Cum a luptat Albert Einstein pentru pacea europeană și fizica teoretică

2024 Autor: Malcolm Clapton | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-17 04:09

Despre cum știința a fost strâns împletită cu politica.

Chiar la începutul secolului al XX-lea, în fizică au fost făcute descoperiri colosale, unele dintre ele aparținând lui Albert Einstein, creatorul teoriei generale a relativității.

Oamenii de știință erau în pragul unei viziuni complet noi asupra Universului, ceea ce le cerea curaj intelectual, dorința de a se cufunda în teorie și abilități de a face față unui aparat matematic complex. Provocarea nu a fost acceptată de toată lumea și, așa cum se întâmplă uneori, disputele științifice au fost suprapuse diferențelor politice cauzate mai întâi de Primul Război Mondial, apoi de venirea lui Hitler la putere în Germania. Einstein a fost, de asemenea, o figură cheie în jurul căreia se spargeau sulițele.

Einstein împotriva tuturor

Declanșarea Primului Război Mondial a fost însoțită de o ascensiune patriotică în rândul populației statelor participante, inclusiv al oamenilor de știință.

În Germania, în 1914, 93 de oameni de știință și personalități culturale, printre care Max Planck, Fritz Haber și Wilhelm Roentgen, au publicat un manifest în care își exprimă sprijinul deplin pentru stat și războiul pe care îl poartă: „Noi, reprezentanții științei și artei germane, protestăm înainte întreaga lume culturală împotriva minciunilor și calomniei cu care dușmanii noștri încearcă să polueze cauza justă a Germaniei în lupta grea pentru existență impusă acesteia. Fără militarismul german, cultura germană ar fi fost distrusă cu mult timp în urmă chiar la începuturile ei. Militarismul german este un produs al culturii germane și s-a născut într-o țară care, ca nicio altă țară din lume, a fost supusă raidurilor de pradă de secole.”

Cu toate acestea, a existat un om de știință german care s-a pronunțat aspru împotriva unor astfel de idei. Albert Einstein a publicat un manifest de răspuns „Către europeni” în 1915: „Niciodată războiul nu a perturbat atât de mult interacțiunea culturilor. Este datoria europenilor, educați și de bunăvoință, să nu lase Europa să cedeze.” Cu toate acestea, acest apel, pe lângă Einstein însuși, a fost semnat de doar trei persoane.

Einstein a devenit un om de știință german destul de recent, deși s-a născut în Germania. A absolvit școala și universitatea în Elveția, iar după aceea timp de aproape zece ani diferite universități din Europa au refuzat să-l angajeze. Acest lucru s-a datorat parțial modului în care Einstein a abordat cererea de a lua în considerare candidatura sa.

Așa că, într-o scrisoare către Paul Drude, creatorul teoriei electronice a metalelor, el a subliniat mai întâi două erori conținute în teoria sa și abia apoi a cerut să fie angajat.

Drept urmare, Einstein a trebuit să obțină un loc de muncă la biroul de brevete elvețian din Berna și abia la sfârșitul anului 1909 a reușit să obțină un post la Universitatea din Zurich. Și deja în 1913, Max Planck însuși, împreună cu viitorul laureat al Nobel pentru chimie Walter Nernst, au venit personal la Zurich pentru a-l convinge pe Einstein să accepte cetățenia germană, să se mute la Berlin și să devină membru al Academiei Prusace de Științe și director al Institutului. de Fizică.

Einstein și-a găsit munca la biroul de brevete uimitor de productivă din punct de vedere științific. „Când trecea cineva pe lângă mine, îmi puneam notițele într-un sertar și pretindeam că fac lucrări de brevetare”, își amintește el. Anul 1905 a intrat în istoria științei ca annus mirabilis, „anul miracolelor”.

Anul acesta, revista Annalen der Physik a publicat patru articole de Einstein, în care el a putut să descrie teoretic mișcarea browniană, să explice, folosind ideea planckiană a cuantei luminii, fotoefectul sau efectul electronilor care scapă dintr-un metal atunci când este iradiat cu lumină (într-un astfel de experiment JJ Thomson a descoperit electronul) și aduce o contribuție decisivă la crearea teoriei relativității speciale.

O coincidență uimitoare: teoria relativității a apărut aproape simultan cu teoria cuantelor și la fel de neașteptat și irevocabil a schimbat bazele fizicii.

În secolul al XIX-lea, natura ondulatorie a luminii a fost ferm stabilită, iar oamenii de știință au fost interesați de modul în care este aranjată substanța în care se propagă aceste unde.

În ciuda faptului că nimeni nu a observat încă eterul (aceasta este numele acestei substanțe) în mod direct, nu au apărut îndoielile că acesta există și pătrunde în întregul Univers: era clar că unda ar trebui să se propage într-un fel de mediu elastic, prin analogie cu cercuri dintr-o piatra aruncata pe apa: suprafata apei in punctul de cadere a pietrei incepe sa oscileze, iar, fiind elastica, oscilatiile se transmit catre punctele invecinate, de la acestea catre cele vecine, si asa pe. După descoperirea atomilor și a electronilor, nici existența unor obiecte fizice care nu pot fi văzute cu instrumentele existente nu a surprins pe nimeni.

Una dintre întrebările simple la care fizica clasică nu a putut găsi un răspuns a fost aceasta: este eterul purtat de corpurile care se mișcă în el? Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, unele experimente au arătat în mod convingător că eterul a fost purtat complet de corpurile în mișcare, în timp ce altele, și nu mai puțin convingător, că a fost dus doar parțial.

Cercurile de pe apă sunt un exemplu de undă într-un mediu elastic. Dacă corpul în mișcare nu poartă eterul, atunci viteza luminii în raport cu corpul va fi suma vitezei luminii în raport cu eterul și viteza corpului însuși. Dacă antrenează complet eterul (cum se întâmplă când se mișcă într-un lichid vâscos), atunci viteza luminii în raport cu corpul va fi egală cu viteza luminii în raport cu eterul și nu va depinde în niciun fel de viteza luminii. corpul însuși.

Fizicianul francez Louis Fizeau a arătat în 1851 că eterul este parțial dus de curentul de apă în mișcare. Într-o serie de experimente din 1880-1887, americanii Albert Michelson și Edward Morley, pe de o parte, au confirmat concluzia lui Fizeau cu o mai mare acuratețe, iar pe de altă parte, au aflat că Pământul, învârtindu-se în jurul Soarelui, antrenează complet eterul cu el, adică viteza luminii pe Pământ este independentă de modul în care se mișcă.

Pentru a determina cum se mișcă Pământul în raport cu eterul, Michelson și Morley au construit un instrument special, un interferometru (vezi diagrama de mai jos). Lumina de la sursă cade pe placa semitransparentă, de unde se reflectă parțial în oglinda 1 și trece parțial către oglinda 2 (oglinzile sunt la aceeași distanță de placă). Razele reflectate de oglinzi cad apoi din nou pe placa semitransparentă și din aceasta ajung împreună la detector, pe care apare un model de interferență.

Dacă Pământul se mișcă în raport cu eterul, de exemplu, în direcția oglinzii 2, atunci viteza luminii în direcțiile orizontale și verticale nu va coincide, ceea ce ar trebui să conducă la o schimbare de fază a undelor reflectate de diferite oglinzi pe detector (de exemplu, așa cum se arată în diagramă, dreapta jos). În realitate, nu a fost observată nicio deplasare (vezi stânga jos).

Einstein vs Newton

În încercările lor de a înțelege mișcarea eterului și propagarea luminii în el, Lorentz și matematicianul francez Henri Poincaré au trebuit să presupună că dimensiunile corpurilor în mișcare se modifică în comparație cu dimensiunile celor staționare și, în plus, timpul pentru corpurile în mișcare curge mai încet. Este greu de imaginat - iar Lorentz a tratat aceste presupuneri mai mult ca un truc matematic decât ca un efect fizic - dar au permis reconcilierea mecanicii, teoria electromagnetică a luminii și datele experimentale.

Einstein, în două articole din 1905, a fost capabil, pe baza acestor considerații intuitive, să creeze o teorie coerentă în care toate aceste efecte uimitoare sunt o consecință a două postulate:

• viteza luminii este constantă și nu depinde de modul în care se mișcă sursa și receptorul (și este egală cu aproximativ 300.000 de kilometri pe secundă);
• pentru orice sistem fizic, legile fizice acționează în același mod, indiferent dacă acesta se mișcă fără accelerație (cu orice viteză) sau este în repaus.

Și a derivat cea mai faimoasă formulă fizică - E = mc²! În plus, din cauza primului postulat, mișcarea eterului a încetat să mai conteze, iar Einstein a abandonat-o pur și simplu - lumina se poate propaga în gol.

Efectul de dilatare a timpului, în special, duce la faimosul „paradox al gemenilor”. Dacă unul dintre cei doi gemeni, Ivan, merge pe o navă spațială către stele, iar al doilea, Peter, rămâne să-l aștepte pe Pământ, atunci după întoarcerea sa se va dovedi că Ivan a îmbătrânit mai puțin decât Peter, de când încolo. nava lui cu mișcare rapidă curgea mai încet.decât pe Pământ.

Acest efect, precum și alte diferențe dintre teoria relativității și mecanica obișnuită, se manifestă doar la o viteză extraordinară de mișcare, comparabilă cu viteza luminii și, prin urmare, nu o întâlnim niciodată în viața de zi cu zi. Pentru vitezele obișnuite cu care ne întâlnim pe Pământ, fracția v / c (reamintire, c = 300.000 de kilometri pe secundă) este foarte puțin diferită de zero și ne întoarcem la lumea familiară și confortabilă a mecanicii școlare.

Cu toate acestea, efectele teoriei relativității trebuie luate în considerare, de exemplu, la sincronizarea ceasurilor de pe sateliți GPS cu cei terestre pentru funcționarea precisă a sistemului de poziționare. În plus, efectul dilatației timpului se manifestă în studiul particulelor elementare. Mulți dintre ei sunt instabili și se transformă în alții într-un timp foarte scurt. Cu toate acestea, de obicei se mișcă rapid și, din această cauză, timpul înainte de transformarea lor din punctul de vedere al observatorului este întins, ceea ce face posibilă înregistrarea și studierea lor.

Teoria specială a relativității a apărut din necesitatea de a reconcilia teoria electromagnetică a luminii cu mecanica corpurilor în mișcare rapidă (și cu viteză constantă). După ce s-a mutat în Germania, Einstein și-a finalizat teoria generală a relativității (GTR), unde a adăugat gravitația fenomenelor electromagnetice și mecanice. S-a dovedit că câmpul gravitațional poate fi descris ca deformare de către un corp masiv de spațiu și timp.

Una dintre consecințele relativității generale este curbura traiectoriei razelor atunci când lumina trece în apropierea unei mase mari. Prima încercare de verificare experimentală a relativității generale avea să aibă loc în vara anului 1914, când se observă o eclipsă de soare în Crimeea. Cu toate acestea, o echipă de astronomi germani a fost internată în legătură cu izbucnirea războiului. Acest lucru, într-un fel, a salvat reputația relativității generale, deoarece în acel moment teoria conținea erori și dădea o predicție incorectă a unghiului de deviere al fasciculului.

În 1919, fizicianul englez Arthur Eddington, când a observat o eclipsă de soare pe insula Principe, lângă coasta de vest a Africii, a putut confirma că lumina unei stele (a devenit vizibilă datorită faptului că Soarele nu a eclipsat-o), trecând pe lângă Soare, deviază exact în același unghi ca și ecuațiile lui Einstein prezise.

Descoperirea lui Eddington l-a făcut pe Einstein un superstar.

La 7 noiembrie 1919, în plină Conferință de Pace de la Paris, când toată atenția părea concentrată asupra modului în care va exista lumea după Primul Război Mondial, ziarul londonez The Times a publicat un editorial: „A Revolution in Science: A Noua Teorie a Universului, ideile lui Newton sunt înfrânte.”

Reporterii l-au urmărit pretutindeni pe Einstein, bulversându-l cu cereri de a explica teoria relativității pe scurt, iar sălile în care ținea prelegeri publice erau supraaglomerate (în același timp, judecând după recenziile contemporanilor săi, Einstein nu era un lector foarte bun.; publicul nu a înțeles esența prelegerii, dar a venit totuși să vadă celebritatea).

În 1921, Einstein, împreună cu biochimistul englez și viitorul președinte al Israelului, Chaim Weizmann, au plecat într-un turneu de prelegeri în Statele Unite pentru a strânge fonduri pentru a sprijini așezările evreiești din Palestina. Potrivit The New York Times, „Fiecare loc de la Metropolitan Opera a fost luat, de la groapa orchestrei până la ultimul rând al galeriei, sute de oameni stăteau pe culoar”. Corespondentul ziarului a subliniat: „Einstein vorbea germană, dar dornic să vadă și să audă un om care a completat conceptul științific al Universului cu o nouă teorie a spațiului, timpului și mișcării, a ocupat toate locurile din sală”.

În ciuda succesului cu publicul larg, teoria relativității a fost acceptată cu mare dificultate în comunitatea științifică.

Din 1910 până în 1921, colegii progresişti l-au nominalizat pe Einstein pentru Premiul Nobel pentru fizică de zece ori, dar Comitetul Nobel conservator a refuzat de fiecare dată, invocând faptul că teoria relativităţii nu primise încă o confirmare experimentală suficientă.

După expediția lui Eddington, acest lucru a început să se simtă din ce în ce mai scandalos, iar în 1921, încă neconvinși, membrii comitetului au luat o decizie elegantă - de a acorda lui Einstein un premiu, fără a menționa deloc teoria relativității și anume: „Pentru servicii pentru fizica teoretică și, mai ales, pentru descoperirea sa a legii efectului fotoelectric”.

Fizica ariană versus Einstein

Popularitatea lui Einstein în Occident a provocat o reacție dureroasă a colegilor din Germania, care s-au trezit practic izolați după manifestul militant din 1914 și înfrângerea din Primul Război Mondial. În 1921, Einstein a fost singurul om de știință german care a primit o invitație la Congresul mondial de fizică Solvay de la Bruxelles (pe care l-a ignorat însă în favoarea unei călătorii în Statele Unite cu Weizmann).

În același timp, în ciuda diferențelor ideologice, Einstein a reușit să mențină relații de prietenie cu majoritatea colegilor săi patrioti. Dar din extrema dreaptă a studenților și a cadrelor universitare, Einstein și-a câștigat o reputație de trădător care duce în rătăcire știința germană.

Unul dintre reprezentanții acestei aripi a fost Philip Leonard. În ciuda faptului că în 1905 Lenard a primit Premiul Nobel pentru fizică pentru studiul experimental al electronilor produși prin efectul fotoelectric, a suferit tot timpul din cauza faptului că contribuția sa la știință nu a fost suficient de recunoscută.

Mai întâi, în 1893 a împrumutat lui Roentgen un tub de descărcare de fabricație proprie, iar în 1895 Roentgen a descoperit că tuburile de descărcare emiteau raze care erau încă necunoscute științei. Lenard credea că descoperirea ar trebui cel puțin considerată comună, dar toată gloria descoperirii și a Premiului Nobel pentru fizică în 1901 i-a revenit numai lui Roentgen. Lenard s-a indignat și a declarat că este mama razelor, în timp ce Roentgen era doar moașă. În același timp, se pare că Roentgen nu a folosit tubul Lenard în experimente decisive.

Tubul cu descărcare cu care Lenard a studiat electronii în efectul fotoelectric, iar Roentgen și-a descoperit radiația

Tubul cu descărcare cu care Lenard a studiat electronii în efectul fotoelectric, iar Roentgen și-a descoperit radiația

În al doilea rând, Lenard a fost profund jignit de fizica britanică. El a contestat prioritatea descoperirii electronului de către Thomson și l-a acuzat pe omul de știință englez că s-a referit incorect la munca sa. Lenard a creat un model al atomului, care poate fi considerat predecesorul modelului lui Rutherford, dar acest lucru nu a fost remarcat în mod corespunzător. Nu este de mirare că Lenard i-a numit pe britanici o națiune de mercenari și comercianți înșelatori, iar pe germani, dimpotrivă, o națiune de eroi, iar după izbucnirea Primului Război Mondial și-a propus aranjarea unei blocade intelectuale continentale asupra Marii Britanii..

În al treilea rând, Einstein a putut să explice teoretic efectul fotoelectric, iar Lenard în 1913, chiar înainte de dezacordurile legate de război, l-a recomandat chiar pentru o profesie. Dar Premiul Nobel pentru descoperirea legii efectului fotoelectric în 1921 i-a fost acordat numai lui Einstein.

Începutul anilor 1920 a fost în general o perioadă dificilă pentru Lenard. S-a ciocnit cu studenți de stânga entuziaști și a fost umilit public când, după asasinarea politicianului liberal de origine evreiască și ministrul german de externe Walter Rathenau, a refuzat să coboare steagul pe clădirea institutului său din Heidelberg.

Economiile sale, investite în datorii guvernamentale, au fost arse de inflație, iar în 1922 singurul său fiu a murit din cauza malnutriției în timpul războiului. Lenard a devenit înclinat să creadă că problemele Germaniei (inclusiv în știința germană) sunt rezultatul unei conspirații evreiești.

Un apropiat al lui Lenard în acest moment a fost Johannes Stark, câștigătorul Premiului Nobel pentru fizică în 1919, de asemenea, înclinat să învinovățească mașinațiunile evreilor pentru propriile sale eșecuri. După război, Stark, în opoziție cu Societatea liberală de Fizică, a organizat „Comunitatea Profesională Germană a Profesorilor Universitari”, conservatoare, cu ajutorul căreia a încercat să controleze finanțarea pentru cercetare și numirile în funcții științifice și didactice, dar nu a reușit.. După o apărare nereușită a unui student absolvent în 1922, Stark a declarat că era înconjurat de admiratorii lui Einstein și a demisionat din funcția de profesor la universitate.

În 1924, la șase luni după Beer Putsch, Grossdeutsche Zeitung a publicat un articol de Lenard și Stark, „Spiritul și știința lui Hitler”. Autorii l-au comparat pe Hitler cu giganți ai științei precum Galileo, Kepler, Newton și Faraday („Ce binecuvântare că acest geniu în carne și oase trăiește printre noi!”) Și, de asemenea, l-au lăudat pe geniul arian și au condamnat iudaismul corupător.

Potrivit lui Lenard și Stark, în știință, influența pernicioasă evreiască s-a manifestat în noi direcții ale fizicii teoretice - mecanica cuantică și teoria relativității, care cereau respingerea conceptelor vechi și foloseau un aparat matematic complex și necunoscut.

Pentru oamenii de știință mai în vârstă, chiar și pentru cei la fel de talentați ca Lenard, aceasta a fost o provocare pe care puțini au fost capabili să o accepte.

Lenard a pus în contrast fizica „evreiască”, adică teoretică, cu „ariană”, adică experimentală, și a cerut ca știința germană să se concentreze pe aceasta din urmă. În prefața manualului „Fizica germană” scria: „Fizica germană? - vor întreba oamenii. Aș putea spune și fizica ariană, sau fizica oamenilor nordici, fizica căutătorilor de adevăr, fizica celor care au întemeiat cercetarea științifică.”

Multă vreme, „fizica ariană” a lui Lenard și Stark a rămas un fenomen marginal, iar fizicienii de diverse origini au fost angajați în cercetări teoretice și experimentale de cel mai înalt nivel din Germania.

Totul s-a schimbat când Adolf Hitler a devenit cancelar al Germaniei în 1933. Einstein, care se afla la acea vreme în Statele Unite, a renunțat la cetățenia germană și calitatea de membru al Academiei de Științe, iar președintele Academiei Max Planck a salutat această decizie: „În ciuda prăpastiei profunde care ne împarte opiniile politice, prieteniile noastre personale vor rămâne mereu neschimbate.”, a asigurat el că este corespondența personală a lui Einstein. În același timp, unii membri ai academiei au fost enervați că Einstein nu a fost expulzat în mod demonstrativ din ea.

Johannes Stark a devenit curând președintele Institutului de Fizică și Tehnologie și al Societății Germane de Cercetare. În anul următor, un sfert din toți fizicienii și jumătate dintre fizicienii teoreticieni au părăsit Germania.