Einstein og Brownske Bevegelser
Photo Credit: American Institute of Physics
Einstein og hans første kone med sin førstefødte sønn.
Photo Credit: American Institute of Physics
patentkontoret i Bern.
I Mars 1905, en ung patent kontorist i Sveits som heter Albert Einstein sendt inn en banebrytende papir utvide plancks 1900 oppfatningen av quanta til bølge/partikkel doble natur lys., Det ble publisert i Annalen der Physik. I Mai journal fått et annet papir fra Einstein. Denne gangen, hans motiv var kinetisk teori av gasser, men papiret var like banebrytende i sine konklusjoner.
I det 19. århundre, fysikere hadde raffinert kinetisk teori av gasser, som beskrevet varme som en effekt av nonstop opphisset bevegelse av atomer. Sammen med den Amerikanske fysikeren J. Willard Gibbs, Ludwig Boltzmann brukt kinetisk teori for å løse den såkalte «reversibilitet paradoks» i fysikk., Dette oppstod fra termodynamikkens andre lov, som tilsier at de fleste naturlige prosesser er irreversible, i tilsynelatende motsetning til Newtons mekanikk av atomer.
Bolztmann gjendiktet den andre loven som statistisk, snarere enn absolutte. Han tenkte at det er så mange atomer og molekyler som utgjør noe så lite som en isbit, for eksempel, at det er svært usannsynlig—men ikke umulig—for molekyler i en smeltet ice cube å komme tilbake fra lidelse av en væske til sine opprinnelige ryddig ordning., Den statistiske usannsynlighet av disse molekylene å gjøre det, men var kilden til den tilsynelatende irreversibility observert i naturen.
Mens en student ved Zürich Polytekniske Institutt, Einstein møtte en ung serbisk kvinne, Mileva Maric, den eneste kvinnen i hans fysikk-klasse. Einsteins familien var imot enhver snakke om ekteskap, selv etter Mileva fødte en datter (som var tydeligvis gitt opp for adopsjon). Paret endelig gift i 1903 etter Einstein fikk sin jobb hos patentstyret. Deres første sønn ble født i 1904.,
Einstein var tilsynelatende uvitende om Boltzmann ‘ s arbeid når han begynte uavhengig kommer termodynamikkens andre lov fra 1902 til 1904 til å utvikle sin egen form for statistisk mekanikk. Han brukte mekanikk, atomer og statistisk argumenter for å formulere en «generell molekylær teori for varme.»
Einstein utviklet denne statistiske molekylær teori av væsker for doktorgraden ved Universitetet i Zürich. I et eget papir, søkte han den molekylære teori for varme-til-væske for å forklare puslespill av såkalte «Brownske bevegelser».,
I 1827, den engelske botanikeren Robert Brown lagt merke til at pollen frø suspendert i vann flyttet i en uregelmessig «krydde» bevegelse. Einstein så tenkte at hvis små, men synlige partikler som ble suspendert i en væske, den usynlige atomer i væsken vil bombardere den suspenderte partikler og få dem til å vibrere. Einstein forklarte bevegelse i detalj, nøyaktig forutsi uregelmessig, tilfeldige bevegelser av partikler, noe som kan være direkte observert under et mikroskop.,
Når Einsteins papir dukket opp for første gang i 1905, og oppfatningen av atomer og molekyler fortsatt var et tema for oppvarmet vitenskapelig debatt. Ernst Mach og den fysiske kjemikeren Wilhelm Ostwald var blant dem som valgte å fornekte sin eksistens. De hevdet at lovgivningen i termodynamikk trenger ikke være basert på mekanikk, som dikterte eksistensen av usynlige atomer i bevegelse. Ostwald spesielt forfektet det syn at termodynamikk utdelt bare med energi og hvordan den blir forvandlet i hverdagen.,
Men, i Mai 1908, Einstein hadde publisert et annet papir på Brownske bevegelser som gir enda flere detaljer enn hans 1905 papir, og foreslå en måte å teste ut teorien sin eksperimentelt. Samme år, en fransk fysiker som heter Jean Baptiste Perrin gjennomført en rekke eksperimenter som bekreftet Einstein ‘ s spådommer. Perrin skrev at hans resultater «kan ikke etterlate noen tvil om at de strenge nøyaktighet av formelen som er foreslått av Einstein,» og hans arbeid senere tok han sitt eget nobelprisen i Fysikk i 1926.,
til Slutt den eksperimentelle bevis til støtte for Einsteins teori om Brownske bevegelser ble så overbevisende at naysayers ble tvunget til å akseptere eksistensen av materielle atomer. Hans grunnleggende arbeid på å anvende statistiske metoder til de tilfeldige bevegelsene av Newtonsk atomer også førte til hans innsikt i bildet elektrisk kraft, gjennom oppdagelsen av en kritisk forbindelse mellom hans statistisk teori for varme-og oppførsel av elektromagnetisk stråling. Dette var det første skrittet i sitt mål om å forene de to feltene., Så langt, elektromagnetisk teori utviklet av James Clerk Maxwell i slutten av det 19. århundre hadde motsto alle forsøk på å redusere det til mekaniske prosesser. Einstein satt ut for å gjøre nettopp det.
Neste måned: Spesielle Relativitetsteorien
Se spesiell utstilling på Albert Einsteins liv og arbeid av American Institute of Physics: http://www.aip.org/history/einstein/