Hogyan harcolt Albert Einstein az európai békéért és az elméleti fizikáért

2024 Szerző: Malcolm Clapton | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 03:59

Arról, hogy a tudomány hogyan fonódott szorosan össze a politikával.

A huszadik század legelején kolosszális felfedezések születtek a fizikában, amelyek közül számos Albert Einsteinhez, az általános relativitáselmélet megalkotójához tartozott.

A tudósok az Univerzumról alkotott teljesen új nézet küszöbén álltak, ami intellektuális bátorságot, hajlandóságot, hogy elmerüljenek az elméletben, és készségeket igényelt az összetett matematikai berendezés kezelésében. A kihívást nem mindenki fogadta el, és ahogy ez időnként megesik, a tudományos viták egymásra épültek a politikai ellentétekre, amelyeket először az első világháború, majd Hitler hatalomra jutása okozott Németországban. Einstein is kulcsfigura volt, aki körül lándzsák törtek.

Einstein mindenki ellen

Az első világháború kitörését hazafias felindulás kísérte a részt vevő államok lakossága, köztük a tudósok körében.

Németországban 1914-ben 93 tudós és kulturális személyiség, köztük Max Planck, Fritz Haber és Wilhelm Roentgen kiáltványt tett közzé, amelyben kifejezte teljes támogatását az állam és az általa folytatott háború mellett: „Mi, a német tudomány és művészet képviselői tiltakozunk azelőtt. az egész kulturális világ a hazugságokkal és rágalmazásokkal szemben, amelyekkel ellenségeink megpróbálják beszennyezni Németország igazságos ügyét a rá kirótt kemény létharcban. A német militarizmus nélkül a német kultúra már a kezdetekkor elpusztult volna. A német militarizmus a német kultúra terméke, és egy olyan országban született, amely a világ egyetlen országához hasonlóan évszázadok óta volt kitéve ragadozó razziáknak."

Ennek ellenére volt egy német tudós, aki élesen felszólalt az ilyen elképzelések ellen. Albert Einstein 1915-ben kiadott egy válaszkiáltványt „Az európaiaknak”: „Soha korábban nem zavarta meg ennyire a háború a kultúrák interakcióját. A művelt és jóakaratú európaiak kötelessége, hogy ne hagyják, hogy Európa behódoljon. Ezt a fellebbezést azonban magán Einsteinen kívül csak hárman írták alá.

Einstein nemrég lett német tudós, bár Németországban született. Svájcban végezte el az iskolát és az egyetemet, majd ezt követően csaknem tíz évig Európa különböző egyetemei megtagadták a felvételét. Ez részben annak volt köszönhető, ahogy Einstein megközelítette a jelöltségét.

Így Paul Drude-nak, a fémek elektronikus elméletének megalkotójának írt levelében először rámutatott az elméletében rejlő két hibára, és csak ezután kérte felvételét.

Ennek eredményeként Einsteinnek a berni svájci szabadalmi hivatalban kellett elhelyezkednie, és csak 1909 legvégén tudott elhelyezkedni a zürichi egyetemen. És már 1913-ban maga Max Planck a leendő kémiai Nobel-díjas Walter Nernsttel együtt személyesen érkezett Zürichbe, hogy rávegye Einsteint a német állampolgárság elfogadására, Berlinbe költözésre, valamint a Porosz Tudományos Akadémia tagjává és az Intézet igazgatójává válásra. a fizika.

Einstein tudományos szempontból elképesztően eredményesnek találta a szabadalmi hivatalban végzett munkáját. „Ha valaki elhaladt mellette, beraktam a jegyzeteimet egy fiókba, és úgy tettem, mintha szabadalmi munkát végeznék” – emlékezett vissza. Az 1905-ös év annus mirabilisként, „a csodák éveként” vonult be a tudomány történetébe.

Ebben az évben az Annalen der Physik folyóirat négy cikket publikált Einsteintől, amelyekben elméletileg le tudta írni a Brown-mozgást, elmagyarázni a plancki fénykvantum-gondolatot, a fotoeffektust vagy a fémből kiszabaduló elektronok hatását. fénnyel van besugározva (JJ Thomson egy ilyen kísérletben fedezte fel az elektront), és döntően hozzájárul a speciális relativitáselmélet létrejöttéhez.

Elképesztő egybeesés: a relativitáselmélet szinte egyidőben jelent meg a kvantumelmélettel, és éppoly váratlanul és visszavonhatatlanul megváltoztatta a fizika alapjait.

A 19. században a fény hullámtermészete szilárdan megalapozott volt, és a tudósokat érdekelte, hogyan rendeződik el az anyag, amelyben ezek a hullámok terjednek.

Annak ellenére, hogy az étert (ez az anyag neve) még senki sem figyelte meg közvetlenül, nem merültek fel kétségek, hogy létezik, és áthatja az egész Univerzumot: egyértelmű volt, hogy a hullámnak valamiféle rugalmas közegben kell terjednie, a vízre dobott kőből származó körök analógiájára: a víz felszíne a kő esési pontjában oszcillálni kezd, és mivel rugalmas, a rezgések átkerülnek a szomszédos pontokra, azokból a szomszédos pontokra, és így tovább. Az atomok és elektronok felfedezése után a meglévő műszerekkel nem látható fizikai objektumok léte sem lepett meg senkit.

Az egyik egyszerű kérdés, amelyre a klasszikus fizika nem talált választ, ez volt: elviszik-e az étert a benne mozgó testek? A 19. század végére egyes kísérletek meggyőzően kimutatták, hogy az étert a mozgó testek teljesen elvitték, míg mások, és nem kevésbé meggyőzően, hogy csak részben vitték el.

A vízen lévő körök egy példája a rugalmas közegben lévő hullámnak. Ha a mozgó test nem viszi magával az étert, akkor a fény testhez viszonyított sebessége az éterhez viszonyított fénysebesség és magának a testnek az összege lesz. Ha teljesen magával ragadja az étert (mint ez viszkózus folyadékban való mozgáskor történik), akkor a fény testhez viszonyított sebessége egyenlő lesz az éterhez viszonyított fénysebességgel, és semmilyen módon nem függ az éter sebességétől. maga a test.

Louis Fizeau francia fizikus 1851-ben kimutatta, hogy az étert részben elviszi a mozgó vízsugár. Az amerikaiak, Albert Michelson és Edward Morley 1880-1887-ig tartó kísérletsorozat során egyrészt nagyobb pontossággal erősítették meg Fizeau következtetését, másrészt kiderítették, hogy a Nap körül keringő Föld teljesen magával ragad. az éter vele, vagyis a fénysebesség a Földön független attól, hogyan mozog.

Annak meghatározására, hogy a Föld hogyan mozog az éterhez képest, Michelson és Morley egy speciális műszert, egy interferométert építettek (lásd az alábbi ábrát). A forrásból származó fény a félig átlátszó lemezre esik, ahonnan részben visszaverődik az 1 tükörben, és részben átjut a 2 tükörbe (a tükrök azonos távolságra vannak a lemeztől). A tükrökről visszaverődő sugarak ezután ismét a félig átlátszó lemezre esnek, és onnan együtt jutnak el a detektorhoz, amelyen interferenciamintázat keletkezik.

Ha a Föld az éterhez képest elmozdul, például a 2. tükör irányába, akkor a fénysebesség vízszintes és függőleges irányban nem esik egybe, ami a különböző tükrökről visszaverődő hullámok fáziseltolódásához vezet. detektor (például a jobb alsó ábrán látható módon). A valóságban nem figyeltek meg elmozdulást (lásd balra lent).

Einstein kontra Newton

Lorentznek és Henri Poincaré francia matematikusnak az éter mozgásának és a benne lévő fény terjedésének megértésére tett kísérletei során azt kellett feltételeznie, hogy a mozgó testek méretei az álló testek méreteihez képest változnak, és ráadásul az idő is megváltozik. a mozgó testek lassabban áramlanak. Nehéz elképzelni – és Lorentz ezeket a feltevéseket inkább matematikai trükkként, mint fizikai hatásként kezelte –, de lehetővé tették a mechanika, a fény elektromágneses elméletének és a kísérleti adatoknak az összeegyeztetését.

Einstein 1905-ben két cikkében képes volt ezen intuitív megfontolások alapján egy koherens elméletet alkotni, amelyben mindezek a csodálatos hatások két posztulátum következményei:

• a fénysebesség állandó, és nem függ a forrás és a vevő mozgásától (és körülbelül 300 000 kilométer per másodperc);
• bármely fizikai rendszerre a fizikai törvények ugyanúgy hatnak, függetlenül attól, hogy gyorsulás nélkül mozog (bármilyen sebességgel), vagy nyugalomban van.

És levezette a leghíresebb fizikai képletet - E = mc²! Ezenkívül az első posztulátum miatt az éter mozgása megszűnt, és Einstein egyszerűen elhagyta – a fény terjedhet az ürességben.

Az időtágító hatás különösen az ikrek híres paradoxonához vezet. Ha a két iker közül az egyik, Ivan egy űrhajón megy a csillagok felé, és a második, Péter továbbra is a Földön vár rá, akkor visszatérése után kiderül, hogy Iván kevesebbet öregedett, mint Péter. gyorsan mozgó űrhajója lassabban áramlott.mint a Földön.

Ez a hatás, csakúgy, mint a relativitáselmélet és a közönséges mechanika közötti egyéb különbségek, csak a fénysebességgel összemérhető, óriási mozgási sebességnél jelentkezik, ezért a mindennapi életben soha nem találkozunk vele. A szokásos sebességeknél, amelyekkel a Földön találkozunk, a v / c tört (visszahívás, c = 300 000 kilométer per másodperc) nagyon kevéssé különbözik a nullától, és visszatérünk az iskolai mechanika ismerős és hangulatos világába.

Mindazonáltal a relativitáselmélet hatásait figyelembe kell venni például a GPS műholdak óráinak földiekkel történő szinkronizálásánál a helymeghatározó rendszer pontos működése érdekében. Emellett az idődilatáció hatása az elemi részecskék vizsgálatában nyilvánul meg. Sokuk instabil, és nagyon rövid időn belül mássá válik. Általában azonban gyorsan mozognak, és emiatt a megfigyelő szempontjából az átalakulásuk előtti idő megnyúlik, ami lehetővé teszi regisztrálásukat, tanulmányozásukat.

A speciális relativitáselmélet abból az igényből született, hogy a fény elektromágneses elméletét a gyorsan (és állandó sebességgel) mozgó testek mechanikájával össze kellett egyeztetni. Németországba költözése után Einstein befejezte általános relativitáselméletét (GTR), ahol az elektromágneses és mechanikai jelenségekhez a gravitációt is hozzáadta. Kiderült, hogy a gravitációs mező egy hatalmas tér-időtest deformációjaként írható le.

Az általános relativitáselmélet egyik következménye a sugárpálya görbülete, amikor a fény nagy tömeg közelében halad el. Az általános relativitáselmélet első kísérleti igazolására 1914 nyarán került sor, amikor napfogyatkozást figyeltek meg a Krím-félszigeten. Egy csapat német csillagászt azonban internáltak a háború kitörése miatt. Ez bizonyos értelemben megmentette az általános relativitáselmélet hírnevét, mert abban a pillanatban az elmélet hibákat tartalmazott, és téves előrejelzést adott a nyaláb elhajlási szögéről.

1919-ben Arthur Eddington angol fizikus, amikor napfogyatkozást figyelt meg az Afrika nyugati partjainál fekvő Principe-szigeten, meg tudta erősíteni, hogy egy csillag fénye (azáltal vált láthatóvá, hogy a Nap nem fogyatkozott el), elhaladva a Nap mellett, pontosan ugyanabban a szögben tér el, mint az előrejelzett Einstein-egyenletek.

Eddington felfedezése Einsteint szupersztárrá tette.

1919. november 7-én, a párizsi békekonferencia közepette, amikor úgy tűnt, minden figyelem arra összpontosult, hogyan fog létezni a világ az első világháború után, a londoni The Times című újság vezércikket közölt: „A tudomány forradalma: A Az Univerzum új elmélete, Newton elképzelései vereséget szenvedtek."

A riporterek mindenhol üldözték Einsteint, azzal a kéréssel zaklatva, hogy magyarázza el dióhéjban a relativitáselméletet, és a termek, ahol nyilvános előadásokat tartott, túlzsúfoltak voltak (ugyanakkor Einstein kortársai értékelései alapján nem volt túl jó előadó A hallgatóság nem értette az előadás lényegét, de azért eljöttek megnézni a hírességet).

1921-ben Einstein az angol biokémikussal és Izrael leendő elnökével, Chaim Weizmannal egy előadást tartott az Egyesült Államokban, hogy pénzt gyűjtsön a palesztinai zsidó telepek támogatására. A The New York Times szerint "a Metropolitan Opera minden ülését elfoglalták, a zenekari ároktól a karzat utolsó soráig több száz ember állt a folyosókon."Az újság tudósítója hangsúlyozta: "Einstein beszélt németül, de szívesen látott és hallhatott egy embert, aki az Univerzum tudományos koncepcióját a tér, az idő és a mozgás új elméletével egészítette ki, minden helyet elfoglalt a teremben."

A nagyközönség körében elért siker ellenére a relativitáselméletet nagy nehézségek árán elfogadták a tudományos közösségben.

1910 és 1921 között haladó gondolkodású kollégák tízszer jelölték Einsteint fizikai Nobel-díjra, de a konzervatív Nobel-bizottság minden alkalommal elutasította, arra hivatkozva, hogy a relativitáselmélet még nem kapott kellő kísérleti megerősítést.

Eddington expedíciója után ez egyre botrányosabbnak tűnt, és 1921-ben a bizottság tagjai, még mindig nem győződve meg, elegáns döntést hoztak: Einsteint díjjal tüntették ki, anélkül hogy a relativitáselméletet egyáltalán megemlítették volna, mégpedig: az elméleti fizika szolgálatában, és különösen a fotoelektromos hatás törvényének felfedezéséért.

Árja fizika kontra Einstein

Einstein nyugati népszerűsége fájdalmas reakciót váltott ki németországi kollégáiból, akik az 1914-es militáns kiáltvány és az első világháborús vereség után gyakorlatilag elszigetelten találták magukat. 1921-ben Einstein volt az egyetlen német tudós, aki meghívást kapott a brüsszeli Solvay Fizikai Világkongresszusra (amit azonban figyelmen kívül hagyott, és Weizmann-nal az Egyesült Államokba utazott).

Ugyanakkor az ideológiai különbségek ellenére Einsteinnek sikerült baráti kapcsolatokat fenntartania hazafias kollégáinak többségével. De az egyetemisták és akadémikusok szélsőjobboldaláról Einstein áruló hírnevet szerzett, aki félrevezeti a német tudományt.

Ennek a szárnynak az egyik képviselője Philip Leonard volt. Annak ellenére, hogy 1905-ben Lenard fizikai Nobel-díjat kapott a fotoelektromos hatás által termelt elektronok kísérleti vizsgálatáért, mindig szenvedett amiatt, hogy a tudományhoz való hozzájárulását nem ismerték el kellőképpen.

Először 1893-ban kölcsönadott egy saját gyártmányú kisülési csövet a Roentgennek, majd 1895-ben Roentgen felfedezte, hogy a kisülőcsövek olyan sugarakat bocsátanak ki, amelyeket a tudomány még nem ismert. Lenard úgy vélte, hogy a felfedezést legalább közösnek kell tekinteni, de a felfedezés és az 1901-es fizikai Nobel-díj minden dicsősége egyedül Roentgené volt. Lenard felháborodott, és kijelentette, hogy ő a sugarak anyja, míg Roentgen csak szülésznő. Ugyanakkor nyilvánvalóan Roentgen nem használta a Lenard csövet a döntő kísérletekben.

A kisülési cső, amellyel Lenard az elektronokat tanulmányozta a fotoelektromos hatásban, és Roentgen felfedezte a sugárzását

A kisülési cső, amellyel Lenard az elektronokat tanulmányozta a fotoelektromos hatásban, és Roentgen felfedezte a sugárzását

Másodszor, Lenardot mélyen megsértette a brit fizika. Vitatta Thomson elektronfelfedezésének elsőbbségét, és azzal vádolta az angol tudóst, hogy tévesen hivatkozik munkájára. Lenard elkészítette az atom modelljét, amely Rutherford modellje elődjének tekinthető, de ezt nem jegyezték meg megfelelően. Nem meglepő, hogy Lenard a briteket a zsoldosok és álnok kereskedők nemzetének, a németeket pedig éppen ellenkezőleg a hősök nemzetének nevezte, és az első világháború kitörése után szellemi kontinentális blokád megszervezését javasolta Nagy-Britanniában..

Harmadszor, Einstein elméletileg meg tudta magyarázni a fotoelektromos hatást, és Lenard 1913-ban, még a háborúval kapcsolatos nézeteltérések előtt, még professzori állást is ajánlott neki. De a Nobel-díjat a fotoelektromos hatás törvényének felfedezéséért 1921-ben egyedül Einstein kapta.

Az 1920-as évek eleje általában nehéz időszak volt Lenard számára. Összecsapott a lelkes baloldali hallgatókkal, és nyilvánosan megalázták, amikor a zsidó származású liberális politikus és Walter Rathenau német külügyminiszter meggyilkolása után nem volt hajlandó leengedni a zászlót heidelbergi intézete épületére.

Államadósságba fektetett megtakarításait az infláció kiégette, egyetlen fia pedig 1922-ben meghalt a háború alatti alultápláltság következtében. Lenard hajlamossá vált azt gondolni, hogy Németország problémái (beleértve a német tudományt is) egy zsidó összeesküvés következményei.

Lénárd közeli munkatársa volt ekkor Johannes Stark, az 1919-es fizikai Nobel-díjas, aki szintén hajlamos volt a zsidók machinációit okolni saját kudarcaiért. A háború után Stark a liberális Fizikai Társasággal szemben megalakította a konzervatív "egyetemi tanárok német szakmai közösségét", amelynek segítségével megpróbálta ellenőrizni a kutatás finanszírozását, a tudományos és oktatói kinevezéseket, de nem járt sikerrel.. Egy végzős hallgató sikertelen védelme után 1922-ben Stark kijelentette, hogy Einstein tisztelői veszik körül, és lemondott az egyetem professzori posztjáról.

1924-ben, hat hónappal a sörpuccs után, a Grossdeutsche Zeitung megjelentette Lenard és Stark cikkét "Hitler szelleme és tudománya" címmel. A szerzők Hitlert a tudomány olyan óriásaival hasonlították össze, mint Galilei, Kepler, Newton és Faraday ("Micsoda áldás, hogy ez a testben lévő zseni közöttünk él!"), valamint dicsérték az árja zsenijét és elítélték a korrupt judaizmust.

Lenard és Stark szerint a tudományban a káros zsidó befolyás az elméleti fizika új irányaiban - a kvantummechanikában és a relativitáselméletben - nyilvánult meg, amelyek megkövetelték a régi fogalmak elutasítását, és bonyolult és ismeretlen matematikai apparátust használtak.

Az idősebb tudósok számára, még az olyan tehetségesek számára is, mint Lenard, ez olyan kihívás volt, amelyet kevesen tudtak elfogadni.

Lenard szembeállította a "zsidó", vagyis az elméleti fizikát az "árja", azaz kísérletivel, és követelte, hogy a német tudomány az utóbbira összpontosítson. A „Német fizika” című tankönyv előszavában ezt írta: „Német fizika? - kérdezik majd az emberek. Mondhatnám úgy is, hogy az árja fizikája, vagy az északi emberek fizikája, az igazságkeresők fizikája, a tudományos kutatás alapítóinak fizikája."

Lenard és Stark "árja fizikája" sokáig marginális jelenség maradt, és Németországban különféle származású fizikusok foglalkoztak a legmagasabb szintű elméleti és kísérleti kutatásokkal.

Mindez megváltozott, amikor 1933-ban Adolf Hitler Németország kancellárja lett. Einstein, aki akkoriban az Egyesült Államokban tartózkodott, lemondott német állampolgárságáról és a Tudományos Akadémia tagságáról, Max Planck Akadémia elnöke pedig üdvözölte ezt a döntést: „A politikai nézeteinket megosztó mély szakadék ellenére személyes barátságunk mindig változatlan marad. – biztosította, hogy ez Einstein személyes levelezése. Az akadémia egyes tagjait ugyanakkor bosszantotta, hogy Einsteint nem tiltották ki demonstratívan onnan.

Johannes Stark hamarosan a Fizikai és Technológiai Intézet és a Német Kutatótársaság elnöke lett. A következő évben a fizikusok negyede és az elméleti fizikusok fele elhagyta Németországot.