Albert Einstein

Albert Einstein är utan tvekan den största fysikern genom tiderna. Han kom ut ur oklarhet 1905. Vid den tidpunkten arbetade han som patentgranskare i Schweiz efter att ha fått sin doktorsexamen. Endast 26 år publicerade Einstein fyra fysikuppsatser som uppmärksammade honom från ledande fysiker. Inte bara täckte de fyra artiklarna ett brett spektrum av fysik, utan de var alla mycket betydelsefulla. Följaktligen kallas 1905 nu för Einsteins mirakelår.

Albert Einstein, tidenes mest kända forskare. |

Fotoelektrisk effekt

Einsteins första tidning publicerades den 9 juni och i den förklarade han den fotoelektriska effekten. Detta är vad han fick sitt Nobelpris i fysik för 1921. Den fotoelektriska effekten var en effekt som upptäcktes 1887. När strålning över en viss frekvens inträffar på en metall, kommer metallen att absorbera strålningen och avge elektroner (märkta som fotoelektroner) .

Vid den tidpunkten teoretiserades strålning som att den består av kontinuerliga vågor, men denna vågbeskrivning misslyckas med att förklara frekvenströskeln. Einstein lyckades förklara den fotoelektriska effekten genom att teoretisera strålning som består av diskreta energipaket ('quanta'). Dessa energipaket kallas nu fotoner eller ljuspartiklar. Max Planck hade redan infört kvantiseringen av strålning, men han bortse från det som bara ett matematiskt trick och inte verklighetens verkliga natur.

Energin från en kvant av strålning, som införts av Max Planck, är proportionell mot strålningsfrekvensen.

Einstein tog kvantiseringen av strålning som verklighet och använde den för att förklara den fotoelektriska effekten. Ekvationen för den fotoelektriska effekten anges nedan. Den anger att den inkommande fotonenergin är lika med den kinetiska energin hos det utsända fotoelektronet plus arbetsfunktionen. Arbetsfunktionen är den minsta energin som krävs för att utvinna en elektron från metallen.

Kvantiseringen av strålning ses nu som den formella starten på kvantteorin. Kvantteori är en av de viktigaste nuvarande grenarna inom fysik och också hem för de mest ovanliga egenskaperna i naturen. I själva verket är det nu accepterat att både strålning och materia uppvisar våg-partikel dualitet. Beroende på mätmetod kan antingen våg- eller partikelbeteende observeras.

Sammanfattning: Förklarade den fotoelektriska effekten och hjälpte till att starta kvantteorin.

Brownian rörelse

Einsteins andra tidning publicerades 18 juli, och i den använde han statistisk mekanik för att förklara Browns rörelse. Brownsk rörelse är effekten varigenom en partikel suspenderad i en vätska (som vatten eller luft) rör sig slumpmässigt. Man misstänkte länge att denna rörelse orsakades av kollisioner med vätskans atomer. Dessa atomer skulle vara i konstant rörelse på grund av deras energi som ett resultat av värme i vätskan. Men teorin om atomer antogs ännu inte universellt av alla forskare.

Einstein formulerade en matematisk beskrivning av Brownsk rörelse genom att beakta det statistiska genomsnittet för många kollisioner mellan partikeln och fördelningen av flytande atomer. Från detta bestämde han ett uttryck för den genomsnittliga förskjutningen (kvadrat). Han relaterade detta också till storleken på atomerna. Efter några år bekräftade experimentalisterna Einsteins beskrivning och gav därför fasta bevis för atomteoriens verklighet.

Sammanfattning: Förklarade Browns rörelse och inrättade experimentella test av atomteori.

Speciell relativitet

Einsteins tredje artikel publicerades den 26 september och introducerade hans teori om speciell relativitet. Redan 1862 förenade James Clerk Maxwell elektricitet och magnetism i sin teori om elektromagnetism. Inom det befinner sig ljusets hastighet i ett vakuum vara ett konstant värde. Inom Newtonian mekanik kan detta bara vara fallet i en, unik referensram (eftersom andra ramar skulle ha förbättrat eller minskat hastigheterna från en relativ rörelse mellan ramarna). Vid den tidpunkten var den accepterade lösningen på detta problem ett fortfarande medium som sträcker sig över allt utrymme för överföring av ljus, känd som etern. Denna eter skulle fungera som den absoluta referensramen. Emellertid föreslog experiment att det inte fanns någon eter, mest känt Michelson-Morley-experimentet.

Einstein löste problemet på ett annat sätt genom att avvisa det Newtoniska begreppet absolut rymd och absolut tid som hade stått obeslutet i hundratals år. Teorin om speciell relativitet säger att rum och tid är relativt observatören. Observatörer som tittar på en referensram, som är i relativ rörelse till sin egen referensram, kommer att observera två effekter inom den rörliga ramen:

  • Tiden går långsammare - "rörliga klockor går långsamt."
  • Längder dras samman längs relativ rörelse.

Till att börja med verkar detta strida mot vår vardagliga upplevelse, men det är bara för att effekterna blir betydande vid hastigheter nära ljusets hastighet. Särskilt relativitet är fortfarande en accepterad teori och har inte motbevisats av experiment. Einstein skulle senare utvidga sin speciella relativitet för att skapa sin teori om allmän relativitet, vilket revolutionerade vår förståelse av allvar.

Sammanfattning: Revolutionerade vår förståelse av rum och tid genom att ta bort begreppet absolut rum eller tid.

Ekvivalens mellan massa och energi

Einsteins fjärde artikel publicerades 21 november och presenterade idén om mass-energiekvivalens. Denna ekvivalens tappade som en följd av hans teori om speciell relativitet. Einstein teoretiserade att allt med massa har en tillhörande viljanergi. Restenergin är den minsta energi som en partikel har (när partikeln är i vila). Formeln för restenenergin är den berömda "E är lika med mc i kvadrat" (även om Einstein skrev den ned i en alternativ men ekvivalent form).

Den mest kända ekvationen inom fysik.

Ljushastigheten ( c ) är lika med 300.000.000 m / s och därmed har en liten mängd massa faktiskt en enorm mängd energi. Denna princip demonstrerades brutalt av Japans atombombningar 1945, kanske också säkerställer ekvationens bestående arv. Förutom kärnvapen (och kärnkraft) är ekvationen också extremt användbar för att studera partikelfysik.

Svampmoln från de enda atombomber som någonsin använts i krigföring. Bomberna släpptes på de japanska städerna Hiroshima (vänster) och Nagasaki (höger). |

Sammanfattning: Upptäckte en inneboende koppling mellan massa och energi, med historiska konsekvenser.

Dessa fyra artiklar skulle leda till erkännandet av Einstein som en av tidens ledande forskare. Han fortsatte med en lång karriär som akademiker och arbetade i Schweiz, Tyskland och USA efter att nazisterna kom till makten. Effekterna av hans teorier, framför allt generell relativitet, kan tydligt ses av hans offentliga berömmelse, inte bara vid den tiden utan fram till i dag.