Vào cuối thiên niên kỷ, Thế giới vật lý tạp chí đã tiến hành một cuộc thăm dò nơi họ đã hỏi 100 nhà vật lý hàng đầu thế giới mà họ coi là nhà khoa học vĩ đại nhất mọi thời đại. Ngoài việc là nhà khoa học nổi tiếng nhất từng sống, Albert Einstein còn là một cái tên quen thuộc, đồng nghĩa với thiên tài và sự sáng tạo vô tận.
Là người phát hiện ra Thuyết tương đối đặc biệt và tổng quát, Einstein đã cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về thời gian, không gian và vũ trụ. Khám phá này, cùng với sự phát triển của cơ học lượng tử, đã thực sự chấm dứt kỷ nguyên Vật lý Newton và phát triển đến thời đại hiện đại. Trong khi hai thế kỷ trước đã được đặc trưng bởi lực hấp dẫn phổ quát và các khung tham chiếu cố định, Einstein đã giúp mở ra một thời đại không chắc chắn, các lỗ đen và hành động đáng sợ ở khoảng cách xa.
Đầu đời:
Albert Einstein được sinh ra vào ngày 14 tháng 3 năm 1879, tại thành phố Ulm, sau đó là một phần của Vương quốc Wurttenmberg (nay là bang liên bang Baden-Wurmern của Đức). Cha mẹ của anh là Hermann Einstein (một nhân viên bán hàng và kỹ sư) và Pauline Koch, những người Do Thái Ashkenazi không quan sát - một cộng đồng mở rộng của những người Do Thái nói tiếng Yiddish sống ở Đức và Trung Âu.
Năm 1880, khi anh mới sáu tuần tuổi, gia đình Einstein, chuyển đến Munich, nơi cha anh và chú của anh thành lập Elektrotechische Fabrik J. Einstein và Cie (một công ty sản xuất thiết bị điện dựa trên dòng điện trực tiếp). Năm 1894, công ty cha của ông đã thất bại và gia đình chuyển đến Ý trong khi Einstein vẫn ở Munich để hoàn thành việc học.
Giáo dục:
Năm 1884, Albert Einstein theo học tại một trường tiểu học Công giáo, nơi ông ở lại cho đến năm 1887. Vào thời điểm đó, ông chuyển đến Nhà thi đấu Luitpold, nơi ông được giáo dục tiểu học và trung học tiên tiến. Cha anh đã hy vọng rằng Einstein sẽ theo bước chân của mình và đi vào ngành kỹ thuật điện, nhưng Einstein gặp khó khăn với các phương pháp giảng dạy của trường, thích tự học để học vẹt.
Đó là trong chuyến thăm gia đình ông ở Ý năm 1894, Einstein đã viết một bài tiểu luận ngắn có tựa đề về cuộc điều tra về tình trạng của Ether trong một trường từ trường - đây sẽ là ấn phẩm khoa học đầu tiên của ông. Năm 1895, Einstein tham gia kỳ thi tuyển sinh vào Đại học Bách khoa Liên bang Thụy Sĩ tại Zürich - hiện được gọi là Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurich).
Mặc dù anh ta không đáp ứng được tất cả các yêu cầu, anh ta đã đạt được điểm đặc biệt về vật lý và toán học. Theo lời khuyên của hiệu trưởng trường đại học bách khoa Zürich, ông đã theo học tại trường bang Argovian ở Aarau, Thụy Sĩ, để hoàn thành việc học trung học. Điều này ông đã làm trong khoảng thời gian 1895-96, trong khi ở với gia đình của một giáo sư.
Vào tháng 9 năm 1896, ông đã vượt qua kỳ thi xuất cảnh Thụy Sĩ với hầu hết các điểm tốt, bao gồm điểm cao nhất trong các môn vật lý và toán học. Mặc dù chỉ mới 17 tuổi, anh đã đăng ký vào chương trình văn bằng giảng dạy vật lý và toán học bốn năm tại Đại học Bách khoa Zürich. Chính tại đó, anh đã gặp người vợ đầu tiên và tương lai của mình, Mileva Maric, quốc tịch Serbia và là người phụ nữ duy nhất trong số sáu sinh viên trong ngành toán học và vật lý.
Hai người sẽ kết hôn vào năm 1904 và có hai con trai, nhưng sẽ ly dị vào năm 1919 sau khi sống ly thân được 5 năm. Sau đó, Einstein đã tái hôn, lần này là với anh họ Elsa Löwenthal - người mà anh ta vẫn kết hôn cho đến khi cô qua đời vào năm 1939. Cũng trong thời gian này, Einstein tiếp tục đạt được những thành tựu khoa học vĩ đại nhất của mình.
Thành tựu khoa học:
Năm 1900, Einstein đã được trao bằng tốt nghiệp giảng dạy Bách khoa Zürich. Sau khi tốt nghiệp, anh mất gần hai năm để tìm kiếm một vị trí giảng dạy và có được quyền công dân Thụy Sĩ. Cuối cùng, và với sự giúp đỡ của người bạn và đồng nghiệp Marcel Grossmann, cha, Einsten đã đảm bảo một công việc trong Văn phòng Liên bang về Sở hữu Trí tuệ ở Bern. Năm 1903, vị trí của ông trở thành vĩnh viễn.
Phần lớn công việc của Einstein tại văn phòng bằng sáng chế có liên quan đến các câu hỏi về việc truyền tín hiệu điện và đồng bộ hóa cơ điện theo thời gian. Những vấn đề kỹ thuật này sẽ xuất hiện lặp đi lặp lại trong các thí nghiệm về Einstein, cuối cùng đưa ông đến những kết luận căn bản về bản chất của ánh sáng và mối liên hệ cơ bản giữa không gian và thời gian.
Năm 1900, ông xuất bản một bài báo có tiêu đềFolgerungen aus den CapillaritätserscheinungenNghiêng (Kết luận của người hâm mộ từ hiện tượng Capillarity). Dựa trên lý thuyết hấp dẫn phổ quát của Newton, ông đã đề xuất trong bài báo này rằng lý thuyết rằng các tương tác giữa tất cả các phân tử là một hàm phổ quát của khoảng cách, tương tự như lực hấp dẫn vuông góc. Điều này sau đó sẽ được chứng minh là không chính xác, nhưng việc xuất bản bài báo uy tínAnnalen der Physik (Tạp chí Vật lý) thu hút sự chú ý từ thế giới học thuật.
Vào ngày 30 tháng 4 năm 1905, Einstein đã hoàn thành luận án của mình dưới con mắt thận trọng của Giáo sư Alfred Kleiner, giáo sư Vật lý Thực nghiệm của trường đại học. Luận án của ông - có tiêu đề, Một quyết định mới về kích thước phân tử, đã giúp ông có bằng tiến sĩ với Đại học Zürich.
Cùng năm đó, trong một sự bùng nổ của năng lượng trí tuệ sáng tạo - thứ được gọi là của anh ấy Annus mirabilis (năm kỳ diệu) - Einstein cũng xuất bản bốn bài báo đột phá về hiệu ứng quang điện, chuyển động Brown, thuyết tương đối đặc biệt, và sự tương đương của khối lượng và năng lượng, sẽ đưa ông đến thông báo của cộng đồng khoa học quốc tế.
Đến năm 1908, ông được bổ nhiệm làm giảng viên tại Đại học Bern. Năm sau, sau khi giảng bài về điện động lực học và nguyên lý tương đối tại Đại học Zurich, Alfred Kleiner đã đề nghị ông đến khoa cho một giáo sư mới được tạo ra trong vật lý lý thuyết. Einstein được bổ nhiệm làm phó giáo sư vào năm 1909.
Vào tháng 4 năm 1911, Einstein trở thành giáo sư chính thức tại Đại học Charles-Ferdinand ở Praque, một phần của Đế quốc Áo-Hung thời bấy giờ. Trong thời gian ở Prague, ông đã viết 11 công trình khoa học, 5 trong số đó là về toán học phóng xạ và về lý thuyết lượng tử của chất rắn.
Vào tháng 7 năm 1912, ông trở về Thụy Sĩ và ETH Zürich, nơi ông dạy về cơ học phân tích và nhiệt động lực học cho đến năm 1914. Trong thời gian ở ETH Zürich, ông cũng đã nghiên cứu về cơ học liên tục, và lý thuyết phân tử về nhiệt và vấn đề hấp dẫn. Năm 1914, ông trở về Đức và được bổ nhiệm làm giám đốc của Viện Vật lý Kaiser Wilhelm (1914 sừng1932) và là giáo sư tại Đại học Humboldt của Berlin.
Ông sớm trở thành thành viên của Viện hàn lâm Khoa học Phổ, và từ năm 1916 đến 1918, ông là chủ tịch của Hiệp hội Vật lý Đức. Năm 1920, ông trở thành Thành viên nước ngoài của Viện Hàn lâm Khoa học và Nghệ thuật Hoàng gia Hà Lan và được bầu làm Thành viên nước ngoài của Hiệp hội Hoàng gia (ForMemRS) vào năm 1921.
Tình trạng người tị nạn:
Năm 1933, Einstein đến thăm Hoa Kỳ lần thứ ba. Nhưng không giống như các chuyến thăm trước đây - nơi ông đã thực hiện các chuỗi bài giảng và các chuyến lưu diễn - nhân dịp này, ông biết rằng mình không thể quay lại Đức, do sự phát triển của chủ nghĩa phát xít dưới thời Adolf Hitler. Sau khi thực hiện hai tháng thứ ba thăm giáo sư tại các trường đại học Mỹ, ông và vợ Elsa đi du lịch tới Antwerp, Bỉ vào tháng 3 năm 1933.
Khi họ đến nơi, khi biết rằng ngôi nhà của họ đã bị Đức quốc xã đột kích và chiếc thuyền buồm cá nhân của họ bị tịch thu, Einstein đã từ bỏ quyền công dân Đức. Một tháng sau, các tác phẩm của Einstein là một trong số những tác phẩm bị đốt cháy bởi Đức quốc xã, và ông được đưa vào danh sách những kẻ thù của chế độ Đức, với số tiền thưởng 5000 đô la trên đầu.
Trong thời kỳ này, Einstein đã trở thành một phần của một cộng đồng lớn những người yêu nước cũ của Đức và Do Thái ở Bỉ, nhiều người trong số họ là các nhà khoa học. Trong vài tháng đầu tiên, anh thuê một ngôi nhà ở De Haan, Bỉ, nơi anh sống và làm việc. Ông cũng tận tâm giúp đỡ các nhà khoa học Do Thái thoát khỏi sự khủng bố và giết người dưới bàn tay của Đức quốc xã.
Vào tháng 7 năm 1933, ông đến Anh theo lời mời cá nhân của người bạn và sĩ quan hải quân, chỉ huy Oliver Locker-Lampson. Trong khi ở đó, ông đã gặp gỡ với thành viên của Nghị viện Winston Churchill và cựu Thủ tướng Lloyd George, và đề nghị họ giúp đưa các nhà khoa học Do Thái ra khỏi Đức. Theo một nhà sử học, Churchill phái nhà vật lý Frederick Lindemann tới Đức để tìm kiếm các nhà khoa học Do Thái và đưa họ vào các trường đại học Anh.
Einstein sau đó đã liên lạc với các nhà lãnh đạo của các quốc gia khác, bao gồm cả Thủ tướng Thổ Nhĩ Kỳ Ismet Inönü để yêu cầu giúp đỡ tái định cư cho các công dân Do Thái chạy trốn khỏi Đức quốc xã. Vào tháng 9 năm 1933, ông viết thư cho Inönü, yêu cầu bố trí các nhà khoa học người Đức gốc Do Thái thất nghiệp. Theo kết quả của bức thư Einstein, người Do Thái mời đến Thổ Nhĩ Kỳ cuối cùng có tổng cộng hơn 1.000 cá nhân.
Mặc dù Locker-Lamspon kêu gọi quốc hội Anh mở rộng quyền công dân cho Einstein, nhưng những nỗ lực của ông đã thất bại và Einstein đã chấp nhận lời đề nghị trước đó từ Viện nghiên cứu nâng cao Princeton ở New Jersey để trở thành một học giả thường trú. Vào tháng 10 năm 1933, Einstein đến Hoa Kỳ và đảm nhận vị trí này.
Vào thời điểm đó, hầu hết các trường đại học Mỹ đều có tối thiểu hoặc không có giảng viên hoặc sinh viên Do Thái do hạn ngạch hạn chế số lượng người Do Thái có thể đăng ký hoặc giảng dạy. Những thứ này sẽ hết hạn vào năm 1940, nhưng vẫn là một rào cản cho các nhà khoa học người Mỹ gốc Do Thái tham gia đầy đủ vào cuộc sống học thuật và nhận được một nền giáo dục đại học.
Năm 1935, Einstein nộp đơn xin quyền công dân vĩnh viễn ở Mỹ, được cấp vào năm 1940. Ông sẽ ở lại Hoa Kỳ và duy trì liên kết với Viện nghiên cứu nâng cao cho đến khi ông qua đời vào năm 1955. Trong giai đoạn này, Einstein đã cố gắng phát triển lý thuyết trường thống nhất và bác bỏ cách giải thích được chấp nhận của vật lý lượng tử, cả hai đều không thành công.
Dự án Manhattan:
Trong Thế chiến II, Einstein đã đóng một vai trò quan trọng trong việc tạo ra Dự án Manhattan - phát triển bom nguyên tử. Dự án này bắt đầu sau khi Einstein được tiếp cận bởi một nhóm các nhà khoa học do nhà vật lý người Hungary Leó Szilárd tiếp cận vào năm 1939. Sau khi nghe cảnh báo của họ về chương trình vũ khí hạt nhân của Đức Quốc xã, ông đã viết một lá thư cho Tổng thống khi đó là Roosevelt, cảnh báo ông về mối nguy hiểm cực độ của một vũ khí như vậy trong tay Đức quốc xã.
Mặc dù một người theo chủ nghĩa hòa bình chưa bao giờ xem xét ý tưởng sử dụng vật lý hạt nhân vì mục đích phát triển vũ khí, Einstein vẫn lo ngại về việc Đức quốc xã sở hữu vũ khí như vậy. Do đó, ông và Szilárd, cùng với những người tị nạn khác như Edward Teller và Eugene Wigner, đã coi trách nhiệm của họ là cảnh báo cho người Mỹ về khả năng các nhà khoa học Đức có thể chiến thắng trong cuộc đua chế tạo bom nguyên tử và cảnh báo rằng Hitler sẽ sẵn sàng sử dụng vũ khí như vậy.
Theo các nhà sử học Sarah J. Diehl và James Clay Moltz, bức thư được cho là kích thích chính cho việc Hoa Kỳ áp dụng các cuộc điều tra nghiêm túc vào vũ khí hạt nhân vào đêm trước khi Hoa Kỳ tham gia Thế chiến II. Ngoài bức thư, Einstein đã sử dụng các mối liên hệ của mình với Hoàng gia Bỉ và mẹ của nữ hoàng Bỉ để được tiếp cận với một đặc phái viên đến Văn phòng Bầu dục Nhà Trắng, nơi ông gặp Roosevelt để thảo luận về mối nguy hiểm này.
Là kết quả của bức thư Einstein, và các cuộc gặp với Roosevelt, Hoa Kỳ đã khởi xướng Dự án Manhattan và huy động tất cả các nguồn lực cần thiết để nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm bom nguyên tử. Đến năm 1945, khía cạnh này của cuộc chạy đua vũ trang đã giành được bởi các cường quốc Đồng minh, vì Đức chưa bao giờ thành công trong việc tạo ra một vũ khí nguyên tử của riêng họ.
Một người theo chủ nghĩa hòa bình thấu đáo, Einstein sau đó sẽ hối hận sâu sắc về sự tham gia của ông vào việc phát triển vũ khí hạt nhân. Như ông đã nói với người bạn của mình, Linus Pauling, vào năm 1954 (một năm trước khi qua đời): Tôi đã phạm một sai lầm lớn trong cuộc đời của mình khi tôi ký bức thư cho Tổng thống Roosevelt khuyên rằng nên chế tạo bom nguyên tử; nhưng có một số lời biện minh cho mối nguy hiểm mà người Đức sẽ tạo ra cho họ.
Lý thuyết tương đối:
Mặc dù Einstein đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng trong những năm qua, và được biết đến rộng rãi nhờ đóng góp cho việc thành lập Dự án Manhattan, nhưng lý thuyết nổi tiếng nhất của ông là được thể hiện bằng phương trình đơn giản E = mc² (Ở đâu E là năng lượng, m là khối lượng, và c là tốc độ ánh sáng). Lý thuyết này sẽ đảo ngược hàng thế kỷ tư duy khoa học và chính thống.
Nhưng tất nhiên, Einstein đã không phát triển lý thuyết này trong chân không và con đường khiến ông kết luận rằng thời gian và không gian có liên quan đến người quan sát rất dài và quanh co. Giả thuyết cuối cùng của Einstein về thuyết tương đối phần lớn là một nỗ lực để dung hòa các định luật cơ học của Newton, với các định luật điện từ (như đặc trưng của phương trình Maxwell và định luật lực Lorentz).
Trong một thời gian, các nhà khoa học đã vật lộn với sự không thống nhất giữa hai lĩnh vực này, cũng được phản ánh trong vật lý Newton. Trong khi Isaac Newton đã đăng ký ý tưởng về một không gian và thời gian tuyệt đối, ông cũng tuân thủ nguyên lý tương đối của Galileo - - trong đó nêu rõ: Bất kỳ hai quan sát viên nào di chuyển với tốc độ và hướng không đổi liên quan đến nhau sẽ thu được kết quả tương tự cho tất cả các thí nghiệm cơ học.
Kể từ năm 1905, khi Einstein xuất bản bài báo bán nguyệt của mìnhVề điện động lực học của các cơ quan di chuyểnSau đó, sự đồng thuận làm việc giữa các nhà khoa học cho rằng ánh sáng truyền qua một môi trường chuyển động sẽ bị kéo theo phương tiện. Đến lượt nó, điều đó có nghĩa là tốc độ đo được của ánh sáng sẽ là một tổng đơn giản của tốc độ của nó xuyên qua phương tiện cộng với tốc độ của phương tiện đó
Giả thuyết này cũng cho rằng không gian chứa đầy aether ánh sáng, một phương tiện giả thuyết được cho là cần thiết cho sự lan truyền ánh sáng trong toàn vũ trụ. Theo đó, Ether này sẽ bị kéo theo hoặc vận chuyển bên trong vật chất chuyển động. Tuy nhiên, sự đồng thuận này dẫn đến nhiều vấn đề lý thuyết mà theo thời gian Einstein Einstein vẫn chưa được giải quyết.
Đối với một người, các nhà khoa học đã không tìm thấy một trạng thái chuyển động tuyệt đối, điều đó chỉ ra rằng nguyên lý tương đối của chuyển động (tức là chỉ quan hệ chuyển động là có thể quan sát được, và không có tiêu chuẩn nghỉ ngơi tuyệt đối) là hợp lệ. Thứ hai, cũng có một vấn đề đang diễn ra do sự khắc nghiệt của ngôi sao, một hiện tượng trong đó chuyển động rõ ràng của các thiên thể về vị trí của chúng phụ thuộc vào vận tốc của người quan sát.
Ngoài ra, các thử nghiệm được thực hiện về tốc độ ánh sáng trong nước (thí nghiệm Fizeau) chỉ ra rằng ánh sáng truyền qua môi trường chuyển động sẽ bị kéo theo phương tiện, nhưng không nhiều như mong đợi. Điều này hỗ trợ cho các thí nghiệm khác - chẳng hạn như giả thuyết kéo lê một phần Fresnel và các thí nghiệm của Sir George Stokes - đã đề xuất rằng Ether là một phần hoặc hoàn toàn được mang theo vật chất.
Lý thuyết tương đối đặc biệt của Einstein đã đột phá ở chỗ ông cho rằng tốc độ ánh sáng là như nhau trong tất cả các khung tham chiếu quán tính và đưa ra ý tưởng rằng những thay đổi lớn xảy ra khi mọi thứ di chuyển gần tốc độ ánh sáng. Chúng bao gồm khung không gian thời gian của một vật thể chuyển động dường như chậm lại và co lại theo hướng chuyển động khi được đo trong khung của người quan sát.
Được biết đến với tên Thuyết Einstein về Thuyết tương đối đặc biệt, các quan sát của ông đã điều hòa các phương trình Maxwell Lợi cho điện và từ tính với các định luật cơ học, đơn giản hóa các phép tính toán học bằng cách loại bỏ các giải thích bên ngoài được sử dụng bởi các nhà khoa học khác, và làm cho sự tồn tại của một Ether hoàn toàn thừa. Nó cũng phù hợp với tốc độ ánh sáng quan sát trực tiếp và chiếm các quang sai quan sát được.
Đương nhiên, lý thuyết Einstein Einstein đã gặp phải những phản ứng trái chiều từ cộng đồng khoa học và sẽ còn gây tranh cãi trong nhiều năm. Với một phương trình của mình, E = mc², Einstein đã đơn giản hóa rất nhiều các tính toán cần thiết để hiểu cách ánh sáng truyền đi. Ông cũng đề nghị, về mặt hiệu quả, không gian và thời gian (cũng như vật chất và năng lượng) chỉ là những biểu hiện khác nhau của cùng một thứ.
Từ năm 1907 đến 1911, khi còn làm việc tại văn phòng sáng chế, Einstein đã bắt đầu xem xét tính tương đối đặc biệt có thể được áp dụng cho các trường trọng lực - cái được gọi là Lý thuyết tương đối rộng. Điều này bắt đầu với một bài báo có tiêu đề,Về nguyên lý tương đối và các kết luận rút ra từ nóSau đó, xuất bản năm 1907, trong đó ông đề cập đến cách quy tắc tương đối đặc biệt cũng có thể áp dụng cho gia tốc.
Nói tóm lại, ông cho rằng rơi tự do thực sự là chuyển động quán tính; và đối với người quan sát, các quy tắc tương đối đặc biệt phải được áp dụng. Lập luận này còn được gọi là Nguyên lý tương đương, trong đó nêu rõ khối lượng hấp dẫn giống hệt khối lượng quán tính. Trong cùng một bài báo, Einstein cũng dự đoán hiện tượng giãn nở thời gian hấp dẫn - nơi hai nhà quan sát nằm ở các khoảng cách khác nhau từ một khối hấp dẫn nhận thấy sự khác biệt về lượng thời gian giữa hai sự kiện.
Năm 1911, Einstein đã xuất bảnVề ảnh hưởng của trọng lực đối với việc truyền bá ánh sángTiện ích mở rộng trên bài báo năm 1907. Trong bài viết này, ông dự đoán rằng một hộp chứa đồng hồ đang tăng tốc lên sẽ trải qua thời gian nhanh hơn thời gian ngồi yên trong một trường hấp dẫn không thay đổi. Ông kết luận rằng tốc độ của đồng hồ phụ thuộc vào vị trí của chúng trong trường hấp dẫn và sự khác biệt về tốc độ tỷ lệ thuận với tiềm năng hấp dẫn so với xấp xỉ đầu tiên.
Trong cùng một bài báo, ông dự đoán rằng độ lệch của ánh sáng sẽ phụ thuộc vào khối lượng của cơ thể liên quan. Điều này tỏ ra có ảnh hưởng đặc biệt, vì lần đầu tiên, anh đã đưa ra một đề xuất có thể kiểm chứng. Năm 1919, nhà thiên văn học người Đức Erwin Finlay-Freundlich kêu gọi các nhà khoa học trên thế giới kiểm tra lý thuyết này bằng cách đo độ lệch của ánh sáng trong nhật thực tháng 5 năm 1929.
Dự đoán Einstein Einstein đã được xác nhận bởi Sir Arthur Eddington, người đã quan sát những người khác được công bố ngay sau đó. Vào ngày 7 tháng 11 năm 1919, Thơi gian đã công bố kết quả dưới tiêu đề: Cách mạng khoa học - Lý thuyết mới về vũ trụ - Ý tưởng Newton lật đổ. Thuyết tương đối rộng đã phát triển thành một công cụ thiết yếu trong vật lý thiên văn hiện đại. Nó cung cấp nền tảng cho sự hiểu biết hiện tại về các lỗ đen, các vùng không gian nơi sức hút hấp dẫn mạnh đến mức thậm chí ánh sáng không thể thoát ra.
Lý thuyết lượng tử hiện đại:
Einstein cũng đã giúp thúc đẩy lý thuyết về cơ học lượng tử. Trong suốt những năm 1910, khoa học này đã mở rộng phạm vi để bao quát nhiều hệ thống khác nhau. Einstein đã đóng góp cho những phát triển này bằng cách thúc đẩy lý thuyết lượng tử ra ánh sáng và sử dụng nó để giải thích các hiệu ứng nhiệt động khác nhau trái ngược với cơ học cổ điển.
Trong bài báo năm 1905 của mình, TiếngTrên quan điểm heuristic liên quan đến việc sản xuất và biến đổi ánh sángSau đó, ông cho rằng chính ánh sáng bao gồm các hạt cục bộ (tức là lượng tử). Giả thuyết này sẽ bị những người đương thời của ông bác bỏ - bao gồm Neils Bohr và Max Planck - nhưng sẽ được chứng minh vào năm 1919 bằng các thí nghiệm đo hiệu ứng quang điện.
Ông đã mở rộng thêm về điều này trong bài báo năm 1908 của mình,Sự phát triển quan điểm của chúng tôi về thành phần và bản chất của bức xạTrước đây, ông đã chỉ ra rằng lượng tử năng lượng Max Planck phải có mô men xác định rõ và hoạt động ở một số khía cạnh như các hạt độc lập, giống như điểm. Bài báo này đã giới thiệu photon khái niệm và truyền cảm hứng cho khái niệm lưỡng tính sóng sóng (tức là ánh sáng hành xử vừa là hạt vừa là sóng) trong cơ học lượng tử.
Trong bài báo năm 1907 của mình, TiếngLý thuyết Planck từ bức xạ và lý thuyết về nhiệt dung riêngSau đó, Einstein đã đề xuất một mô hình vật chất trong đó mỗi nguyên tử trong cấu trúc mạng là một bộ dao động điều hòa độc lập - tồn tại ở các trạng thái lượng tử, cách đều nhau. Ông đề xuất lý thuyết này vì đây là một minh chứng đặc biệt rõ ràng rằng cơ học lượng tử có thể giải quyết vấn đề nhiệt cụ thể trong cơ học cổ điển.
Năm 1917, Einstein đã xuất bản một bài báo có tiêu đề, TiếngVề lý thuyết lượng tử của bức xạTổ chức đề xuất khả năng phát xạ kích thích, quá trình vật lý tạo ra khả năng khuếch đại vi sóng và laser. Bài báo này có ảnh hưởng rất lớn trong sự phát triển sau này của cơ học lượng tử, bởi vì đây là bài báo đầu tiên cho thấy rằng số liệu thống kê về sự chuyển đổi nguyên tử có những định luật đơn giản.
Công việc này sẽ tiếp tục truyền cảm hứng cho bài viết năm 1926 của Erwin SchrödingerLượng tử hóa như một vấn đề EigenvalueSiêng năng. Trong bài viết này, ông đã xuất bản phương trình Schrödinger nổi tiếng hiện nay của mình, nơi ông mô tả trạng thái lượng tử của một hệ lượng tử thay đổi theo thời gian. Bài viết này đã được tôn vinh trên toàn cầu là một trong những thành tựu quan trọng nhất của thế kỷ XX và tạo ra một cuộc cách mạng trong hầu hết các lĩnh vực cơ học lượng tử, cũng như tất cả các vật lý và hóa học.
Thật thú vị, theo thời gian, Einstein sẽ trở nên khó chịu với lý thuyết cơ học lượng tử mà ông đã giúp tạo ra, cảm thấy rằng nó đang truyền cảm hứng cho một cảm giác hỗn loạn và ngẫu nhiên trong khoa học. Để đáp lại, ông đã đưa ra câu nói nổi tiếng của mình: Thần không chơi ở xúc xắc, và quay lại nghiên cứu về các hiện tượng lượng tử.
Điều này khiến ông đề xuất nghịch lý Einstein về Podolsky, Rosen (nghịch lý EPR) được đặt theo tên của Einstien và các cộng sự của ông - Boris Podolisky và Nathan Rosen. Trong bài báo năm 1935 của họ có tiêu đề, mô tả cơ học lượng tử của Can Can về thực tế vật lý được coi là hoàn chỉnh?, Họ tuyên bố chứng minh rằng sự vướng víu lượng tử đã vi phạm quan điểm hiện thực địa phương về quan hệ nhân quả - với Einstein coi đó là hành động ma quái ở khoảng cách xa.
Khi làm như vậy, họ khẳng định rằng hàm sóng của cơ học lượng tử không cung cấp một mô tả đầy đủ về thực tế vật lý, một nghịch lý quan trọng sẽ có ý nghĩa quan trọng đối với việc giải thích cơ học lượng tử. Mặc dù nghịch lý EPR sẽ được chứng minh là không chính xác sau cái chết của Einstein, nhưng nó đã góp phần vào một lĩnh vực mà ông đã giúp tạo ra, nhưng sau đó sẽ cố gắng từ chối cho đến cuối ngày.
Liên tục vũ trụ và lỗ đen:
Năm 1917, Einstein đã áp dụng Lý thuyết tương đối tổng quát để mô hình hóa cấu trúc của vũ trụ nói chung. Mặc dù ông thích ý tưởng về một vũ trụ là vĩnh cửu và không thay đổi, nhưng điều này không phù hợp với lý thuyết của ông về thuyết tương đối, dự đoán rằng vũ trụ đang ở trong trạng thái giãn nở hoặc co lại.
Để giải quyết điều này, Einstein đã đưa ra một khái niệm mới cho lý thuyết, được gọi là Hằng số vũ trụ (đại diện bởi một Lambda). Mục đích của việc này là để khắc phục ảnh hưởng của trọng lực và cho phép toàn bộ hệ thống duy trì một khối cầu tĩnh, vĩnh cửu. Tuy nhiên, vào năm 1929, Edwin Hubble đã xác nhận rằng vũ trụ đang mở rộng. Sau khi viếng thăm Đài thiên văn Núi Wilson với Hubble, Einstein đã chính thức loại bỏ hằng số vũ trụ.
Tuy nhiên, khái niệm này đã được xem xét lại vào cuối năm 2013, khi một bản thảo chưa được phát hiện trước đó của Einstein (có tựa đề làVề vấn đề vũ trụ") được phát hiện. Trong bản thảo này, Einstein đã đề xuất sửa đổi mô hình, trong đó hằng số chịu trách nhiệm tạo ra vật chất mới khi vũ trụ mở rộng - do đó đảm bảo rằng mật độ trung bình của vũ trụ không bao giờ thay đổi.
Điều này phù hợp với mô hình vũ trụ Steady State đã lỗi thời (được đề xuất sau năm 1949) và với sự hiểu biết hiện đại về năng lượng tối ngày nay. Về bản chất, những gì Einstein mô tả trong nhiều tiểu sử của ông là lỗi lầm lớn nhất của ông, cuối cùng sẽ được đánh giá lại và được coi là một phần của một bí ẩn lớn hơn của vũ trụ - sự tồn tại của khối lượng và năng lượng vô hình duy trì sự cân bằng vũ trụ.
Năm 1915, vài tháng sau khi Einstein công bố Lý thuyết tương đối tổng quát, nhà vật lý và thiên văn học người Đức Karl Schwarzschild đã tìm ra giải pháp cho phương trình trường Einstein mô tả trường hấp dẫn của một điểm và khối lượng hình cầu. Giải pháp này, hiện được gọi là bán kính Schwarzschild, mô tả một điểm mà khối lượng của một quả cầu bị nén đến mức tốc độ thoát ra khỏi bề mặt sẽ bằng tốc độ ánh sáng.
Trong thời gian, các nhà vật lý khác đã đi đến kết luận tương tự một cách độc lập. Năm 1924, nhà vật lý thiên văn người Anh Arthur Eddington đã bình luận về cách lý thuyết của Einstein cho phép chúng ta loại trừ mật độ quá lớn đối với các ngôi sao có thể nhìn thấy, tuyên bố rằng chúng sẽ tạo ra rất nhiều độ cong của thước đo không gian mà không gian sẽ đóng xung quanh ngôi sao, khiến chúng ta rời xa ngôi sao bên ngoài (tức là hư không).
Năm 1931, nhà vật lý thiên văn người Mỹ gốc Ấn Subrahmanyan Chandrasekhar đã tính toán, sử dụng Thuyết tương đối đặc biệt, rằng một vật thể không bị thoái hóa của vật chất thoái hóa điện tử trên một khối lượng giới hạn nhất định sẽ tự sụp đổ. Vào năm 1939, Robert Oppenheimer và những người khác đã đồng tình với phân tích của Chandrasekhar, cho rằng các sao neutron vượt quá giới hạn quy định sẽ sụp đổ thành các lỗ đen và kết luận rằng không có định luật vật lý nào có thể can thiệp và ngăn chặn ít nhất một số ngôi sao sụp đổ thành hố đen.
Oppenheimer và các đồng tác giả đã giải thích điểm kỳ dị ở ranh giới bán kính Schwarzschild khi chỉ ra rằng đây là ranh giới của một bong bóng trong đó thời gian dừng lại. Đối với người quan sát bên ngoài, họ sẽ thấy bề mặt của ngôi sao bị đóng băng kịp thời ngay khi sụp đổ, nhưng một người quan sát không hoàn hảo sẽ có một trải nghiệm hoàn toàn khác.
Thành tựu khác:
Ngoài việc cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về thời gian, không gian, chuyển động và trọng lực với các lý thuyết của ông về thuyết tương đối đặc biệt và tổng quát, Einstein còn có nhiều đóng góp khác cho lĩnh vực vật lý. Trên thực tế, Einstein đã xuất bản hàng trăm cuốn sách và bài báo trong cuộc đời ông, cũng như hơn 300 bài báo khoa học và 150 bài báo không khoa học.
Vào ngày 5 tháng 12 năm 2014, các trường đại học và tài liệu lưu trữ trên khắp thế giới đã bắt đầu phát hành chính thức các tài liệu thu thập Einstein Einstein, bao gồm hơn 30.000 tài liệu độc đáo. Ví dụ, hai bài báo được xuất bản năm 1902 và 1903 -Lý thuyết động học về cân bằng nhiệt và của định luật nhiệt động thứ haiVàMột lý thuyết về nền tảng của nhiệt động lực họcXấu - xử lý chủ đề nhiệt động lực học và chuyển động Brown.
Theo định nghĩa, chuyển động Brown nói rằng khi một lượng nhỏ các hạt đang dao động không có hướng ưa thích, cuối cùng chúng sẽ lan rộng để lấp đầy toàn bộ môi trường. Giải quyết vấn đề này theo quan điểm thống kê, Einstein tin rằng động năng của các hạt dao động trong môi trường có thể được truyền tới các hạt lớn hơn, từ đó có thể quan sát được dưới kính hiển vi - do đó chứng minh sự tồn tại của các nguyên tử có kích thước khác nhau.
Những bài báo này là nền tảng cho bài báo năm 1905 về chuyển động Brown, cho thấy nó có thể được hiểu là bằng chứng vững chắc cho thấy các phân tử tồn tại. Phân tích này sau đó sẽ được xác nhận bởi nhà vật lý người Pháp Jean-Baptiste Perrin và Einstein đã được trao giải thưởng Nobel về vật lý năm 1926. Công trình của ông đã thiết lập lý thuyết vật lý về chuyển động Brown và chấm dứt sự hoài nghi về sự tồn tại của các nguyên tử và phân tử như là các thực thể vật lý thực sự. .
Sau nghiên cứu về Thuyết tương đối rộng, Einstein đã tham gia vào một loạt các nỗ lực nhằm khái quát hóa lý thuyết hấp dẫn hình học của mình để bao gồm điện từ như một khía cạnh khác của một thực thể duy nhất. Năm 1950, ông đã mô tả lý thuyết lĩnh vực thống nhất của mình, trong một bài báo có tên làVề lý thuyết tổng quát về trọng lựcTiết, mô tả nỗ lực của mình để giải quyết tất cả các lực lượng cơ bản của vũ trụ vào một khuôn khổ.
Mặc dù ông tiếp tục được ca ngợi vì công việc của mình, Einstein ngày càng bị cô lập trong nghiên cứu của mình, và những nỗ lực của ông cuối cùng đã không thành công. Tuy nhiên, Einstein, giấc mơ thống nhất các định luật vật lý khác với lực hấp dẫn vẫn tiếp tục cho đến ngày nay, thông báo những nỗ lực phát triển Lý thuyết vạn vật (ToE) - đặc biệt là Lý thuyết chuỗi, trong đó các trường hình học xuất hiện trong một môi trường cơ học lượng tử thống nhất.
Công việc của ông với Podolsky và Rosen, với hy vọng bác bỏ khái niệm về sự vướng víu lượng tử, cũng khiến Einstein và các đồng nghiệp của ông đề xuất một mô hình về một lỗ sâu đục. Bằng cách sử dụng lý thuyết Schwarzschild trên các lỗ đen và trong nỗ lực mô hình hóa các hạt cơ bản có điện tích như một giải pháp cho các phương trình trường hấp dẫn, ông đã mô tả một cây cầu giữa hai mảng không gian.
Nếu một đầu của lỗ giun được tích điện dương, đầu kia sẽ bị tích điện âm. Những tính chất này khiến Einstein tin rằng các cặp hạt và phản hạt có thể bị vướng víu mà không vi phạm các quy luật tương đối. Khái niệm này đã thấy khá nhiều công việc trong những năm gần đây, với các nhà khoa học đã tạo thành công một lỗ sâu đục từ tính trong phòng thí nghiệm.
Và vào năm 1926, Einstein và học trò cũ Leó Szilárd đã phát minh ra tủ lạnh Einstein, một thiết bị không có bộ phận chuyển động và chỉ dựa vào sự hấp thụ nhiệt để làm mát nội dung của nó. Vào tháng 11 năm 1930, họ đã được trao bằng sáng chế cho thiết kế của họ. Tuy nhiên, những nỗ lực của họ đã sớm bị hủy hoại bởi Thời đại Trầm cảm, phát minh ra Freon và công ty Thụy Điển Electrolux có được bằng sáng chế của họ.
Nỗ lực hồi sinh công nghệ bắt đầu từ những năm 90 và 2000, với các nhóm sinh viên từ Georgia Tech và Đại học Oxford đang cố gắng xây dựng phiên bản tủ lạnh Einstein của riêng họ. Do kết nối đã được chứng minh của Freon với sự suy giảm tầng ozone và mong muốn giảm tác động của chúng ta đến môi trường bằng cách sử dụng ít điện hơn, thiết kế được coi là một lựa chọn thân thiện với môi trường và là thiết bị hữu ích cho thế giới đang phát triển.
Cái chết và di sản:
Vào ngày 17 tháng 4 năm 1955, Albert Einstein đã trải qua chảy máu bên trong do vỡ phình động mạch chủ bụng, mà ông đã tìm cách phẫu thuật trong bảy năm trước đó. Anh ta lấy bản thảo bài diễn văn mà anh ta đang chuẩn bị xuất hiện trên truyền hình, kỷ niệm lần thứ bảy của Nhà nước Israel, cùng anh ta đến bệnh viện, nhưng anh ta không sống đủ lâu để hoàn thành nó.
Einstein đã từ chối phẫu thuật, nói rằng: Tôi muốn đi khi tôi muốn. Thật vô vị khi kéo dài cuộc sống một cách giả tạo. Tôi đã thực hiện chia sẻ của mình, đã đến lúc phải đi. Tôi sẽ làm điều đó một cách tao nhã. Ông qua đời tại Bệnh viện Princeton vào sáng sớm hôm sau ở tuổi 76, tiếp tục làm việc cho đến gần cuối.
Trong quá trình khám nghiệm tử thi, nhà nghiên cứu bệnh học của Bệnh viện Princeton (Thomas Stoltz Harvey) đã loại bỏ não Einstein Einstein để bảo tồn, mặc dù không có sự cho phép của gia đình. Theo Harvey, ông đã thực hiện điều này với hy vọng rằng các thế hệ nhà khoa học thần kinh trong tương lai sẽ có thể khám phá ra nguyên nhân của thiên tài Einstein. Hài cốt Einstein đã được hỏa táng và tro cốt của ông nằm rải rác tại một địa điểm không được tiết lộ.
Trong suốt cuộc đời thành tựu của mình, Einstein đã nhận được vô số danh hiệu, cả trong suốt cuộc đời và truy tặng. 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.
