Einstein ja Brownin Liike
Photo Credit: American Institute of Physics
Einstein ja hänen ensimmäinen vaimonsa kanssa heidän esikoispoikansa.
Photo Credit: American Institute of Physics
patenttivirastoon Bern.
Maaliskuussa 1905, nuori patentti virkailija Sveitsissä nimeltä Albert Einstein esitti uraauurtava paperi ulottuu Planckin 1900 käsite quanta aalto/hiukkas-dual luonteen valossa., Se julkaistiin Annalen der Physik. Toukokuussa lehti sai toisen paperin Einsteinilta. Tällä kertaa, hänen aihe oli, kineettinen teoria kaasuja, mutta paperi oli yhtä uraauurtava päätelmissään.
In the 19th century, fyysikot oli puhdistettu, kineettinen teoria kaasuja, jotka on kuvattu lämmön vaikutus nonstop levoton liike atomien. Yhdessä Amerikkalainen fyysikko J. Willard Gibbs, Ludwig Boltzmannin käyttää kineettinen teoria ratkaista niin sanottu ”palautuvuus paradoksi” fysiikan., Tämä syntyi termodynamiikan toinen laki, joka sanelee, että useimmat luonnolliset prosessit ovat peruuttamattomia, näennäisestä ristiriidassa Newtonin mekaniikka atomien.
Bolztmann tulkitsi toisen lain uudelleen tilastolliseksi eikä absoluuttiseksi. Hän järkeili, että on olemassa niin monta atomia ja molekyylejä, jotka muodostavat jotain niin pieni kuin jääpala, esimerkiksi, että on äärimmäisen epätodennäköistä—joskaan ei mahdotonta—sillä molekyylien sulanut jääpala palata häiriö neste alkuperäiseen hallittu järjestely., Näin toimivien molekyylien tilastollinen epätodennäköisyys oli kuitenkin luonnossa havaitun näennäisen peruuttamattomuuden lähde.
Kun opiskelija Zürichin Polytechnic Institute, Einstein tapasi nuoren Serbian nainen, Mileva Maric, ainoa nainen hänen fysiikan luokka. Einsteinin perhe vastusti puhua avioliitosta, jopa sen jälkeen, kun Mileva synnytti tyttären (joka oli ilmeisesti antanut adoptoitavaksi). Pari meni lopulta naimisiin vuonna 1903 Einsteinin saatua työnsä Patenttivirastosta. Heidän esikoispoikansa syntyi vuonna 1904.,
Einstein oli muka tietämätön Boltzmannin työtä, kun hän alkoi itsenäisesti johtuvat termodynamiikan toinen laki 1902-1904 kehittää omaa muodossa tilastollinen mekaniikka. Hän käytti mekaniikkaa, atomeja ja tilastollisia argumentteja muodostaakseen ”yleisen molekyyliteorian lämmöstä.”
Einstein kehitti tämän tilastollisen nesteiden molekyyliteorian väitöskirjaansa varten Zürichin yliopistossa. Erillisessä paperissa hän sovelsi nesteiden molekyyliteoriaa selittämään niin sanotun ”Brownian Motionin”palapeliä.,
englantilainen kasvitieteilijä Robert Brown huomasi vuonna 1827, että veteen ripustetut siitepölyn siemenet liikkuivat epäsäännöllisesti ”parveilevassa” liikkeessä. Einstein sitten järkeili, että jos pieniä mutta näkyviä hiukkasia keskeytettiin neste, näkymätön atomien neste olisi pommittaa keskeytetty hiukkasia ja aiheuttaa heille heilua. Einstein selitti liikettä yksityiskohtaisesti ja ennusti tarkasti hiukkasten epäsäännölliset, satunnaiset liikkeet, jotka voitiin havaita suoraan mikroskoopilla.,
kun Einsteinin paperi ilmestyi ensimmäisen kerran vuonna 1905, atomien ja molekyylien käsite oli vielä kiivaan tieteellisen keskustelun kohteena. Ernst Mach ja fysikaalinen kemisti Wilhelm Ostwald olivat niitä, jotka päättivät kieltää olemassaolonsa. He väittivät, että termodynamiikan lakien ei tarvitse perustua mekaniikkaan, joka sanelee liikkeessä olevien näkymättömien atomien olemassaolon. Erityisesti Ostwald kannatti näkemystä, jonka mukaan termodynamiikka käsitteli vain energiaa ja sitä, miten se muuttuu arkimaailmassa.,
Kuitenkin, Toukokuussa 1908, Einstein oli julkaissut toisen kirjan Brownian motion tarjoaa jopa tarkemmin kuin hänen 1905 paperin, ja ehdottaa tapa testata hänen teorian kokeellisesti. Samana vuonna ranskalainen fyysikko Jean Baptiste Perrin teki joukon kokeita, jotka vahvistivat Einsteinin ennustukset. Perrin kirjoitti, että hänen tuloksia ”ei jätä mitään epäilystä siitä, tiukka tarkkuutta kaava ehdottama Einstein,” ja hänen työnsä myöhemmin ansaitsi hänelle oman Nobelin Fysiikan Palkinnon vuonna 1926.,
Lopulta kokeelliset todisteet tukevat Einsteinin teoria Brownin liike tuli niin vakuuttava, että naysayers oli pakko hyväksyä olemassaolon materiaalin atomeja. Hänen perustavaa työtä soveltamalla tilastollisia menetelmiä satunnainen liikkeet Newtonin atomien johti myös hänen oivalluksia photo electric effect, kautta löytö kriittinen yhteys hänen tilastollinen teoria lämpöä ja käyttäytymistä sähkömagneettista säteilyä. Tämä oli ensimmäinen askel hänen tavoitteenaan yhdistää kaksi kenttää., Tähän mennessä James Clerk Maxwellin 1800-luvun lopulla kehittämä sähkömagneettinen teoria oli vastustanut kaikkia yrityksiä vähentää se mekaanisiin prosesseihin. Einstein lähti tekemään juuri niin.
Ensi kuussa: Erityinen Suhteellisuusteoria
Katso erityinen näyttely Albert Einsteinin elämää ja työtä American Institute of Physics: http://www.aip.org/history/einstein/