Портрет Альберта Эйнштейна около 1939 года.
(Изображение: © MPI / Getty Images)
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.
Эйнштейн также тщетно пытался объединить все силы вселенной в единую теорию или теорию всего, над чем он все еще работал во время своей смерти.
Ранние года
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 напишет в своих мемуарах, что, по словам ученого Альберта Эйнштейна, Ганс-Йозеф Кюппер глубоко повлиял на его первые годы. Молодой Эйнштейн столкнулся со своим первым чудом - компасом - в 5 лет: он был озадачен тем, что невидимые силы может 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 общему мнению, молодой Альберт был хорошим учеником, Кюппер написал на своем сайте, 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 превосходны, его оценки в 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 умер 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 работ Эйнштейна прибыл в 1919 году, когда сэр Артур Эддингтон, секретарь Королевского астрономического общества, возглавил экспедицию в Африку, которая измерила 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 лихо написал письмо президенту Франклину Рузвельту предупреждение о том, что уран может быть использован для атомной бомбы.
В конце жизни Эйнштейна он вступил в ряд частных дебатов с физиком Нильсом Бором о справедливость квантовой теории, Теории Бора провели день, и Эйнштейн позже включил квантовую теорию в свои собственные вычисления.
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 неизвестном 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 Сегодня я узнал.
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 работал медицинским руководителем в лаборатории биологического тестирования. [Галерея изображений: мозг Эйнштейна]
В течение следующих 30 лет Харви отправил несколько слайдов другим исследователям, которые их просили, но оставил остальную часть 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 своего исследования в журнале. Экспериментальная неврология..
Харви не сдал экзамен на компетентность в 1988 году, и его медицинская лицензия была аннулирована, пишет Блиц. В конечном итоге Харви пожертвовал мозг больнице Принстона, где началось его путешествие. Харви умер в 2007 году.Кусочки мозга Эйнштейна сейчас 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 продвинутыми способностями мышления и концептуальными навыками.
Тем не менее, другие исследователи отметили несколько проблем с этим исследованием, по Эрику Чудлеру, нейробиолог 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. Дополнительные исследования необходимы, чтобы увидеть, если эти анатомические различия обнаружены у других людей. И в-третьих, изучалась только небольшая часть мозга Эйнштейна.
Еще одно исследование, опубликованное в 1996 году в журнале Письма о неврологииОбнаружено, что мозг Эйнштейна весил всего 1230 грамм, что меньше, чем у среднего взрослого мужского мозга (около 1400 г). 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 Brain, показало, что мозг Эйнштейна дополнительный склад в сером веществеСайт 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 одно и то же, 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 относительностиЭто была переформулировка закона гравитации. В 1600-х годах Ньютон сформулированы 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, кладя тяжелый шар на батут). 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 эффектВ работе Эйнштейна в 1905 году было предложено 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 поляЭйнштейн 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 интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) обнаружила пространственно-временную рябь - иначе известную как гравитационные волны - это произошло после того, как черные дыры столкнулись 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 аспектом теории относительности Эйнштейна.
Орбита МеркурияМеркурий - это маленькая планета, вращающаяся вокруг очень массивного объекта по размеру - Солнца. Его орбиту нельзя было понять, пока общая теория относительности не показала, что кривизна 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, что он может столкнуться с Землей).
Гравитационное линзированиеЭто явление, посредством которого массивный объект (например, галактическое скопление или черная дыра) огибает его. Астрономы, смотрящие на эту область через телескоп, могут видеть объекты непосредственно за массивным объектом из-за изогнутого света. Известным примером этого является Крест Эйнштейна, квазар в созвездие пегасГалактика, находящаяся на расстоянии около 400 миллионов световых лет, изгибает свет квазара так, что он появляется четыре раза вокруг галактики.
Черные дыры: В апреле 2019 года телескоп Event Horizon показал первый 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.
Дополнительные ресурсы:
- Найти ответы на часто задаваемые вопросы об Альберте Эйнштейне на сайте Нобелевской премии.
- Пролистать оцифрованные версии Опубликованные и неопубликованные рукописи Эйнштейна в интернет-архиве Эйнштейна.
- Узнать о Мемориал Эйнштейна в здании Национальной академии наук в Вашингтоне, округ Колумбия
