עד שנת 1887. באותה תקופה הוא העביר לגימנסיה לויטפולד, שם קיבל את השכלתו המתקדמת בבית הספר היסודי והתיכוני. אביו קיווה שאיינשטיין ילך בדרכו ויעבור להנדסת חשמל, אבל איינשטיין התקשה בשיטות ההוראה של בית הספר, והעדיף כיוון עצמי על פני למידה ברוטו.
זה היה בביקורו אצל משפחתו באיטליה בשנת 1894, איינשטיין כתב מאמר קצר בשם "על חקירת מדינת האתר בשדה מגנטי" - שהיה הפרסום המדעי הראשון שלו. בשנת 1895, איינשטיין עשה את בחינת הכניסה לפוליטכניקה הפדרלית השוויצרית בציריך - הידועה כיום בשם Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ציריך ETH).
למרות שהוא לא עמד בכל הדרישות, הוא השיג ציונים יוצאי דופן בפיזיקה ומתמטיקה. בעצת מנהל בית הספר הפוליטכני של ציריך, למד בבית הספר הקנטונלי הארגובי באראו, שוויץ, כדי לסיים את לימודיו התיכוניים. זאת עשה בין השנים 1895-96, בעת שהות עם משפחתו של פרופסור.
בספטמבר 1896 הוא עבר את בחינת היציאה השוויצרית עם ציונים טובים בעיקר, כולל ציונים בכירים בפיזיקה ובמקצועות מתמטיים. אם כי רק בן 17, הוא נרשם לתכנית ללימודי לימודי מתמטיקה ופיזיקה בארבע שנים במכללה הפוליטית של ציריך. שם הוא פגש את אשתו הראשונה והעתידה, מילווה מאריץ ', אזרחית סרבית והאישה היחידה מבין ששת התלמידים במחלקת המתמטיקה והפיזיקה.
השניים יתחתנו בשנת 1904 ונולדו להם שני בנים, אך יתגרשו עד שנת 1919 לאחר שהתגוררו בנפרד במשך חמש שנים. לאחר מכן התחתן אינשטיין בשנית, הפעם לדודנו אלזה לוונטל - איתה הוא נשאר נשוי עד מותה בשנת 1939. זה היה גם בתקופה זו שאיינשטיין המשיך בהישגיו המדעיים הגדולים ביותר.
הישגים מדעיים:
בשנת 1900 הוענק איינשטיין את תעודת ההוראה הפוליטכנית של ציריך. לאחר לימודיו בילה קרוב לשנתיים בחיפוש אחר תפקיד הוראה ורכש את אזרחותו השוויצרית. בסופו של דבר, בעזרת אביו של חברו ועמיתו מרסל גרוסמן, איינסטן הבטיח עבודה במשרד הפדרלי לקניין רוחני בברן. בשנת 1903, תפקידו הפך לקבוע.
חלק גדול מעבודתו של איינשטיין במשרד הפטנטים היה קשור לשאלות על העברת אותות חשמליים וסנכרון חשמלי-מכני של זמן. בעיות טכניות אלה יופיעו שוב ושוב בניסויי המחשבה של איינשטיין, ובסופו של דבר הובילו אותו למסקנותיו הרדיקליות לגבי אופי האור והקשר הבסיסי בין מרחב לזמן.
בשנת 1900 פרסם מאמר שכותרתו "Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen"(" מסקנות מתופעות הקיבולת "). בהסתמך על תיאוריית הכבידה האוניברסלית של ניוטון, הוא הציע במאמר זה כי התיאוריה כי האינטראקציות בין כל המולקולות הן פונקציה אוניברסאלית של מרחק, באנלוגיה לכוח הכבידה ההפוך. בהמשך יתברר שזה לא נכון, אך פרסום העיתון ביוקראנאלן דר פיזיק (כתב העת לפיזיקה) זכה לתשומת לב מהעולם האקדמי.
ב- 30 באפריל 1905 סיים איינשטיין את עבודת הגמר שלו תחת עינו הפקוחה של פרופסור אלפרד קליינר, הפרופסור לפיזיקה ניסיונית של האוניברסיטה. עבודת המחקר שלו - שכונתה "קביעה חדשה של ממדים מולקולריים" - זיכתה אותו בתואר דוקטור באוניברסיטת ציריך.
באותה שנה, בפיצוץ של אנרגיה אינטלקטואלית יצירתית - מה שמכונה שלו "Annus mirabilis" (שנת נס) - איינשטיין פרסם גם ארבעה מאמרים פורצי דרך על האפקט הפוטואלקטרי, תנועה בראונית, יחסיות מיוחדת ושוויון המוני והאנרגיה, דבר שיביא אותו לידיעת הקהילה המדעית הבינלאומית.
בשנת 1908 התמנה למרצה באוניברסיטת ברן. בשנה שלאחר מכן, לאחר שנתן הרצאה בנושא אלקטרודינמיקה ועקרון היחסות באוניברסיטת ציריך, אלפרד קליינר המליץ עליו לפקולטה לפרופסורה חדשה שנוצרה בפיזיקה תיאורטית. איינשטיין מונה לפרופסור חבר ב -1909.
באפריל 1911, איינשטיין הפך לפרופסור מן המניין באוניברסיטת צ'רלס-פרדיננד בפרק, שהיה אז חלק מהאימפריה האוסטרו-הונגרית באותה תקופה. בתקופתו בפראג הוא כתב 11 יצירות מדעיות, מתוכן 5 על מתמטיקה קרינה ועל תורת הקוונטים של מוצקים.
ביולי 1912 חזר לשוויץ ולציריך ETH, שם לימד על מכניקה אנליטית ותרמודינמיקה עד 1914. במהלך תקופתו ב- ETH ציריך, הוא למד גם מכניקת רצף, ותיאוריה מולקולרית של חום ובעיית הכבידה. בשנת 1914 הוא חזר לגרמניה ומונה למנהל מכון הקיסר וילהלם לפיזיקה (1914–1932) ופרופסור באוניברסיטת הומבולדט בברלין.
עד מהרה הפך לחבר באקדמיה הפרוסית למדעים, ובשנים 1916 עד 1918 כיהן כנשיא האגודה הגופנית הגרמנית. בשנת 1920 התמנה לחבר זר באקדמיה המלכותית להולנד המלכותית למדעים, ונבחר לחבר זר בחברה המלכותית (ForMemRS) בשנת 1921.
סטטוס פליטים:
בשנת 1933 ביקר אינשטיין בארצות הברית בפעם השלישית. אך בניגוד לביקורים קודמים - שם ערך סדרות והופעות של הרצאות - בהזדמנות זו הוא ידע שלא יוכל לחזור לגרמניה, בגלל עליית הנאציזם תחת אדולף היטלר. לאחר שביצעו פרופסור ביקור בחודשיים השלישי באוניברסיטאות אמריקאיות, הוא ואשתו אלזה נסעו לאנטוורפן שבבלגיה במרץ 1933.
עם הגעתם, כאשר נודע להם כי פשטו על הקוטג 'שלהם על ידי הנאצים וסירת המפרש האישית שלהם הוחרמה, וינשטיין ויתר על אזרחותו הגרמנית. חודש לאחר מכן היו עבודותיו של איינשטיין בין העבודות שכוונו על ידי צריבות הספרים הנאצים, והוא הוצב ברשימה של "אויבי המשטר הגרמני", כשעל ראשו עולה סכום של 5000 דולר.
בתקופה זו הפך איינשטיין לחלק מקהילה גדולה של גרמנים ויהודים לשעבר בבלגיה, שרבים מהם היו מדענים. בחודשים הראשונים הוא שכר בית בדה האן בבלגיה, שם התגורר ועבד. הוא גם הקדיש את עצמו לסייע למדענים יהודים לברוח מרדיפות ורצח בידי הנאצים.
ביולי 1933 הוא נסע לאנגליה בהזמנתו האישית של חברו וקצינת חיל הים המפקד אוליבר לוקר-למפסון. כשהיה שם, הוא נפגש עם חבר הפרלמנט דאז, ווינסטון צ'רצ'יל וראש הממשלה לשעבר לויד ג'ורג ', וביקש מהם לסייע בהוצאת מדענים יהודים מגרמניה. לדברי היסטוריון אחד, צ'רצ'יל העביר את הפיזיקאי פרדריק לינדמן לגרמניה כדי לחפש מדענים יהודים ולהציב אותם באוניברסיטאות הבריטיות.
בהמשך פנה איינשטיין למנהיגי מדינות אחרות, כולל ראש ממשלת טורקיה, איסמט אינונו, כדי לבקש עזרה ליישוב מחדש של אזרחים יהודים שנמלטו מהנאצים. בספטמבר 1933 הוא כתב לאיננו וביקש את הצבתם של מדענים גרמנים-יהודים מובטלים. כתוצאה ממכתבו של איינשטיין, המוזמנים היהודים לטורקיה בסופו של דבר הסתכמו ביותר מאלף אנשים.
למרות שלוקר-למספון הפציר בפרלמנט של בריטניה להרחיב את האזרחות לאיינשטיין, מאמציו נכשלו, ואיינשטיין נעתר להצעה קודמת של מכון פרינסטון ללימודים מתקדמים בניו ג'רזי להפוך למלומד תושב. באוקטובר 1933 הגיע איינשטיין לארה"ב ונכנס לתפקיד.
באותה תקופה היו לרוב האוניברסיטאות האמריקאיות סגל או סטודנטים יהודיים מינימליים או לא בגלל מכסות שהגבילו את מספר היהודים שיכולים להירשם או ללמד. אלה יפוגו עד 1940, אך נותרו מכשול עבור מדענים יהודים-אמריקאים להשתתף באופן מלא בחיים האקדמיים ולקבל השכלה באוניברסיטה.
בשנת 1935, איינשטיין הגיש בקשה לאזרחות קבועה בארה"ב, אשר הוענקה לו בשנת 1940. הוא יישאר בארה"ב וישמור על השתייכותו למכון ללימודים מתקדמים עד מותו בשנת 1955. בתקופה זו ניסה איינשטיין לפתח תיאוריית השדה המאוחדת ולהפריך את הפרשנות המקובלת של פיזיקת הקוונטים, שניהם ללא הצלחה.
פרויקט מנהטן:
במהלך מלחמת העולם השנייה מילא אינשטיין תפקיד חשוב ביצירת פרויקט מנהטן - פיתוח פצצת האטום. פרויקט זה החל לאחר שאנשטיין פנה לקבוצת מדענים בראשות הפיזיקאי ההונגרי לאו סילארד בשנת 1939. לאחר ששמע את אזהרותיהם מפני תוכנית נשק גרעיני נאצי, הוא כתב יחד מכתב לנשיא דאז, רוזוולט, והזהיר אותו מפני הסכנה הקיצונית. של נשק כזה בידי הנאצים.
אף שפציפיסט שמעולם לא שקל את הרעיון להשתמש בפיזיקה גרעינית לצורך פיתוח נשק, איינשטיין היה מודאג מהנאצים שברשותם נשק כזה. ככאלה, הוא וסילארד, יחד עם פליטים אחרים כמו אדוארד טלר ויוג'ין וויגנר, "ראו באחריותם להזהיר את האמריקאים על האפשרות שמדענים גרמנים עשויים לנצח במירוץ לבניית פצצה אטומית, ולהזהיר כי היטלר יעשה זאת תהיה יותר מאשר מוכן לפנות לכלי נשק כזה. "
לדברי ההיסטוריונים שרה ג'י דיהל וג'יימס קליי מולץ, המכתב היה "ככל הנראה הגירוי המפתח לאימוץ ארה"ב לחקירות רציניות בנושא נשק גרעיני ערב כניסת ארה"ב למלחמת העולם השנייה". בנוסף למכתב, איינשטיין השתמש בקשריו עם משפחת המלוכה הבלגית ואם המלכה הבלגית כדי לקבל גישה עם שליח אישי למשרד הסגלגל של הבית הלבן, שם נפגש עם רוזוולט כדי לדון באופן אישי בסכנה.
כתוצאה ממכתבו של איינשטיין ופגישותיו עם רוזוולט, ארה"ב יזמה את פרויקט מנהטן וגייסה את כל המשאבים הדרושים לחקר, בנייה ובדיקת פצצת האטום. עד 1945 ניצח בעלות הברית בעלות הברית, מאחר וגרמניה מעולם לא הצליחה לייצר נשק אטומי משלהן.
איינשטיין, שהיה פציפיסט יסודי, היה מתחרט עמוקות על מעורבותו בפיתוח נשק גרעיני. כפי שאמר לחברו, לינוס פאולינג, בשנת 1954 (שנה לפני מותו): "עשיתי טעות אחת גדולה בחיי - כשחתמתי על המכתב לנשיא רוזוולט שהמליץ לי לעשות פצצות אטום; אבל הייתה הצדקה מסוימת - הסכנה שהגרמנים יביאו אותם. "
תורת היחסות:
איינשטיין אמנם עשה הישגים משמעותיים רבים במהלך השנים, והוא ידוע ברבים בתרומתו להקמת פרויקט מנהטן, אולם התיאוריה המפורסמת ביותר שלו היא זו שמיוצגת על ידי המשוואה הפשוטה E = mc² (איפה ה היא אנרגיה, M הוא המוני, ו ג הוא מהירות האור). תיאוריה זו תהפוך מאות שנים של חשיבה מדעית ואורתודוקסיות.
אך כמובן, איינשטיין לא פיתח את התיאוריה הזו בוואקום, והדרך שהובילה אותו למסקנה שזמן ומרחב היו יחסית לצופה הייתה ארוכה ומפותלת. השערת היחסות הסופית של איינשטיין הייתה במידה רבה ניסיון ליישב את חוקי המכניקה של ניוטון עם חוקי האלקטרומגנטיות (כפי שמתאפיינים במשוואות מקסוול וחוק כוח לורנץ).
במשך זמן מה מתמודדים מדענים עם חוסר העקביות בין שני התחומים הללו, שבאו לידי ביטוי גם בפיזיקה הניוטונית. בעוד אייזק ניוטון התייחס לרעיון המרחב והזמן המוחלט, הוא דבק גם בעקרון היחסות של גלילאו - הקובע כי: "כל שני משקיפים שנעים במהירות ובכיוון קבוע ביחס אחד לשני ישיג את אותן תוצאות לכל הניסויים המכניים."
החל משנת 1905, כאשר איינשטיין פרסם את מאמר הזרע "על האלקטרודינמיקה של גופים נעים"הקונצנזוס העובד בקרב מדענים קבע כי המדיטציה תיסעור קל דרך מדיום נע. פירוש הדבר, בתורו, כי המהירות המדודה של האור תהיה סכום פשוט של מהירותו דרך המדיום פלוס המהירות של המדיום הזה.
תיאוריה זו קבעה גם כי המרחב היה מלא ב"אתר זוהר ", מדיום היפותטי שלדעתו היה נחוץ להפצת האור ברחבי היקום. בהתאם, אתר זה ייגרר על ידי חומר נע או יועבר אליו. עם זאת, קונצנזוס זה הביא למספר בעיות תיאורטיות שעד ימינו של איינשטיין נותרו בלתי פתורות.
ראשית, מדענים לא הצליחו למצוא מצב תנועה מוחלט, מה שהצביע על כך שעיקרון היחסות של תנועה (כלומר זה בלבד קרוב משפחה תנועה ניתנת לצפייה, ואין סטנדרט מוחלט של מנוחה) הייתה תקפה. שנית, הייתה גם הבעיה המתמשכת של "התפשטות מהממים", תופעה שבה התנועה לכאורה של גופות שמימיות על מיקומם הייתה תלויה במהירות הצופה.
בנוסף, בדיקות שנערכו על מהירות האור במים (ניסוי פיזו) הצביעו על כך שאור שנסע במדיום נע יוביל על ידי המדיום, אך לא קרוב ככל הצפוי. זה תמך בניסויים אחרים - כמו השערת גרור האתרים החלקי של פרנל והניסויים של סר ג'ורג 'סטוקס - שהציעו כי האתר יתבצע באופן חלקי או כולו על ידי חומר.
תיאוריית היחסות המיוחדת של אינשטיין הייתה פורצת דרך בכך שטען כי מהירות האור זהה בכל מסגרות ההתייחסות האינרדיאליות, והציגה את הרעיון כי שינויים גדולים מתרחשים כאשר הדברים נעים קרוב למהירות האור. אלה כוללים את מסגרת המרחב-זמן של גוף נע הנדמה כי הוא מאט ומתכווץ בכיוון התנועה כאשר נמדד במסגרת הצופה.
ידוע כתיאוריית היחסות המיוחדת של איינשטיין, תצפיותיו התאימו בין משוואות מקסוול לחשמל ומגנטיות עם חוקי המכניקה, פשטו את החישובים המתמטיים על ידי הסרת הסברים זרים ששימשו מדענים אחרים והפכו את קיומה של אתר למיותר לחלוטין. זה גם תאם למהירות האור שנצפתה ישירות והיווה את הסטיות שנצפו.
באופן טבעי, התיאוריה של איינשטיין נפגשה עם תגובות מעורבות של הקהילה המדעית, ותישאר שנויה במחלוקת במשך שנים רבות. במשוואה אחת שלו, E = mc², איינשטיין פישט בהרבה את החישובים הדרושים להבנת אור מתפשט. הוא גם הציע, למעשה, כי מרחב וזמן (כמו גם חומר ואנרגיה) היו ביטויים שונים של אותו הדבר.
בין 1907 ל -1911, בעודו עובד במשרד הפטנטים, החל איינשטיין לשקול כיצד ניתן ליישם תורת היחסות המיוחדת על שדות הכובד - מה שעתיד היה להיקרא תיאוריית היחסות הכללית. זה התחיל במאמר שכותרתו "על עקרון היחסות והמסקנות הנובעות ממנו", שפורסם בשנת 1907, ובו התייחס לאופן שבו הכלל של היחסות המיוחדת עשוי לחול גם על האצה.
בקיצור, הוא טען כי נפילה חופשית היא באמת תנועה אינרציאלית; ועל הצופה, כללי היחסות המיוחדים חייבים לחול. טענה זו ידועה גם כעקרון השוויון, הקובע כי מסת הכבידה זהה למסה האינרציאלית. באותו מאמר, איינשטיין ניבא גם את תופעת התרחבות זמן הכבידה - שם שני משקיפים שנמצאים במרחקים משתנים ממסה כבידה תופסים הבדל בכמות הזמן בין שני אירועים.
בשנת 1911 פרסם איינשטיין את "על השפעת הכבידה על הפצת האור", שהתרחבה על המאמר משנת 1907. במאמר זה הוא חזה שתיבה המכילה שעון שהאיץ כלפי מעלה תחווה זמן מהיר יותר מתיבה שישבה בשקט בשדה כבידה לא משתנה. הוא מסיק כי שיעורי השעונים תלויים במיקומם בשדה כבידה, וכי ההבדל בשיעור הוא פרופורציונאלי לפוטנציאל הכבידה לקירוב הראשון.
באותו מאמר הוא חזה כי הסטת האור תלויה במסת הגוף המעורב. זה התגלה כמשפיע במיוחד, מכיוון שלראשונה הוא הציע הצעה ניתנת לבחינה. בשנת 1919, האסטרונום הגרמני ארווין פינליי-פרוינדליך הפציר במדענים ברחבי העולם לבדוק תיאוריה זו על ידי מדידת הסטת האור במהלך ליקוי חמה של מאי 1929.
תחזיתו של איינשטיין אושרה על ידי סר ארתור אדינגטון, שהתצפיות שלו הוכרזו זמן קצר לאחר מכן. ב- 7 בנובמבר 1919, ה- הזמנים פירסם את התוצאות תחת הכותרת: "מהפכה במדע - תיאוריה חדשה של היקום - רעיונות ניוטוניים הפילו". היחסות הכללית התפתחה מאז לכלי חיוני באסטרופיזיקה מודרנית. זה מהווה את הבסיס להבנה הנוכחית של חורים שחורים, אזורים בחלל שבהם המשיכה הכבידה כל כך חזקה שאפילו אור לא יכול לברוח.
תורת הקוונטים המודרנית:
אינשטיין גם עזר לקדם את התיאוריה של מכניקת הקוונטים. במהלך שנות העשרים של המאה העשרים, המדע הזה התרחב בהיקפו לכיסוי מערכות רבות ושונות. אינשטיין תרם להתפתחויות אלה בכך שקידם את תורת הקוונטה לאור והשתמש בה כדי להסביר השפעות תרמודינמיות שונות שסתרו את המכניקה הקלאסית.
במאמרו משנת 1905, "בנקודת מבט היוריסטית ביחס לייצור האור והטרנספורמציה"הוא הניח כי האור עצמו מורכב מחלקיקים מקומיים (כלומר קוונטה). תיאוריה זו תידחה על ידי בני דורו - כולל נילס בוהר ומקס פלאנק - אך תוכח עד 1919 בניסויים שמדדו את האפקט הפוטואלקטרי.
הוא הרחיב על כך עוד יותר במאמרו משנת 1908, "התפתחות עמדותינו על הרכב ותמצית הקרינה"שם הוא הראה כי מכסת האנרגיה של מקס פלאנק חייבת להיות בעלת רגע מוגדר היטב ולפעול בכמה הבחינות כחלקיקים עצמאיים ונקודתיים. העיתון הזה הציג את פוטון מושג והעניק השראה לרעיון של דואליות הגל-החלקיקים (כלומר האור שמתנהג כחלקיק וגם כגל) במכניקת הקוונטים.
במאמרו משנת 1907, "תורת הקרינה של פלאנק ותורת החום הספציפיתאיינשטיין הציע מודל של חומר בו כל אטום במבנה סריג הוא מתנד הרמוני עצמאי - הקיים במצבים מכוונים מרווחים באותה מידה. הוא הציע תיאוריה זו מכיוון שזו הייתה הדגמה ברורה במיוחד שמכניקת הקוונטים יכולה לפתור את בעיית החום הספציפית במכניקה הקלאסית.
בשנת 1917 פרסם איינשטיין מאמר שכותרתו "על תורת הקרינה הקוונטית"שהציע את האפשרות לפליטה מעוררת, התהליך הפיזי שמאפשר הגברה במיקרוגל והלייזר. מאמר זה היה בעל השפעה אדירה על ההתפתחות המאוחרת של מכניקת הקוונטים, מכיוון שזה היה המסמך הראשון שהראה כי לסטטיסטיקה של מעברים אטומיים היו חוקים פשוטים.
עבודה זו תמשיך להעניק השראה למאמרו של ארווין שרדינגר משנת 1926, "כימות כבעיית ערך“. במאמר זה הוא פרסם את משוואת שרדינגר המפורסמת כעת, שם הוא מתאר כיצד המצב הקוונטי של מערכת קוונטית משתנה עם הזמן. מאמר זה נחגג באופן אוניברסלי כאחד ההישגים החשובים ביותר של המאה העשרים ויצר מהפכה ברוב התחומים של מכניקת הקוונטים, כמו גם בכל הפיזיקה והכימיה.
באופן מעניין, עם הזמן, איינשטיין לא היה מרוצה מהתיאוריה של מכניקת הקוונטים שהוא עזר ליצור, מרגיש שזה מעורר תחושה של כאוס ואקראיות במדעים. בתגובה, הוא ציטט את הציטוט המפורסם שלו: "אלוהים לא משחק בקוביות", וחזר לחקר תופעות קוונטיות.
זה הוביל אותו להציע את פרדוקס איינשטיין-פודולסקי-רוזן (פרדוקס EPR) שנקרא על שם איינסטין ומקורביו - בוריס פודוליסקי ונתן רוזן. במאמרם משנת 1935, שכותרתו "האם התיאור הקוונטי-מכני של המציאות הפיזית יכול להיחשב כמושלם?", הם טענו להפגין שההסתבכות הקוונטית הפרה את התפיסה הריאליסטית המקומית על סיבתיות - כאשר איינשטיין התייחס לזה כ"פעולה מפחידה מרחוק ".
בכך טענו כי תפקוד הגל של מכניקת הקוונטים לא סיפק תיאור מלא של המציאות הפיזית, פרדוקס חשוב שיש לו השלכות חשובות על פרשנות מכניקת הקוונטים. אף שפרדוקס ה- EPR יוכח כשגוי לאחר מותו של איינשטיין, הוא סייע לתרום לתחום שהוא עזר ליצור, אך מאוחר יותר ינסה להפריך עד סוף ימיו.
חורים קבועים ושחורים קוסמולוגיים:
בשנת 1917 יישם איינשטיין את התיאוריה הכללית של היחסות על מנת לדגמן את מבנה היקום בכללותו. אף שהעדיף את רעיון היקום הנצחי והבלתי משתנה, זה לא היה בקנה אחד עם התיאוריות שלו לגבי היחסות, שניבאו שהיקום נמצא במצב של התפשטות או התכווצות.
כדי לטפל בכך, איינשטיין הציג מושג חדש לתיאוריה, המכונה הקבוע הקוסמולוגי (המיוצג על ידי למבה). מטרתו זו הייתה לתקן את השפעות הכובד ולאפשר לכל המערכת להישאר תחום סטטי נצחי. עם זאת, בשנת 1929, אדווין האבל אישר שהיקום מתרחב. לאחר ביקור במצפה הר וילסון עם האבל, איינשטיין השליך רשמית את הקבוע הקוסמולוגי.
עם זאת, הרעיון ביקר מחדש בסוף 2013, אז כתב יד שטרם נחשף על ידי איינשטיין (שכותרתו "על הבעיה הקוסמולוגית") התגלה. בכתב יד זה הציע איינשטיין עדכון של המודל, בו הקבוע היה אחראי ליצירת חומר חדש ככל שהתפשט היקום - ובכך הבטיח כי הצפיפות הממוצעת של היקום לעולם לא תשתנה.
זה עולה בקנה אחד עם מודל הקוסמולוגיה המיושן של סטיידי סטייט מיושן (שהוצע לאחר מכן בשנת 1949) ועם ההבנה המודרנית של היום באנרגיה אפלה. בעיקרו של דבר, מה שאינשטיין תיאר ברבים מהביוגרפיות שלו כ"המטה הגדול ביותר "שלו יגיע לבסוף להערכה מחודשת ונחשב כחלק מתעלומה גדולה יותר של היקום - קיומה של מסה ואנרגיה בלתי נראים השומרים על האיזון הקוסמולוגי.
בשנת 1915, חודשים ספורים לאחר שפרסם איינשטיין את תורת היחסות הכללית, מצא הפיזיקאי והאסטרונום הגרמני קארל שוורצשילד פיתרון למשוואות שדה איינשטיין שתיארו את שדה הכבידה של נקודה ומסה כדורית. פיתרון זה, המכונה כיום רדיוס שוורצשילד, מתאר נקודה בה מסתה כדור כדור כל כך עד כי מהירות המילוט מפני השטח תשווה למהירות האור.
עם הזמן, פיזיקאים אחרים הגיעו לאותן מסקנות באופן עצמאי. בשנת 1924, האסטרופיזיקאי האנגלי ארתור אדינגטון העיר על האופן בו התיאוריה של איינשטיין מאפשרת לנו לשלול צפיפויות גדולות מדי עבור כוכבים נראים לעין, וטען כי הם "יפיקו כל כך עקמומיות במדד החלל-זמן שהחלל ייסגר סביב הכוכב, וישאיר אותנו בחוץ (כלומר, בשום מקום). "
בשנת 1931 חישב האסטרופיזיקאי ההודי-אמריקני סובראחמניאן צ'אנדרסקהאר באמצעות יחסיות מיוחדת, כי גוף שאינו מסתובב של חומר מנוון אלקטרונים מעל מסה מגבילה מסוימת יקרוס בפני עצמו. בשנת 1939, רוברט אופנהיימר ואחרים סיכמו עם הניתוח של צ'אנדרסקהאר, וטענו שכוכבי נויטרונים מעל גבול שנקבע יקרסו לחורים שחורים, והגיעו למסקנה ששום חוק פיסיקה לא עשוי להתערב ולעצור לפחות כמה כוכבים להתמוטט לחורים שחורים.
אופנהיימר וחבריו המשותפים פירשו את הייחודיות בגבול רדיוס שוורצשילד כמצביעים שזה היה גבול הבועה שבה הזמן נעצר. למתבונן מבחוץ, הם היו רואים את פני הכוכב קפואים בזמן ברגע הקריסה, אך לצופה המתנשא יהיה חוויה אחרת לגמרי.
הישגים אחרים:
בנוסף למהפכה בהבנתנו את הזמן, המרחב, התנועה וכוח הכבידה בעזרת תיאוריות היחסות המיוחדת והכללית שלו, איינשטיין תרם תרומות רבות נוספות לתחום הפיזיקה. למעשה, איינשטיין פרסם מאות ספרים ומאמרים בחייו, כמו גם יותר מ -300 מאמרים מדעיים ו -150 מאמרים לא מדעיים.
ב- 5 בדצמבר, 2014, אוניברסיטאות וארכיונים ברחבי העולם החלו לשחרר רשמית את המסמכים שנאספו של איינשטיין, שכללו יותר מ -30,000 מסמכים ייחודיים. לדוגמה, שני מאמרים שפורסמו בשנת 1902 ו- 1903 - "התיאוריה הקינטית של שיווי משקל תרמי והחוק השני של התרמודינמיקה"ו-"תורת יסודות התרמודינמיקה"- עסק בנושא התרמודינמיקה ותנועה בראונית.
בהגדרה, תנועה בראונית מציינת כי במקום בו כמות קטנה של חלקיקים מתנדנדים ללא כיוון מועדף, הם מתפשטים בסופו של דבר למילוי המדיום כולו. בהתייחס לכך מנקודת מבט סטטיסטית, איינשטיין האמין כי ניתן להעביר את האנרגיה הקינטית של חלקיקים מתנדנדים במדיום לחלקיקים גדולים יותר, שבתורם ניתן יהיה לצפות תחת המיקרוסקופ - וכך להוכיח קיומם של אטומים בגדלים שונים.
מאמרים אלה היוו את הבסיס למאמר שנערך על תנועה בראונית משנת 1905, שהראה שניתן לפרש אותו כראיה איתנה לכך שקיימות מולקולות. ניתוח זה יאומת מאוחר יותר על ידי הפיזיקאי הצרפתי ז'אן-בפטיסט פרין, ואיינשטיין זכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1926. עבודתו ביססה את התיאוריה הפיזית של תנועה בראונית וסיימה את הספקנות לגבי קיומם של אטומים ומולקולות כישויות פיזיות ממש. .
בעקבות מחקריו על היחסות הכללית, נכנס איינשטיין לשורה של ניסיונות להכליל את תורת הכבידה הגיאומטרית שלו, כדי לכלול אלקטרומגנטיות כהיבט נוסף של ישות אחת. בשנת 1950 תיאר את "תורת השדה המאוחדת" במאמר שכותרתו "על תורת הכבידה הכללית", המתאר את ניסיונו לפתור את כל כוחות היסוד של היקום למסגרת אחת.
למרות שהמשיך לשבח על עבודתו, איינשטיין התבודד יותר ויותר במחקריו, ומאמציו בסופו של דבר לא צלחו. אף על פי כן, חלומו של איינשטיין לאחד חוקי פיסיקה אחרים עם כוח הכבידה נמשך עד ימינו, ומודיע על המאמצים לפתח תיאוריה של הכל (ToE) - בפרט תורת המיתרים, שבה שדות גיאומטריים מופיעים במסגרת קוונטית-מכנית אחידה.
עבודתו עם פודולסקי ורוזן, בתקווה להפריך את המושג הסתבכויות קוונטיות, הובילה גם את איינשטיין ועמיתיו להציע דגם של חור תולעת. על ידי שימוש בתיאוריה של שוורצשילד על חורים שחורים, ובניסיון לדגמן חלקיקים אלמנטריים עם מטען כפתרון למשוואות שדה כבידה, הוא תיאר גשר בין שני טלאי חלל.
אם קצה אחד של חור התולעת היה טעון באופן חיובי, הקצה השני היה טעון שלילי. תכונות אלה הובילו את איינשטיין להאמין כי ניתן להסתבך זוגות חלקיקים וחלקיקים נגד חלקיקים מבלי להפר את חוקי היחסות. תפיסה זו ראתה לא מעט עבודה בשנים האחרונות, כאשר מדענים יצרו בהצלחה חור תולעת מגנטי במעבדה.
ובשנת 1926 המציאו אינשטיין ותלמידו לשעבר לאו סילארד יחד את מקרר איינשטיין, מכשיר שלא היו בו חלקים נעים והסתמכו רק על ספיגת החום כדי לקרר את תוכנו. בנובמבר 1930 הם קיבלו פטנט על עיצובם. עם זאת, עד מהרה התערערו מאמציהם על ידי עידן הדיכאון, המצאת הפרייון, והחברה השוודית אלקטרולוקס שרכשה את הפטנטים שלהם.
הניסיונות להחיות את הטכנולוגיה החלו בשנות ה -90 וה -2000, כאשר צוותי סטודנטים מאוניברסיטת ג'ורג'יה טק ואוניברסיטת אוקספורד ניסו לבנות גרסה משלהם למקרר איינשטיין. בשל הקשר המוכח של פרון להתמצקות באוזון, ורצונותיו להפחית את השפעתנו על הסביבה על ידי שימוש בפחות חשמל, העיצוב נחשב כחלופה ידידותית לסביבה ומכשיר שימושי לעולם המתפתח.
מוות ומורשת:
ב- 17 באפריל, 1955, חווה אלברט איינשטיין דימום פנימי שנגרם כתוצאה מקרע במפרצת אבי העורקים בבטן, אותה ביקש לעבור ניתוח במשך שבע שנים קודם לכן. הוא לקח את טיוטת הנאום שהכין לקראת הופעה טלוויזיונית, כשהוא מציין את יום השנה השביעי של מדינת ישראל, לבית החולים, אך הוא לא חי מספיק זמן כדי להשלים אותו.
אינשטיין סירב לניתוח ואמר: "אני רוצה ללכת כשאני רוצה. אין טעם להאריך את החיים באופן מלאכותי. עשיתי את חלקי, הגיע הזמן ללכת. אני אעשה את זה באלגנטיות. " הוא נפטר בבית החולים פרינסטון בשעת בוקר מוקדמת בגיל 76, לאחר שהמשיך לעבוד עד קרוב לסיום.
במהלך הנתיחה שלאחר המוות, הפתולוג של בית החולים פרינסטון (תומאס סטולץ הארווי) הסיר את מוחו של איינשטיין לשימור, אם כי ללא אישור משפחתו. לדברי הרווי, הוא עשה זאת בתקווה שדורות הבאים של מדעני המוח יוכלו לגלות את הגורם לגאונותו של איינשטיין. שרידיו של אינשטיין נשרפו ואפרו פוזר במקום לא מוסתר.
במשך חיי ההישגים שלו קיבל אינשטיין אינספור הצטיינות, הן במהלך חייו והן לאחר מכן. In 1921, he was awarded the Nobel Prize in Physics for his explanation of the photoelectric effect, as his theory of relativity was still considered somewhat controversial. In 1925, the Royal Society awarded him the Copley Medal, the oldest Royal Society medal still awarded.
In 1929, Max Planck presented Einstein with the Max Planck medal of the German Physical Society in Berlin, for extraordinary achievements in theoretical physics. In 1934 Einstein gave the Josiah Willard Gibbs lecture, an prestigious annual event where the American Mathematical Society awards a prize for achievements in the field of mathematics. In 1936, Einstein was awarded the Franklin Institute‘s Franklin Medal for his extensive work on relativity and the photoelectric effect.
In 1949, in honor of Einstein’s 70th birthday, the the Lewis and Rosa Strauss Memorial Fund established the Albert Einstein Award. Also known as the Albert Einstein Medal (because it is accompanied with a gold medal) this award was established to recognize high achievement in theoretical physics and the natural sciences.
Since his death, Einstein has been honored by having countless schools, buildings, and memorials named after him. The Luitpold Gymnasium, where he received his early education, was renamed the Albert Einstein Gymnasium in his honor. In August of 1955, four months after Einstein’s death, the 99th chemical element on the Periodic Table was named “einsteinium”.
Also in 1955, the Albert Einstein College of Medicine, a research-intensive not-for-profit, private, and nonsectarian medical school was founded in the Morris Park neighborhood of the Bronx in New York City. Between 1965 and 1978, the US Postal Service issued a series of commemorative stamps known as the Prominent American Series. Einstein was honored with a 8¢ stamp in 1966, the second year of the series.
Similar stamps were issued by the state of Israel in 1956 (a year after his death) and the Soviet Union in 1973. In 1973, an inner main belt asteroid was discovered, which was named 2001 Einstein in his honor. In 1977, the Albert Einstein Society was founded in Bern, Switzerland. Since 1979, they began issuing the Albert Einstein Medal, an annual award presented to people who have “rendered outstanding services” in connection with Einstein.
In 1979, the National Academy of Sciences commissioned the Albert Einstein Memorial on Constitution Avenue in central Washington, D.C. The bronze statue depicts Einstein seated with manuscript papers in hand. In 1990, his name was added to the Walhalla temple for “laudable and distinguished Germans”, which is located in Donaustauf in Bavaria.
In Potsdam, Germany, the Albert Einstein Science Park was constructed on Telegrafenberg hill. The best known building in the park is the Einstein Tower, an astrophysical observatory that was built to perform checks of Einstein’s theory of General Relativity, which has a bust of Einstein at the entrance.
In 1999 Time magazine named him the Person of the Century, ahead of Mahatma Gandhi and Franklin Roosevelt, among others. In the words of a biographer, “to the scientifically literate and the public at large, Einstein is synonymous with genius”. Also in 1999, an opinion poll of 100 leading physicists ranked Einstein the “greatest physicist ever”.
Also in 1999, a Gallup poll conducted recorded him as being the fourth most admired person of the 20th century in the U.S. – Mother Teresa, Martin Luther King, Jr. and John F. Kennedy ranked first through third.
The International Union of Pure and Applied Physics named 2005 the “World Year of Physics” in commemoration of the 100th anniversary of the publication of the “annus mirabilis” papers. In 2008, Einstein was inducted into the New Jersey Hall of Fame. And every year, the Chicago-based Albert Einstein Peace Prize Foundation issues the Albert Einstein Peace Prize, an award that comes with a bursary of $50,000.
Einstein has also been the subject of or inspiration for many novels, films, plays, and works of music. He is a favorite model for fictional representations of the mad scientist and the absent-minded professor, with depictions of these archetypes closely mirroring (and exaggerating) his expressive face and distinctive hairstyle.
Einstein’s contributions to the sciences are immeasurable. When he began his career, scientists were still struggling to reconcile how Newtonian mechanics applied to an ever-widening universe. But thanks to his theories, we would come to understand that there are no absolute frames of reference, and everything depends on the speed and position of the observer.
His work with the behavior of light would also help speed the revolution being made in quantum physics, where scientists began to understand the behavior of matter at the subatomic level. In so doing, Einstein helped to create the two pillars of modern science – Relativity, for dealing with objects on the macro scale; and quantum mechanics, which deals with things on the tiniest of scales.
But Einstein’s legacy goes far beyond what he advanced in his lifetime. In attempting to reconcile his personal beliefs in a universe that made sense with his scientific findings, he introduced a concept that would later become part of our current cosmological models (Dark Matter). These and other ideas would go on to be reconsidered after his death, thus proving that he was not only the greatest mind of his time, but perhaps one of the greatest minds that ever lived.
We have written many articles about Albert Einstein for Space Magazine. Here’s an article about the speed of light, and one about Why Einstein Will Never Be Wrong, and Einstein’s Theory of Relativity. And here’s are some famous Albert Einstein quotes.
Astronomy Cast also has several episodes about Einstein’s greatest theories, like Episode 235: Einstein, Episode 9: Einstein’s Theory of Special Relativity, Episode 280: Cosmological Constant, Episode 287: E=mc², and Episode 31: tring Theory, Time Travel, White Holes, Warp Speed, Multiple Dimensions, and Before the Big Bang
For more information, check out Albert Einstein’s biographical page at Biography.com and NobelPrize.org.
