في نهاية الألفية ، عالم الفيزياء أجرت مجلة استطلاعًا حيث سألوا 100 من كبار علماء الفيزياء في العالم الذين اعتبرواهم أكبر 10 علماء في كل العصور. بالإضافة إلى كونه أشهر عالم عاش على الإطلاق ، فإن ألبرت أينشتاين هو أيضًا اسم مألوف مرادف للعبقرية والإبداع اللانهائي.
كمكتشف للنسبية الخاصة والعامة ، أحدث آينشتاين ثورة في فهمنا للزمان والفضاء والكون. أدى هذا الاكتشاف ، إلى جانب تطوير ميكانيكا الكم ، إلى إنهاء حقبة الفيزياء النيوتونية بشكل فعال وأدى إلى العصر الحديث. في حين اتسم القرنان السابقان بالجاذبية العالمية والأطر المرجعية المرجعية ، ساعد أينشتاين على الدخول في عصر من عدم اليقين ، وثقوب سوداء و "عمل مخيف عن بعد".
حياة سابقة:
ولد ألبرت أينشتاين في 14 مارس 1879 ، في مدينة أولم ، التي كانت آنذاك جزءًا من مملكة فورتينمبرج (التي أصبحت الآن ولاية بادن-فورتمبيرغ الألمانية الفيدرالية). كان والديه هيرمان أينشتاين (بائع ومهندس) وبولين كوخ ، وهما من يهود أشكنازي غير ملتزمين - مجتمع موسع من اليهود الناطقين باليديشية الذين عاشوا في ألمانيا وأوروبا الوسطى.
في عام 1880 ، عندما كان عمره ستة أسابيع فقط ، انتقلت عائلة أينشتاين إلى ميونيخ ، حيث أسس والده وعمه Elektrotechnische Fabrik J. Einstein & Cie (شركة تصنع معدات كهربائية على أساس التيار المباشر). في عام 1894 ، فشلت شركة والده وانتقلت العائلة إلى إيطاليا بينما بقي أينشتاين في ميونيخ لإكمال دراسته.
التعليم:
في عام 1884 ، التحق ألبرت أينشتاين بمدرسة ابتدائية كاثوليكية ، حيث بقي حتى عام 1887. في ذلك الوقت ، انتقل إلى Luitpold Gymnasium ، حيث تلقى تعليمه الابتدائي والثانوي المتقدم. كان والده يأمل أن يسير آينشتاين على خطاه ويذهب إلى الهندسة الكهربائية ، لكن آينشتاين واجه صعوبات في طرق التدريس في المدرسة ، مفضلاً التوجيه الذاتي إلى التعلم عن ظهر قلب.
خلال زيارته لعائلته في إيطاليا عام 1894 ، كتب أينشتاين مقالًا قصيرًا بعنوان "في التحقيق في حالة الأثير في المجال المغناطيسي" - والذي سيكون أول منشور علمي له. في عام 1895 ، خاض آينشتاين امتحان القبول في البوليتكنيك الفيدرالي السويسري في زيورخ - المعروف حاليًا باسم Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurich).
على الرغم من فشله في تلبية جميع المتطلبات ، إلا أنه حصل على درجات استثنائية في الفيزياء والرياضيات. بناء على نصيحة مدير مدرسة زيورخ للفنون التطبيقية ، التحق بمدرسة Argovian كانتون في أراو ، سويسرا ، لإنهاء دراسته الثانوية. هذا ما فعله بين 1895-1896 ، أثناء إقامته مع عائلة أستاذ.
في سبتمبر 1896 ، اجتاز امتحان الخروج السويسري بدرجات جيدة في الغالب ، بما في ذلك أعلى الدرجات في الفيزياء والموضوعات الرياضية. على الرغم من أنه 17 عامًا فقط ، فقد التحق ببرنامج دبلوم تدريس الرياضيات والفيزياء لمدة أربع سنوات في Zürich Polytechnic. وهناك التقى بزوجته الأولى والمستقبلية ، ميليفا ماريك ، وهي مواطنة صربية والمرأة الوحيدة بين الطلاب الستة في قسم الرياضيات والفيزياء.
سيتزوج الاثنان في عام 1904 ولديهما ابنان ، ولكنهما سيطلقان الطلاق بحلول عام 1919 بعد أن عاشا منفصلين لمدة خمس سنوات. تزوج أينشتاين بعد ذلك ، هذه المرة لابن عمه إلسا لوينثال - الذي بقي معه متزوجًا حتى وفاتها عام 1939. وخلال هذا الوقت أيضًا ، ذهب أينشتاين ليحقق أعظم إنجازاته العلمية.
الانجازات العلمية:
في عام 1900 ، حصل آينشتاين على شهادة تدريس زيورخ للفنون التطبيقية. بعد تخرجه ، أمضى ما يقرب من عامين في البحث عن وظيفة تدريس واكتسب الجنسية السويسرية. في نهاية المطاف ، وبمساعدة صديقه وزميل والد مارسيل غروسمان ، حصل أينشتاين على وظيفة في المكتب الاتحادي للملكية الفكرية في برن. في عام 1903 ، أصبح منصبه دائمًا.
كان جزء كبير من عمل أينشتاين في مكتب براءات الاختراع مرتبطًا بأسئلة حول نقل الإشارات الكهربائية والتزامن الكهروميكانيكي للوقت. تظهر هذه المشاكل التقنية بشكل متكرر في تجارب فكر أينشتاين ، مما يؤدي به في النهاية إلى استنتاجاته الراديكالية حول طبيعة الضوء والعلاقة الأساسية بين المكان والزمان.
في عام 1900 ، نشر ورقة بعنوان "Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen"(" استنتاجات من ظاهرة الشعرية "). بالاعتماد على نظرية نيوتن للجاذبية الكونية ، اقترح في هذه الورقة أن النظرية القائلة بأن التفاعلات بين جميع الجزيئات هي وظيفة عالمية للمسافة ، قياسا على قوة التربيع العكسية للجاذبية. هذا ثبت لاحقًا أنه غير صحيح ، ولكن نشر الصحيفة في المكان المرموقAnnalen der Physik (مجلة الفيزياء) لفتت الانتباه من العالم الأكاديمي.
في 30 أبريل 1905 ، أكمل أينشتاين أطروحته تحت العين الساهرة للأستاذ ألفريد كلاينر ، أستاذ الفيزياء التجريبية بالجامعة. أطروحته - التي تحمل عنوان "تحديد جديد للأبعاد الجزيئية" - حصل على درجة الدكتوراه من جامعة زيورخ.
في نفس العام ، في انفجار الطاقة الفكرية الإبداعية - ما يعرف باسمه “annus mirabilis” (عام المعجزة) - نشر أينشتاين أيضًا أربع ورقات رائدة حول التأثير الكهروضوئي ، والحركة البراونية ، والنسبية الخاصة ، ومعادلة الكتلة والطاقة ، والتي ستوجهه إلى علم المجتمع العلمي الدولي.
بحلول عام 1908 ، تم تعيينه كمحاضر في جامعة برن. في العام التالي ، بعد إلقاء محاضرة حول الديناميكا الكهربائية ومبدأ النسبية في جامعة زيوريخ ، أوصى به ألفريد كلاينر لأعضاء هيئة التدريس للحصول على أستاذ حديث الإنشاء في الفيزياء النظرية. عين أينشتاين أستاذًا مشاركًا في عام 1909.
في أبريل 1911 ، أصبح أينشتاين أستاذاً كاملاً في جامعة تشارلز-فرديناند في براك ، التي كانت جزءًا من الإمبراطورية النمساوية المجرية في ذلك الوقت. خلال الفترة التي قضاها في براغ ، كتب 11 عملاً علميًا ، 5 منها كانت على الرياضيات الإشعاعية وعلى نظرية الكم للمواد الصلبة.
في يوليو 1912 ، عاد إلى سويسرا و ETH Zürich ، حيث درس الميكانيكا التحليلية والديناميكا الحرارية حتى عام 1914. وخلال فترة وجوده في ETH Zürich ، درس أيضًا ميكانيكا الاستمرارية والنظرية الجزيئية للحرارة ومشكلة الجاذبية. في عام 1914 ، عاد إلى ألمانيا وتم تعيينه مديرًا لمعهد قيصر فيلهلم للفيزياء (1914-1932) وأستاذ في جامعة هومبولت في برلين.
سرعان ما أصبح عضوا في الأكاديمية البروسية للعلوم ، ومن 1916 إلى 1918 شغل منصب رئيس الجمعية الفيزيائية الألمانية. في عام 1920 ، أصبح عضوا أجنبيا في الأكاديمية الملكية الهولندية للفنون والعلوم ، وانتخب عضوا أجنبيا في الجمعية الملكية (ForMemRS) في عام 1921.
وضع اللاجئين:
في عام 1933 ، زار أينشتاين الولايات المتحدة للمرة الثالثة. ولكن على عكس الزيارات السابقة - حيث أجرى سلسلة محاضرات وجولات - في هذه المناسبة ، عرف أنه لا يستطيع العودة إلى ألمانيا ، بسبب صعود النازية تحت حكم أدولف هتلر. بعد أن قام بأستاذية زائر لمدة شهرين في الجامعات الأمريكية ، سافر هو وزوجته إلسا إلى أنتويرب ، بلجيكا في مارس عام 1933.
عند وصولهم ، عندما علموا أن النازيين داهموا منازلهم وصودرت مركب شراعيهم الشخصي ، تخلى أينشتاين عن جنسيته الألمانية. بعد شهر ، كانت أعمال أينشتاين من بين الأعمال التي استهدفتها عمليات حرق الكتب النازية ، وتم وضعه على قائمة "أعداء النظام الألماني" ، مع مكافأة قدرها 5000 دولار على رأسه.
خلال هذه الفترة ، أصبح أينشتاين جزءًا من مجتمع كبير من الوطنيين الألمان واليهود السابقين في بلجيكا ، وكثير منهم كانوا علماء. في الأشهر القليلة الأولى ، استأجر منزلاً في De Haan ، بلجيكا ، حيث عاش وعمل. كما كرس نفسه لمساعدة العلماء اليهود على الهروب من الاضطهاد والقتل على أيدي النازيين.
في يوليو 1933 ، ذهب إلى إنجلترا بدعوة شخصية من صديقه والضابط البحري القائد أوليفر لوكر-لامبسون. أثناء وجوده هناك ، التقى بعضو البرلمان آنذاك ونستون تشرشل ورئيس الوزراء السابق لويد جورج ، وطلب منهم المساعدة في إخراج العلماء اليهود من ألمانيا. وفقا لأحد المؤرخين ، أرسل تشرشل عالم الفيزياء فريدريك ليندمان إلى ألمانيا للبحث عن العلماء اليهود ووضعهم في الجامعات البريطانية.
اتصل آينشتاين لاحقًا بقادة الدول الأخرى ، بما في ذلك رئيس الوزراء التركي عصمت إينونو لطلب المساعدة في إعادة توطين المواطنين اليهود الفارين من النازيين. في سبتمبر 1933 ، كتب إلى Inönü ، طالباً تنسيب العلماء الألمان اليهود اليهود العاطلين عن العمل. نتيجة لرسالة أينشتاين ، بلغ عدد المدعوين اليهود إلى تركيا في نهاية المطاف أكثر من 1000 شخص.
على الرغم من أن Locker-Lamspon حث البرلمان البريطاني على تمديد الجنسية إلى أينشتاين ، إلا أن جهوده باءت بالفشل ، وقبل آينشتاين عرضًا سابقًا من معهد برينستون للدراسات المتقدمة في نيو جيرسي ليصبح باحثًا مقيمًا. في أكتوبر 1933 ، وصل أينشتاين إلى الولايات المتحدة وتولى المنصب.
في ذلك الوقت ، كان لدى معظم الجامعات الأمريكية عدد قليل من أعضاء هيئة التدريس أو الطلاب اليهود بسبب الحصص التي حدت من عدد اليهود الذين يمكنهم التسجيل أو التدريس. ستنتهي هذه بحلول عام 1940 ، لكنها ظلت حاجزًا أمام العلماء اليهود الأمريكيين للمشاركة الكاملة في الحياة الأكاديمية والحصول على التعليم الجامعي.
في عام 1935 ، تقدم أينشتاين بطلب للحصول على الجنسية الدائمة في الولايات المتحدة ، والتي مُنحت له في عام 1940. وبقي في الولايات المتحدة ويحافظ على ارتباطه بمعهد الدراسات المتقدمة حتى وفاته في عام 1955. وخلال هذه الفترة ، حاول أينشتاين تطوير نظرية المجال الموحد ودحض التفسير المقبول لفيزياء الكم ، على حد سواء دون جدوى.
مشروع مانهاتن:
خلال الحرب العالمية الثانية ، لعب أينشتاين دورًا مهمًا في إنشاء مشروع مانهاتن - تطوير القنبلة الذرية. بدأ هذا المشروع بعد أن اتصلت مجموعة من العلماء بقيادة الفيزيائي المجري Leó Szilárd في عام 1939. بعد سماع تحذيراتهم من برنامج الأسلحة النووية النازية ، شارك في كتابة رسالة إلى الرئيس آنذاك روزفلت ، يحذره من الخطر الشديد. لمثل هذا السلاح في أيدي النازيين.
على الرغم من أن دعاة السلام الذين لم يفكروا أبدًا في فكرة استخدام الفيزياء النووية من أجل تطوير سلاح ، إلا أن آينشتاين كان قلقًا من امتلاك النازيين لمثل هذا السلاح. على هذا النحو ، اعتبر هو وسزيلارد ، إلى جانب اللاجئين الآخرين مثل إدوارد تيلر ويوجين فيجنر ، أن من مسؤوليتهم تنبيه الأمريكيين إلى احتمال فوز العلماء الألمان في السباق لبناء قنبلة ذرية ، والتحذير من أن هتلر سوف تكون أكثر من استعداد للجوء إلى مثل هذا السلاح. "
ووفقًا للمؤرخين سارة جيهل وجيمس كلاي مولتز ، فإن الرسالة "يمكن القول أنها الحافز الرئيسي لتبني الولايات المتحدة لتحقيقات جادة في الأسلحة النووية عشية دخول الولايات المتحدة إلى الحرب العالمية الثانية". بالإضافة إلى الرسالة ، استخدم أينشتاين علاقاته مع العائلة المالكة البلجيكية والأم الملكة البلجيكية للوصول مع مبعوث شخصي إلى المكتب البيضاوي في البيت الأبيض ، حيث التقى روزفلت لمناقشة الخطر شخصيًا.
نتيجة لرسالة أينشتاين واجتماعاته مع روزفلت ، بدأت الولايات المتحدة مشروع مانهاتن وحشدت جميع الموارد اللازمة للبحث وبناء القنبلة الذرية واختبارها. بحلول عام 1945 ، فازت قوات الحلفاء بهذا الجانب من سباق التسلح ، حيث لم تنجح ألمانيا أبدًا في صنع سلاح ذري خاص بها.
كان من دعاة السلام الشامل ، أن يأتي آينشتاين في وقت لاحق ليأسف بشدة لمشاركته في تطوير الأسلحة النووية. كما قال لصديقه ، لينوس بولينج ، في عام 1954 (قبل وفاته بعام): "لقد ارتكبت خطأً فادحًا في حياتي - عندما وقعت على الرسالة إلى الرئيس روزفلت توصي بصنع قنابل ذرية ؛ ولكن كان هناك بعض التبرير - الخطر الذي قد يصنعه الألمان ».
نظرية النسبية:
على الرغم من أن أينشتاين حقق العديد من الإنجازات المهمة على مر السنين ، ومعروف على نطاق واسع لمساهمته في إنشاء مشروع مانهاتن ، إلا أن نظريته الأكثر شهرة هي تلك التي تمثلها المعادلة البسيطة E = mc² (أين هـ هي طاقة ، م كتلة ، و ج هي سرعة الضوء). ستقلب هذه النظرية قرونًا من التفكير العلمي والأرثوذكسية.
لكن بالطبع ، لم يطور آينشتاين هذه النظرية في فراغ ، والطريق الذي قاده إلى استنتاج أن الزمان والمكان نسبيًا بالنسبة للمراقب كان طويلًا ومتعرجًا. كانت فرضية أينشتاين النسبية في نهاية المطاف في جزء كبير منها محاولة للتوفيق بين قوانين ميكانيكا نيوتن وقوانين الكهرومغناطيسية (كما تتميز معادلات ماكسويل وقانون قوة لورنتز).
لبعض الوقت ، كان العلماء يتصارعون مع التناقضات بين هذين المجالين ، والتي انعكست أيضًا في الفيزياء النيوتونية. في حين أن إسحاق نيوتن قد اشترك في فكرة المكان والزمان المطلقين ، فقد التزم أيضًا بمبدأ النسبية غاليليو - الذي ينص على ما يلي: "أي مراقبان يتحركان بسرعة واتجاه ثابتان فيما يتعلق ببعضهما البعض سيحصلان على نفس النتائج لجميع التجارب الميكانيكية."
اعتبارًا من عام 1905 ، عندما نشر أينشتاين بحثه الأساسي "في الديناميكا الكهربائية للأجسام المتحركة“، وجد إجماع العمل بين العلماء أن الضوء الذي يسافر عبر وسيط متحرك سيتم جره بواسطة الوسيط. وهذا بدوره يعني أن السرعة المقاسة للضوء ستكون مجرد مجموع سرعته عبر المتوسط بالإضافة إلى السرعة من تلك الوسيلة.
ووجدت هذه النظرية أيضًا أن الفضاء كان مليئًا بـ "الأثير المضيء" ، وهو وسيط افتراضي يعتقد أنه ضروري لانتشار الضوء في جميع أنحاء الكون. وفقًا لذلك ، سيتم إما سحب هذا الأثير أو نقله داخل المادة المتحركة. ومع ذلك ، نتج عن هذا الإجماع العديد من المشاكل النظرية التي ظلت بحلول زمن أينشتاين دون حل.
على سبيل المثال ، فشل العلماء في العثور على حالة الحركة المطلقة ، مما يشير إلى أن مبدأ النسبية للحركة (أي أن فقط نسبيا الحركة ملحوظة ، ولا يوجد معيار مطلق للراحة) كان صالحًا. ثانيًا ، كانت هناك أيضًا المشكلة المستمرة التي يطرحها "الانحراف النجمي" ، وهي ظاهرة تعتمد فيها الحركة الواضحة للأجرام السماوية على مواقعها على سرعة المراقب.
بالإضافة إلى ذلك ، أشارت الاختبارات التي أجريت على سرعة الضوء في الماء (تجربة Fizeau) إلى أن الضوء الذي ينتقل عبر وسيط متحرك سيتم سحبه على طول الوسط ، ولكن ليس تقريبًا كما هو متوقع. وقد دعم هذا التجارب الأخرى - مثل فرضية فريسنل الجزئية لسحب الأثير وتجارب السير جورج ستوكس - التي اقترحت أن الأثير إما يُحمل جزئيًا أو كليًا مع المادة.
كانت نظرية آينشتاين عن النسبية الخاصة رائدة من حيث أنه جادل بأن سرعة الضوء هي نفسها في جميع الأطر المرجعية بالقصور الذاتي ، وقدم فكرة أن التغييرات الرئيسية تحدث عندما تقترب الأشياء من سرعة الضوء. وتشمل هذه الإطار الزماني للجسم المتحرك الذي يبدو أنه يتباطأ وينكمش في اتجاه الحركة عند قياسه في إطار المراقب.
المعروفة باسم نظرية آينشتاين للنسبية الخاصة ، مطابقة ملاحظاته معادلات ماكسويل للكهرباء والمغناطيسية مع قوانين الميكانيكا ، وتبسيط الحسابات الرياضية من خلال التخلص من التفسيرات الدخيلة التي يستخدمها علماء آخرون ، وجعل وجود الأثير غير ضروري تمامًا. كما أنها تتوافق مع سرعة الضوء المرصودة مباشرة وتفسر الانحرافات المرصودة.
بطبيعة الحال ، قوبلت نظرية آينشتاين بردود فعل مختلطة من المجتمع العلمي ، وستظل مثيرة للجدل لسنوات عديدة. معادلته الواحدة ، E = mc² ، قام آينشتاين بتبسيط الحسابات الضرورية لفهم كيفية انتشار الضوء. واقترح أيضًا ، في الواقع ، أن المكان والزمان (وكذلك المادة والطاقة) مجرد تعبيرات مختلفة عن نفس الشيء.
بين عامي 1907 و 1911 ، بينما كان لا يزال يعمل في مكتب براءات الاختراع ، بدأ آينشتاين في التفكير في كيفية تطبيق النسبية الخاصة على مجالات الجاذبية - ما سيُعرف باسم نظرية النسبية العامة. بدأ هذا بمقال بعنوان "على مبدأ النسبية والاستنتاجات المستخلصة منه“، نشر عام 1907 ، وتناول فيه كيف يمكن أن تنطبق قاعدة النسبية الخاصة أيضًا على التسارع.
باختصار ، جادل بأن السقوط الحر هو بالفعل حركة خاملة ؛ وللمراقب ، يجب تطبيق قواعد النسبية الخاصة. تُعرف هذه الحجة أيضًا باسم مبدأ التكافؤ ، الذي ينص على أن كتلة الجاذبية مماثلة للكتلة القصورية. في نفس المقالة ، توقع أينشتاين أيضًا ظاهرة تمدد الزمن الثقالي - حيث يدرك مراقبان يقعان على مسافات مختلفة من كتلة الجاذبية اختلافًا في مقدار الوقت بين حدثين.
في عام 1911 ، نشر أينشتاين "حول تأثير الجاذبية على انتشار الضوء"التي توسعت في مقال 1907. في هذه المقالة ، تنبأ بأن صندوقًا يحتوي على ساعة تتسارع إلى أعلى سيختبر وقتًا أسرع من ذلك الذي كان لا يزال جالسًا في مجال جاذبية لا يتغير. ويخلص إلى أن معدلات الساعات تعتمد على موقعها في مجال الجاذبية ، وأن الفرق في المعدل يتناسب مع إمكانات الجاذبية إلى التقريب الأول.
في نفس المقالة ، تنبأ بأن انحراف الضوء يعتمد على كتلة الجسم المعنية. أثبت هذا أنه مؤثر بشكل خاص ، لأنه للمرة الأولى ، قدم عرضًا قابلًا للاختبار. في عام 1919 ، حث عالم الفلك الألماني إروين فينلاي-فروندليتش العلماء في جميع أنحاء العالم على اختبار هذه النظرية عن طريق قياس انحراف الضوء خلال كسوف الشمس في مايو 1929.
تم تأكيد تنبؤات آينشتاين من قبل السير آرثر إدينجتون ، الذي تم الإعلان عن ملاحظاته بعد ذلك بوقت قصير. في 7 نوفمبر 1919 الأوقات نشرت النتائج تحت عنوان: "ثورة في العلوم - نظرية الكون الجديدة - الإطاحة بأفكار نيوتن". تطورت النسبية العامة منذ ذلك الحين إلى أداة أساسية في الفيزياء الفلكية الحديثة. إنه يوفر الأساس للفهم الحالي للثقوب السوداء ، ومناطق الفضاء التي يكون فيها الجذب الثقالي قويًا جدًا بحيث لا يمكن للضوء أن يهرب.
نظرية الكم الحديثة:
ساعد آينشتاين أيضًا على تطوير نظرية ميكانيكا الكم. طوال عام 1910 ، كان هذا العلم يتسع في نطاقه ليشمل العديد من الأنظمة المختلفة. ساهم آينشتاين في هذه التطورات من خلال تطوير نظرية الكميات للضوء واستخدمها لحساب التأثيرات الديناميكية الحرارية المختلفة التي تتعارض مع الميكانيكا الكلاسيكية.
في ورقته عام 1905 ، "من وجهة نظر ارشادية بشأن إنتاج وتحويل الضوء"، افترض أن الضوء نفسه يتكون من جزيئات موضعية (أي الكم). سيتم رفض هذه النظرية من قبل معاصريه - بما في ذلك نيلز بور وماكس بلانك - ولكن سيتم إثباتها بحلول عام 1919 بتجارب قياس التأثير الكهروضوئي.
توسع في هذا أكثر في ورقته عام 1908 ، "تطوير آرائنا حول تكوين وجوهر الإشعاع"حيث أظهر أن كمية طاقة ماكس بلانك يجب أن يكون لها عزم محدد جيدًا وتتصرف في بعض النواحي كجسيمات مستقلة تشبه النقطة. الفوتون مفهوم وإلهام فكرة ازدواجية الموجة والجسيمات (أي تصرف الضوء كجسيم وموجة) في ميكانيكا الكم.
في ورقته عام 1907 ، "نظرية بلانك للإشعاع ونظرية الحرارة النوعية“، اقترح آينشتاين نموذجًا للمادة حيث تكون كل ذرة في بنية شبكية مذبذب توافقي مستقل - موجود في حالات كمية متساوية المسافات. اقترح هذه النظرية لأنه كان دليلاً واضحًا بشكل خاص على أن ميكانيكا الكم يمكن أن تحل مشكلة الحرارة المحددة في الميكانيكا الكلاسيكية.
في عام 1917 ، نشر أينشتاين مقالًا بعنوان "حول نظرية الكم للإشعاع"التي اقترحت إمكانية الانبعاث المحفز ، العملية الفيزيائية التي تجعل من الممكن تضخيم الميكروويف والليزر. كانت هذه الورقة مؤثرة بشكل كبير في التطور اللاحق لميكانيكا الكم ، لأنها كانت أول ورقة تظهر أن إحصاءات التحولات الذرية لديها قوانين بسيطة.
سيستمر هذا العمل لإلهام مقال إيروين شرودنغر لعام 1926 ، "القياس الكمي كمشكلة ذاتية القيمة". في هذه المقالة ، نشر معادلة شرودنغر الشهيرة الآن ، حيث يصف كيف تتغير الحالة الكمية للنظام الكمي مع مرور الوقت. تم الاحتفال بهذه الورقة عالميا باعتبارها واحدة من أهم الإنجازات في القرن العشرين وخلقت ثورة في معظم مجالات ميكانيكا الكم ، وكذلك في الفيزياء والكيمياء.
ومن المثير للاهتمام ، في الوقت المناسب ، أن أينشتاين سيصبح غير راضٍ عن نظرية ميكانيكا الكم التي ساعد في خلقها ، ويشعر أنه كان مصدر إلهام للفوضى والعشوائية في العلوم. ردا على ذلك ، اقتبس اقتباسه الشهير: "الله لا يلعب في النرد" ، وعاد إلى دراسة الظواهر الكمومية.
قاده هذا إلى اقتراح مفارقة آينشتاين - بودولسكي - روزين (مفارقة EPR) المسماة Einstien وشركائه - بوريس بودوليسكي وناثان روزين. في مقالتهم التي صدرت عام 1935 بعنوان "هل يمكن اعتبار الوصف الميكانيكي الكمومي للواقع المادي كاملاً؟" ، زعموا أن يثبتوا أن التشابك الكمي ينتهك النظرة الواقعية المحلية للسببية - مع إشارة آينشتاين إليها على أنها "عمل مخيف عن بعد".
وبقيامهم بذلك ، أكدوا أن الدالة الموجية لميكانيكا الكم لم تقدم وصفا كاملا للواقع المادي ، وهو مفارقة مهمة سيكون لها آثار مهمة على تفسير ميكانيكا الكم. في حين أن مفارقة EPR ستثبت أنها غير صحيحة بعد وفاة أينشتاين ، فقد ساعدت في المساهمة في حقل ساعد في إنشائه ، لكنها ستحاول لاحقًا دحضه حتى نهاية أيامه.
الثابت الكوني والثقوب السوداء:
في عام 1917 ، طبق أينشتاين النظرية النسبية العامة لنمذجة هيكل الكون ككل. على الرغم من أنه فضل فكرة كون أبدي ولا يتغير ، إلا أن هذا لم يكن متسقًا مع نظرياته حول النسبية ، والتي تنبأت بأن الكون إما في حالة تمدد أو تقلص.
لمعالجة هذا ، قدم آينشتاين مفهومًا جديدًا للنظرية ، يُعرف بالكون الكوني (يمثله لامدا). كان الغرض من ذلك هو تصحيح آثار الجاذبية والسماح للنظام بأكمله بأن يظل مجالًا أبديًا ثابتًا. ومع ذلك ، في عام 1929 ، أكد إدوين هابل أن الكون يتوسع. بعد زيارة مرصد جبل ويلسون مع هابل ، تجاهل آينشتاين الثابت الكوني بشكل رسمي.
ومع ذلك ، تمت إعادة النظر في المفهوم في أواخر عام 2013 ، عندما كانت مخطوطة غير مكتشفة من قبل آينشتاين (بعنوان "حول المشكلة الكونية") اكتشف. في هذه المخطوطة ، اقترح آينشتاين مراجعة للنموذج ، حيث كان الثابت مسؤولًا عن إنشاء مادة جديدة مع توسع الكون - وبالتالي ضمان عدم تغير متوسط كثافة الكون أبدًا.
ويتسق هذا مع نموذج الحالة الثابتة القديم لعلم الكونيات (المقترح لاحقًا في عام 1949) ومع الفهم الحديث للطاقة المظلمة. من حيث الجوهر ، فإن ما وصفه أينشتاين في العديد من سيرته الذاتية بأنه "أكبر خطأ فادح" سيأتي في نهاية المطاف لإعادة تقييمه واعتباره جزءًا من لغز أكبر للكون - وجود كتلة غير مرئية وطاقة تحافظ على التوازن الكوني.
في عام 1915 ، بعد بضعة أشهر من نشر أينشتاين نظريته في النسبية العامة ، وجد الفيزيائي والفلكي الألماني كارل شوارزشايلد حلًا لمعادلات أينشتاين الميدانية التي وصفت مجال الجاذبية لنقطة وكتلة كروية. يصف هذا الحل ، الذي يطلق عليه الآن نصف قطر Schwarzschild ، نقطة حيث يتم ضغط كتلة الكرة بحيث تكون سرعة الهروب من السطح مساوية لسرعة الضوء.
بمرور الوقت ، توصل علماء فيزيائيون آخرون إلى نفس الاستنتاجات بشكل مستقل. في عام 1924 ، علق الفيزيائي الفلكي الإنجليزي آرثر إدينجتون على كيف تسمح لنا نظرية آينشتاين باستبعاد كثافات كبيرة جدًا للنجوم المرئية ، مدعيا أنها "ستنتج الكثير من انحناء مقياس الزمكان الذي ستغلق فيه الفضاء حول النجم ، مما يتركنا خارج (أي في أي مكان). "
في عام 1931 ، قام عالم الفيزياء الفلكية الهندي الأمريكي Subrahmanyan Chandrasekhar بحساب باستخدام النسبية الخاصة ، أن جسمًا غير دوار من المواد المتحللة للإلكترون فوق كتلة محددة معينة سوف ينهار في حد ذاته. في عام 1939 ، وافق روبرت أوبنهايمر وآخرون على تحليل Chandrasekhar ، مدعين أن النجوم النيوترونية فوق الحد المقرر ستنهار إلى ثقوب سوداء ، وخلصت إلى أنه لا يوجد قانون للفيزياء من المحتمل أن يتدخل ويوقف على الأقل بعض النجوم من الانهيار إلى ثقوب سوداء.
فسّر أوبنهايمر ومؤلفوه المشتركون التفرد على حدود نصف قطر Schwarzschild على أنه يشير إلى أن هذا كان حدود فقاعة توقفت في ذلك الوقت. بالنسبة للمراقب الخارجي ، سيرون سطح النجم متجمدًا في الوقت المناسب في لحظة الانهيار ، لكن المراقب الراسخ سيكون له تجربة مختلفة تمامًا.
إنجازات أخرى:
بالإضافة إلى إحداث ثورة في فهمنا للزمان والمكان والحركة والجاذبية مع نظرياته عن النسبية الخاصة والعامة ، قدم آينشتاين أيضًا مساهمات عديدة أخرى في مجال الفيزياء. في الواقع ، نشر أينشتاين مئات الكتب والمقالات في حياته ، بالإضافة إلى أكثر من 300 بحث علمي و 150 بحثًا غير علمي.
في 5 ديسمبر 2014 ، بدأت الجامعات والمحفوظات في جميع أنحاء العالم في إصدار أوراق أينشتاين التي تم جمعها رسميًا ، والتي تضمنت أكثر من 30.000 مستند فريد. على سبيل المثال ، ورقتان تم نشرهما في 1902 و 1903 - "النظرية الحركية للتوازن الحراري والقانون الثاني للديناميكا الحرارية"و"نظرية أسس الديناميكا الحرارية"- تعاملت مع موضوع الديناميكا الحرارية والحركة البراونية.
بحكم التعريف ، تشير الحركة البراونية إلى أنه عندما تتأرجح كمية صغيرة من الجسيمات دون اتجاه مفضل ، تنتشر في النهاية لملء الوسط بأكمله. في معالجة هذا من وجهة نظر إحصائية ، يعتقد آينشتاين أن الطاقة الحركية للجسيمات المتذبذبة في وسط يمكن نقلها إلى جزيئات أكبر ، والتي يمكن ملاحظتها بدورها تحت المجهر - مما يثبت وجود ذرات ذات أحجام مختلفة.
كانت هذه الأوراق هي الأساس لورقة 1905 حول الحركة البراونية ، والتي أظهرت أنه يمكن تفسيرها كدليل قوي على وجود الجزيئات. تم التحقق من هذا التحليل لاحقًا من قبل الفيزيائي الفرنسي جان بابتيست بيرين ، وحصل آينشتاين على جائزة نوبل للفيزياء في عام 1926. وأسس عمله النظرية الفيزيائية للحركة البراونية وأنهى الشكوك حول وجود الذرات والجزيئات ككيانات فيزيائية فعلية .
بعد بحثه عن النسبية العامة ، دخل أينشتاين في سلسلة من المحاولات لتعميم نظريته الهندسية للجاذبية لتشمل الكهرومغناطيسية كجانب آخر من كيان واحد. في عام 1950 ، وصف "نظريته الميدانية الموحدة" في مقال بعنوان "في نظرية الجاذبية المعممة"، الذي يصف محاولته حل جميع القوى الأساسية للكون في إطار واحد.
على الرغم من استمراره في الثناء على عمله ، إلا أن أينشتاين أصبح معزولًا بشكل متزايد في بحثه ، ولم تنجح جهوده في النهاية. ومع ذلك ، لا يزال حلم آينشتاين بتوحيد قوانين الفيزياء الأخرى مع الجاذبية مستمرًا حتى يومنا هذا ، مما يثري الجهود المبذولة لتطوير نظرية كل شيء (ToE) - على وجه الخصوص نظرية الأوتار ، حيث تظهر الحقول الهندسية في إعداد ميكانيكي كمّي موحد.
قاد عمله مع بودولسكي وروزين ، على أمل دحض مفهوم التشابك الكمومي ، آينشتاين وزملائه لاقتراح نموذج للثقب الدودي. من خلال استخدام نظرية شوارزشيلد حول الثقوب السوداء ، وفي محاولة لنمذجة الجسيمات الأولية باستخدام الشحنة كحل لمعادلات الجاذبية ، وصف الجسر بين بقعتين من الفضاء.
إذا كان أحد طرفي الثقب مشحونًا بشكل إيجابي ، فسيتم شحن الطرف الآخر بشكل سلبي. دفعت هذه الخصائص آينشتاين إلى الاعتقاد بأن أزواج الجسيمات والجسيمات المضادة يمكن أن تتشابك دون انتهاك قوانين النسبية. لقد شهد هذا المفهوم القليل من العمل في السنوات الأخيرة ، حيث نجح العلماء في إنشاء ثقب دودي مغناطيسي في المختبر.
وفي عام 1926 ، شارك أينشتاين وطالبه السابق Leó Szilárd في اختراع ثلاجة أينشتاين ، وهي جهاز لا يحتوي على أجزاء متحركة ويعتمد فقط على امتصاص الحرارة لتبريد محتوياته. في نوفمبر 1930 ، حصلوا على براءة اختراع لتصميمهم. ومع ذلك ، سرعان ما قوضت جهودهم بسبب عصر الاكتئاب ، واختراع الفريون ، والشركة السويدية إلكترولوكس للحصول على براءات الاختراع.
بدأت محاولات إحياء التكنولوجيا في التسعينات و العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، حيث حاولت فرق الطلاب من جورجيا تك وجامعة أكسفورد بناء نسختهم الخاصة من ثلاجة أينشتاين. نظرًا لاتصال فريون المؤكد باستنفاد الأوزون ، ورغباته في تقليل تأثيرنا على البيئة باستخدام كهرباء أقل ، يعتبر التصميم بديلاً صديقًا للبيئة وجهازًا مفيدًا للعالم النامي.
الموت والإرث:
في 17 أبريل 1955 ، عانى ألبرت أينشتاين من نزيف داخلي ناتج عن تمزق أم الدم الأبهري البطني ، والذي كان قد سعى لإجراء جراحة له قبل سبع سنوات. أخذ مسودة خطاب كان يعده لمظهر تلفزيوني ، احتفالا بالذكرى السنوية السابعة لدولة إسرائيل ، معه إلى المستشفى ، لكنه لم يعش طويلا بما يكفي لإكماله.
رفض أينشتاين الجراحة قائلاً: "أريد أن أذهب عندما أريد. لا طعم له لإطالة العمر بشكل مصطنع. لقد قمت بنصيبى ، لقد حان الوقت للذهاب. سأفعل ذلك بأناقة. " توفي في مستشفى برينستون في وقت مبكر من صباح اليوم التالي عن عمر يناهز 76 عامًا ، بعد أن استمر في العمل حتى النهاية تقريبًا.
خلال تشريح الجثة ، أزال أخصائي الأمراض في مستشفى برينستون (توماس ستولتز هارفي) دماغ آينشتاين للحفاظ عليه ، على الرغم من دون إذن عائلته. وفقًا لهارفي ، فقد فعل ذلك على أمل أن تتمكن الأجيال القادمة من علماء الأعصاب من اكتشاف سبب عبقرية أينشتاين. تم حرق رفات آينشتاين وتناثر رماده في مكان لم يكشف عنه.
طوال حياته من الإنجازات ، حصل أينشتاين على عدد لا يحصى من الأوسمة ، خلال حياته وبعد وفاته. 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.
