Большая Советская Энциклопедия (ЭЙ)
Шрифт:
Л. В. Соколова.
«Эйнхейт»
«Э'йнхейт» («Einheit»), журнал, издаваемый ЦК Социалистической единой партии Германии; см. «Айнхайт» .
Эйнштейн Альберт
Эйнште'йн (Einstein) Альберт (14.3.1879, Ульм, Германия, — 18.4.1955, Принстон, США), физик, создатель относительности теории и один из создателей квантовой теории и статистической физики. С 14 лет вместе с семьей жил в Швейцарии. По окончании Цюрихского политехникума (1900) работал учителем сначала в Винтертуре, затем в Шафхаузене. В 1902 получил место эксперта в федеральном патентном бюро в Берне, где работал до 1909. В эти годы Э. были созданы специальная теория
Работы по теории относительности. Главное научное достижение Э. — теория относительности, которая по существу является общей теорией пространства, времени и тяготения. Господствовавшие до Э. представления о пространстве и времени были сформулированы И. Ньютоном в конце 17 в. и не вступали в явное противоречие с фактами, пока развитие физики не привело к появлению электродинамики и вообще к изучению движений со скоростями, близкими к скорости света. Уравнения электродинамики (Максвелла уравнения ) оказались несовместимыми с уравнениями классической механики Ньютона. Противоречия особенно обострились после осуществления Майкельсона опыта , результаты которого не могли быть объяснены в рамках классической физики.
Специальная, или частная, теория относительности, предметом которой является описание физических явлений (и в том числе распространения света) в инерциальных системах отсчёта, была опубликована Э. в 1905 в почти завершенном виде. Одно из её основных положений — полная равноправность всех инерциальных систем отсчёта — делает бессодержательными понятия абсолютного пространства и абсолютного времени ньютоновской физики. Физический смысл сохраняют лишь те выводы, которые не зависят от скорости движения инерциальной системы отсчёта. На основе этих представлений Э. вывел новые законы движения, сводящиеся в случае малых скоростей к законам Ньютона, а также дал теорию оптических явлений в движущихся телах. Обращаясь к гипотезе эфира, он приходит к выводу, что описание электромагнитного поля не требует вообще какой-либо среды и что теория оказывается непротиворечивой, если помимо принципа относительности ввести и постулат о независимости скорости света от системы отсчёта. Глубокий анализ понятия одновременности и процессов измерения интервалов времени и длины (частично проведённый также А. Пуанкаре ) показал физическую необходимость сформулированного постулата. В том же (1905) году Э. опубликовал статью, где показал, что масса тела m пропорциональна его энергии Е , и в следующем году вывел знаменитое соотношение Е = mc2 (с — скорость света в вакууме). Большое значение для завершения построения специальной теории относительности имела работа Г. Минковского о четырёхмерном пространстве—времени. Специальная теория относительности стала необходимым орудием физических исследований (например, в ядерной физике и физике элементарных частиц), её выводы получили полное экспериментальное подтверждение.
Специальная теория относительности оставляла в стороне явление тяготения. Вопрос о природе гравитации, а также об уравнениях гравитационного поля и законах его распространения не был в ней даже поставлен. Э. обратил внимание на фундаментальное значение пропорциональности гравитационной и инертной масс (принцип эквивалентности). Пытаясь согласовать этот принцип с инвариантностью четырёхмерного интервала ,
Э. сделал попытку применить своё уравнение к изучению глобальных свойств Вселенной. В работе 1917 он показал, что из принципа её однородности можно получить связь между плотностью материи и радиусом кривизны пространства — времени. Ограничиваясь, однако, статической моделью Вселенной, он был вынужден ввести в уравнение отрицательное давление (космологическую постоянную), чтобы уравновесить силы притяжения. Верный подход к проблеме был найден А. А. Фридманом , который пришёл к идее расширяющейся Вселенной. Эти работы положили начало релятивистской космологии.
В 1916 Э. предсказал существование гравитационных волн, решив задачу о распространении гравитационного возмущения. Тем самым было завершено построение основ общей теории относительности.
Общая теория относительности объяснила (1915) аномальное поведение орбиты планеты Меркурий, которое оставалось непонятным в рамках ньютоновской механики, предсказала отклонение луча света в поле тяготения Солнца (обнаружено в 1919—22) и смещение спектральных линий атомов, находящихся в поле тяготения (обнаружено в 1925). Экспериментальное подтверждение существования этих явлений стало блестящим подтверждением общей теории относительности.
Развитие общей теории относительности в трудах Э. и его сотрудников связано с попыткой построения единой теории поля, в которой электромагнитное поле должно быть органически соединено с метрикой пространства — времени, как и поле тяготения. Эти попытки не привели к успеху, однако интерес к указанной проблеме возрос в связи с построением релятивистской квантовой теории поля .
Работы по квантовой теории. Э. принадлежит важная роль в разработке основ квантовой теории. Он ввёл представление о дискретной структуре поля излучения и на этой основе вывел законы фотоэффекта, а также объяснил люминесцентные и фотохимические закономерности. Идеи Э. о квантовой структуре света (опубликована в 1905) находились в кажущемся противоречии с волновой природой света, которое нашло разрешение только после создания квантовой механики .
Успешно развивая квантовую теорию, Э. в 1916 приходит к разделению процессов излучения на самопроизвольные (спонтанные) и вынужденные (индуцированные) и вводит Эйнштейна коэффициенты А и В , определяющие вероятности указанных процессов. Следствием рассуждений Э. оказался статистический вывод Планка закона излучения из условия равновесия между излучателями и излучением. Эта работа Э. лежит в основе современной квантовой электроники .
Применяя такое же статистическое рассмотрение уже не к излучению света, а к колебаниям кристаллической решётки, Э. создаёт теорию теплоёмкости твёрдых тел (1907, 1911). В 1909 он выводит формулу для флуктуации энергии в поле излучения. Эта работа явилась подтверждением его квантовой теория излучения и сыграла важную роль в становлении теории флуктуаций.
Первая работа Э. в области статистической физики появилась в 1902. В ней Э., не зная о трудах Дж. У. Гиббса, развивает свой вариант статистической физики, определяя вероятность состояния как среднее по времени. Такой взгляд на исходные положения статистической физики приводит Э. к разработке теории броуновского движения (опубл. в 1905), которая легла в основу теории флуктуаций.
В 1924, познакомившись со статьей Ш. Бозе по статистике световых квантов и оценив её значение, Э. опубликовал статью Бозе со своими примечаниями, в которых указал на непосредственное обобщение теории Бозе на идеальный газ. Вслед за этим появилась работа Э. по квантовой теории идеального газа; так возникла Бозе — Эйнштейна статистика .
Разрабатывая теорию подвижности молекул (1905) и исследуя реальность токов Ампера, порождающих магнитные моменты, Э. пришёл к предсказанию и экспериментальному обнаружению совместно с нидерландским физиком В. де Хаазом эффекта изменения механического момента тела при его намагничивании (Эйнштейна —де Хааза эффект ).