Oficina Universal de Patentes
Einstein (1879-1955) fue un judío alemán. Creó la teoría de la relatividad que representa la ciencia moderna, sentó las bases teóricas para el desarrollo de la energía nuclear y marcó el comienzo de una nueva era de la ciencia moderna con su influencia de gran alcance y su aplicación generalizada. Es reconocido como el mayor científico y pensador. desde Galileo y Newton. Ganador del Premio Nobel de Física de 1921.
El milagro de 1905
Del 65438 al 0905, Einstein creó un milagro sin precedentes en la historia de la ciencia. Este año escribió seis artículos. En los seis meses comprendidos entre marzo y septiembre, utilizó su tiempo libre después de trabajar ocho horas al día en la Oficina de Patentes para hacer cuatro contribuciones trascendentales en tres campos. Publicó cuatro artículos importantes sobre la teoría cuántica de la luz, la medición del tamaño molecular, la teoría del movimiento browniano y la relatividad especial.
En marzo de 1905, Einstein envió el artículo que creía correcto a la redacción de los "Anales físicos" alemanes. Tímidamente le dijo al editor: "Me encantaría que pudiera encontrarme un espacio para publicar este artículo en su informe anual". El "incómodo" artículo se llamaba "Sobre la generación y transformación de la luz". ".
Este artículo amplía el concepto cuántico propuesto por Planck en 1900 a la propagación de la luz en el espacio, y propone la hipótesis cuántica de la luz. Se cree que: para el tiempo promedio, la luz aparece como fluctuaciones; para los valores instantáneos, la luz aparece como partículas. Esta es la primera vez en la historia que se revela la unidad de las fluctuaciones y partículas de objetos microscópicos, es decir, la dualidad onda-partícula.
Al final de este artículo, explicó el efecto fotoeléctrico de una manera fácil de entender utilizando el concepto de cuantos de luz, y dedujo la relación entre la energía máxima de los fotoelectrones y la frecuencia de la luz incidente. . Esta relación no fue confirmada por los experimentos de Millikan hasta 10 años después. En 1921, Einstein ganó el Premio Nobel de Física por su "descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico".
¿Esto es sólo el comienzo, Albert? Einstein hizo rápidos progresos en los tres campos de la luz, el calor y la física eléctrica y estaba fuera de control. En abril de 1905, Einstein completó un nuevo método para determinar el tamaño de las moléculas. En mayo, completó el movimiento de partículas suspendidas en un líquido estacionario requerido por la teoría del movimiento molecular térmico. Aquí hay dos artículos sobre el movimiento browniano. El propósito de Einstein en ese momento era determinar el tamaño real de las moléculas observando el movimiento irregular de las partículas suspendidas causado por las fluctuaciones en el movimiento molecular, resolviendo así la cuestión de si existen átomos que había sido debatida en los círculos científicos y filosóficos durante más de la mitad. un siglo.
Tres años después, el físico francés Perrin confirmó las predicciones teóricas de Einstein con experimentos precisos. Esto demostró indiscutiblemente la existencia objetiva de átomos y moléculas. Esto también llevó al químico alemán Ostwald, el más decidido oponente del fundador de la teoría atómica y de la energía, a declarar proactivamente en 1908 que "la hipótesis atómica se ha convertido en una ciencia con una base sólida". fundamento." teoría".
En junio de 1905, Einstein completó el extenso artículo "Sobre la electrodinámica de los cuerpos de transporte", que marcó el comienzo de una nueva era de la física, y propuso por completo la teoría especial de la relatividad. Este es el resultado de los 10 años de elaboración y exploración de Einstein. Resolvió en gran medida la crisis de la física clásica de finales del siglo XIX, cambió la visión del espacio-tiempo de la mecánica newtoniana, reveló la equivalencia de materia y energía y creó una nueva. mundo. El mundo de la física es la mayor revolución en el campo de la física moderna.
La relatividad especial no solo puede explicar todos los fenómenos que pueden explicarse mediante la física clásica, sino que también puede explicar algunos fenómenos físicos que no pueden explicarse mediante la física clásica y predecir muchos efectos nuevos. La conclusión más importante de la teoría especial de la relatividad es que el principio de conservación de la masa pierde su independencia y se integra con la ley de conservación de la energía, provocando que masa y energía se transformen entre sí. Otros incluyen la escala lenta de los relojes, la velocidad constante de la luz, la masa cero en reposo de los fotones, etc. La mecánica clásica se ha convertido en el caso límite de la mecánica relativista a bajas velocidades. De esta manera se unifican la mecánica y el electromagnetismo a partir de la cinemática.
En septiembre de 1905, Einstein escribió un breve artículo, ¿Está relacionada la inercia de un objeto con la energía que contiene? ", como corolario de la teoría de la relatividad. La equivalencia masa-energía es la base teórica de la física nuclear y de la física de partículas, y también abrió el camino para la liberación y utilización de la energía nuclear en la década de 1940.
En estos cortos seis meses En ese momento, se puede decir que los grandes logros de Einstein en la ciencia no tienen precedentes. Incluso si abandonara el estudio de la física, incluso si solo completara cualquiera de los tres logros anteriores, Einstein todavía estaría allí. Física. Einstein dejó una huella extremadamente importante en la historia del desarrollo y marcó el comienzo de una nueva era de la física más brillante.
Después del establecimiento de la teoría especial de la relatividad, Einstein no quedó satisfecho y trató de expandirla. ámbito de aplicación del principio de relatividad a sistemas no inerciales Encontró un gran avance en el descubrimiento de Galileo de que la aceleración de los objetos en el campo gravitacional universal es la misma, y en 1907 propuso Etc. Este año, su profesor universitario y famoso geómetra. Minkovsky propuso una representación espacial de cuatro dimensiones de la relatividad especial, que proporcionó una herramienta matemática útil para el desarrollo posterior de la relatividad. Desafortunadamente, Einstein no era consciente de ello en ese momento.
El descubrimiento. El principio de equivalencia fue considerado por Einstein como el pensamiento más feliz de su vida, pero su trabajo posterior fue muy duro y dio un gran rodeo en 1911 cuando analizó la rigidez del disco y se dio cuenta de que la geometría euclidiana no lo era en los campos gravitacionales. estrictamente válido.
Al mismo tiempo, se descubrió que la variación de Lorentz no es universal y que el principio de equivalencia sólo es válido en un área infinitesimal. En este momento, Einstein ya tenía la idea de la relatividad general, pero carecía de la base matemática necesaria para establecerla.
En 1912, Einstein volvió a trabajar en su alma mater en Zurich. Con la ayuda de su compañero Grossman, profesor de matemáticas en su alma mater, encontró las herramientas matemáticas para establecer la teoría general de la relatividad en la geometría de Riemann y el análisis de tensores. Después de un año de ardua cooperación, publicaron un importante artículo "Esquema de la teoría general de la relatividad y la teoría de la gravedad" en 1913, proponiendo la teoría de la gravedad del campo calibre. Esta fue la primera vez que se combinaron la gravedad y la métrica, dando a la geometría de Riemann un significado físico real.
Pero la ecuación del campo gravitacional que obtuvieron en ese momento solo era covariante para transformaciones lineales, y no era covariante bajo ninguna transformación de coordenadas requerida por el principio de la relatividad general. Esto se debe a que Einstein no estaba familiarizado con las operaciones tensoriales en ese momento y creía erróneamente que mientras se observara la ley de conservación, se debía restringir la elección de los sistemas de coordenadas para mantener la causalidad y se debía abandonar el requisito de la covarianza universal. .
El segundo pico de logros científicos
Los tres años comprendidos entre 1915 y 1917 fueron el segundo pico de logros científicos de Einstein. Al igual que en 1905, también logró logros históricos en este campo. Además de ser reconocida como uno de los mayores logros en la historia del pensamiento humano, la teoría general de la relatividad finalmente se estableció en 1915. La teoría de las ondas gravitacionales se propuso en cuantos de radiación en 1916 y la cosmología moderna se fundó en 1917.
Después de julio de 1915, después de más de dos años de desvíos, Einstein volvió al requisito de la covarianza de todas las cosas. Desde junio de 1915 hasta el 110 de junio, se concentró en explorar nuevas ecuaciones del campo gravitacional, el 165438 de junio + 4, 11, 18 de octubre.
En el primer artículo, obtuvo la ecuación del campo gravitacional covariante universal que satisface la ley de conservación, pero añadió una restricción innecesaria. En el tercer artículo, basándose en la nueva ecuación del campo gravitacional, se calculó que la desviación de la luz que pasa a través de la superficie del Sol era de 1,7 segundos de arco y que la precesión del perihelio de Mercurio era de 43 segundos cada 100 años, resolviendo por completo un problema. en astronomía durante los últimos 60 años. Gran problema.
En su artículo "Ecuaciones del campo gravitacional" del 25 de octubre de 19115, abandonó las restricciones innecesarias sobre el grupo de transformación, estableció una ecuación covariante del campo gravitacional verdaderamente universal y declaró la teoría general de la relatividad como una ecuación lógica. La estructura finalmente está terminada. En la primavera de 1916, Einstein escribió un artículo resumido "Los fundamentos de la relatividad general"; a finales del mismo año, apareció un folleto popular "Sobre la teoría general y especial de la relatividad".
En junio de 1916, mientras estudiaba la integral aproximada de la ecuación del campo gravitacional, Einstein descubrió que un sistema mecánico inevitablemente emitiría ondas gravitacionales que se propagaban a la velocidad de la luz cuando ésta cambiaba, y propuso así la teoría de las ondas gravitacionales. . En 1979, 24 años después de la muerte de Einstein, se demostró indirectamente la existencia de ondas gravitacionales.
En 1917, Einstein utilizó los resultados de la relatividad general para estudiar la estructura espacio-temporal del universo y publicó su innovador artículo "Investigación del universo basada en la relatividad general". Se analiza el concepto tradicional de “el universo es infinito en el espacio” y se señala que es incompatible con la teoría de la gravedad de Newton y la relatividad general. En su opinión, la posible salida es considerar el universo como una región continua cerrada con un volumen espacial limitado y utilizar argumentos científicos para inferir que el universo es infinito en el espacio. Se trata de una iniciativa audaz en la historia de la humanidad, que hace que la cosmología se deshaga de la pura especulación y entre en el campo de la ciencia moderna.
Una exploración larga y difícil
Después de completar la relatividad general, Einstein todavía se sentía insatisfecho, por lo que quiso ampliar la relatividad general para incluir no sólo el campo gravitacional, sino también el campo electromagnético. campo. Creía que esta era la tercera etapa en el desarrollo de la relatividad, es decir, la teoría del campo unificado.
Después de 1925, Einstein hizo todo lo posible para explorar una teoría de campo unificado. En los primeros años fue muy optimista y creía que la victoria estaba a la vista; luego descubrió que había muchas dificultades. Creía que las herramientas matemáticas existentes eran insuficientes. Exploración de las matemáticas puras después de 1928. Probó varios métodos pero no pudo obtener ningún resultado de importancia física real.
En los 30 años transcurridos entre 1925 y 1955, además de completar la mecánica cuántica, las ondas gravitacionales y la relatividad general, Einstein dedicó casi toda su energía científica y creativa a la exploración de una teoría de campo unificado.
En 1937, con la cooperación de dos asistentes, derivó las ecuaciones de movimiento a partir de las ecuaciones del campo gravitacional de la relatividad general, revelando aún más la unidad del espacio-tiempo, la materia y el movimiento, lo que supuso un paso importante. En la relatividad general, el desarrollo fue también el último gran logro alcanzado por Einstein en sus actividades de creación científica.
Nunca ha triunfado con la misma teoría. Nunca se desanima y siempre empieza desde el principio con confianza. Debido a que estaba lejos de la corriente principal de la investigación física en ese momento, se fue solo a superar problemas que eran irresolubles en ese momento. Así que, contrariamente a la situación de la década de 1920, en sus últimos años estuvo muy aislado en la comunidad física. Sin embargo, no tuvo miedo y siguió inquebrantablemente su propio camino. Hasta el día antes de su muerte, todavía se preparaba para continuar sus cálculos matemáticos sobre la teoría de campos unificados en su cama de hospital.