Einstein și Mișcare Browniană
Photo Credit: American Institute of Physics
Einstein și prima lui soție cu primul lor născut.
Credit foto: Institutul American de Fizică
Oficiul De brevete din Berna.în martie 1905, un tânăr funcționar de brevete din Elveția pe nume Albert Einstein a prezentat o lucrare inovatoare care extinde noțiunea de quanta a lui Planck din 1900 la natura duală a luminii., A fost publicată în Annalen der Physik. În luna mai, revista a primit o altă lucrare de la Einstein. De data aceasta, subiectul său a fost teoria cinetică a gazelor, dar lucrarea a fost la fel de inovatoare în concluziile sale.
în secolul al XIX-lea, fizicienii au rafinat teoria cinetică a gazelor, care a descris căldura ca un efect al mișcării agitate non-stop a atomilor. Împreună cu fizicianul American J. Willard Gibbs, Ludwig Boltzmann a folosit teoria cinetică a rezolva așa-numita „reversibilitatea paradox” în fizică., Aceasta a apărut din a doua lege a termodinamicii, care dictează că majoritatea proceselor naturale sunt ireversibile, în contradicție aparentă cu mecanica newtoniană a atomilor. Bolztmann a reinterpretat a doua lege ca fiind statistică, mai degrabă decât absolută. El a motivat că există atât de mulți atomi și molecule care alcătuiesc ceva la fel de mic ca un cub de gheață, de exemplu, încât este extrem de puțin probabil—deși nu imposibil—ca moleculele dintr-un cub de gheață topit să se întoarcă de la tulburarea unui lichid la aranjamentul lor ordonat inițial., Improbabilitatea statistică a acestor molecule a fost totuși sursa ireversibilității aparente observate în natură. în timp ce era student la Institutul Politehnic din Zurich, Einstein a întâlnit o tânără Sârbă, Mileva Maric, singura femeie din clasa sa de fizică. Familia lui Einstein s-a opus oricărei discuții despre căsătorie, chiar și după ce Mileva a născut o fiică (care aparent a fost dată spre adopție). Perechea sa căsătorit în cele din urmă în 1903, după ce Einstein și-a obținut slujba la Oficiul De brevete. Primul lor fiu sa născut în 1904., Einstein se presupune că nu știa de munca lui Boltzmann când a început să obțină independent a doua lege a termodinamicii din 1902 până în 1904 pentru a-și dezvolta propria formă de mecanică statistică. El a folosit mecanica, atomii și argumentele statistice pentru a formula o „teorie moleculară generală a căldurii.”
Einstein a dezvoltat această teorie moleculară statistică a lichidelor pentru disertația sa de doctorat la Universitatea din Zurich. Într-o lucrare separată, el a aplicat teoria moleculară a căldurii lichidelor pentru a explica puzzle-ul așa-numitei „mișcări Browniene”.,
în 1827, botanistul englez Robert Brown a observat că semințele de polen suspendate în apă se mișcau într-o mișcare neregulată de „roire”. Einstein a motivat apoi că, dacă particule minuscule, dar vizibile, ar fi suspendate într-un lichid, atomii invizibili din lichid ar bombarda particulele suspendate și le-ar face să tremure. Einstein a explicat mișcarea în detaliu, prezicând cu exactitate mișcările neregulate, aleatorii ale particulelor, care ar putea fi observate direct la microscop., când lucrarea lui Einstein a apărut pentru prima dată în 1905, noțiunea de atomi și molecule era încă un subiect de dezbatere științifică aprinsă. Ernst Mach și chimistul fizic Wilhelm Ostwald au fost printre cei care au ales să-și nege existența. Ei au susținut că legile termodinamicii nu trebuie să se bazeze pe mecanică, care a dictat existența atomilor invizibili în mișcare. Ostwald a susținut în special opinia că termodinamica se ocupă doar de energie și de modul în care este transformată în lumea de zi cu zi., cu toate acestea, până în mai 1908, Einstein publicase o a doua lucrare despre mișcarea browniană Oferind chiar mai multe detalii decât lucrarea sa din 1905 și sugerând o modalitate de a-și testa experimental teoria. În același an, un fizician francez pe nume Jean Baptiste Perrin a efectuat o serie de experimente care au confirmat predicțiile lui Einstein. Perrin a scris că rezultatele sale” nu pot lăsa nici o îndoială cu privire la exactitatea riguroasă a formulei propuse de Einstein”, iar munca sa i-a câștigat mai târziu propriul premiu Nobel pentru Fizică, în 1926., în cele din urmă, dovezile experimentale care susțin teoria lui Einstein despre mișcarea browniană au devenit atât de convingătoare încât naysayerii au fost forțați să accepte existența atomilor materiali. Lucrarea sa fundamentală privind aplicarea metodelor statistice la mișcările aleatorii ale atomilor Newtonieni a condus, de asemenea, la perspectivele sale asupra efectului foto electric, prin descoperirea unei legături critice între teoria sa statistică a căldurii și comportamentul radiațiilor electromagnetice. Acesta a fost primul pas în scopul său de a unifica cele două domenii., Până în prezent, teoria electromagnetică dezvoltată de James Clerk Maxwell la sfârșitul secolului al XIX-lea a rezistat tuturor încercărilor de a o reduce la procesele mecanice. Einstein și-a propus să facă exact asta.
luna viitoare: relativitatea specială
vedeți expoziția specială despre viața și opera lui Albert Einstein de la Institutul American de Fizică: http://www.aip.org/history/einstein/