Вклад Эйнштейна в развитии науки

Министерство образования и наук Украины

Кафедра философии, социально-политических и правовых наук

Реферат

На тему

Вклад Эйнштейна в развитии науки

Выполнила: студентка физико-математического факультета

3 курс 3 группа

Куцевалова Ирина

Проверила: Лисоколенко Татьяна Владимировна

г. Славянск,2012
План

1.Вступление ………………………………………………..с.3

2.Возникновение специальной теории относительности…с.5

3.Создание общей теории относительности……………….с.7

4.Приход Гитлера к власти в Германии. Годы 2-й мировой войны. Послевоенные годы………………………………..с.9

5.Основные достижений Эйнштейна в науке……………с.10

6.Заключение……………………………………………..с.14

7.Список использованной литературы ………………….с.15

1.Вступление

Студенческая жизнь Эйнштейна началась в октябре 1896 г. В Политехникуме. Эйнштейн избрал педагогический факультет, на котором готовили учителей физики и математики. В своё время это же учебное заведение окончил Рентген. Политехникум имел таких превосходных преподавателей, как Гурвиц и Герман Минковский (Минковский впоследствии прославился тем, что создал математический аппарат теории относительности). Впрочем, Эйнштейн почти не посещал его лекции, зато увлекался физической лабораторией и прилежно штудировал корифеев теоретической физики- Максвелла, Гельмгольца, Кирхгофа, Больцмана. Математика отпугивала его тем, что имела множество специальных областей, каждая из которых способна была взять «всю отпущенную нам короткую жизнь». В физике же он «скоро научился выискивать то, что может привести в глубину, и отбрасывать все остальное, все то, что перегружает ум и отвлекает от существенного». В физике он чувствовал себя раскованно и свободно. Политехникум Эйнштейн окончил весьма успешно, однако профессор физики Вебер не пожелал оставить его у себя на кафедре. Вскоре он начал печататься в одном из лучших научных журналов того времени- «Annalen der Physik». В 1905 г. он одну за другой опубликовал там пять статей: о новом определении размеров молекул, о броуновском движении, о квантовой гипотезе света, затем в №17- «К электродинамике движущихся тел», а в №18- совсем маленькую статью посвященную формуле E=mc. Каждая из этих статей – своего рода шедевр, но особая участь была уготовлена трём последним: простая с виду формула E=mc. Открывала атомную эру, стала потом (наравне с формулой Планка E= hѵ) главной формулой нашего века.

То, что сделал Эйнштейн, по-настоящему поразительно. Ему только – только исполнилось 26 лет. Он слыл человеком, «не подающим надежд», он не изучал физику в каком- либо знаменитом университете и не был связан ни с одной физической школой, никто им не руководил, не направлял его. Он е блистал ни памятью, ни особенной эрудицией. Так, он на всю жизнь поразил Макса Планка, когда заявил, что не помнит, чему равна скорость звука в воздухе. «Зачем помнить то, что есть в любом справочнике?» Он говорил: «подлинной ценностью является, в сущности, только интуиция».

Историки до сих пор разводят руками: откуда, собственно, взялся Эйнштейн, что сделало Эйнштейна Эйнштейном? Почему теорию относительности открыли, например, не Лоренц, не Пуанкаре, не Лармор, которые двигались в том же направлении, а какой-то «эксперт третьего класса»?

Сила гениальности Эйнштейна в том, что она вооружена его новым методом исследования. О науке того времени он писал: «Несмотря на то, что в отдельных областях она процвела, в принципиальных вещах господствовал догматический застой».

Эйнштейн же мыслил и действовал не так, «как было принято, договорено, условлено», а так, как подсказывало ему его обостренное чутье физической сущности. Он обладал смелостью подлинного новатора и был гениально парадоксален, отличался хваткой настоящего революционера науки. Решительно встав на совершенно новую точку зрения, «отбросив оковы электродинамики покоящихся тел», он порвал с привычными представлениями о пространстве и времени, и не оробел, получив «странные», а то и вовсе, казалось бы, «нелепые» результаты.

2. Возникновение специальной теории относительности

Появлению статьи Эйнштейна (1879-1955) «К электродинамике движущихся тел», в которой впервые были изложены основы теории относительности, предшествовало, по словам самого автора, 7-10 лет упорных размышлений над проблемой влияния движения тел на электромагнитные явления. Он пришел к выводу, что в отношении электромагнитных явлений все инерциальные системы координат совершенно равноправны, т. е. к принципу относительности. В своей первой статье Эйнштейн основывается на двух основных принципах, которые положены им в основу специальной теории относительности. Первый принцип- это принцип относительности: «Законы, по которым изменяются состояния физических систем, не зависят от того, к которых из двух координатных систем, движущихся относительно друг друга равномерно и прямолинейно. Эти измерения соотносятся относительно». Второй принцип-принцип постоянства скорости света: «Каждый луч света движется в «покоящейся» системе координат с определенной скоростью V независимо от того, испускается ли этот луч света покоящимся или движущимся телом». Анализируя понятие одновременности, у него возникает идея об относительном характере этого понятия. Вместе с этим он приходит и к необходимости пересмотра понятия пространства и времени. В теории Эйнштейна размеры тел и промежутки времени теряют абсолютный характер, какой мы приписывали раньше. И приобретают смысл относительности величин, зависящих от относительного движения тел и инструментов, с помощью которых проводилось их измерение. Они приобретают такой же смысл, какой имеют уже известные относительными величины, такие, как, например, скорость и т.п. таким образом анализируя опытные данные, относящиеся к оптическим явлениям в движущихся тела, Эйнштейн приходит к выводу о необходимости измерения пространственно- временных представлений, которые выработаны классической физикой. Кроме формул преобразования координат и времени Эйнштейн получает также релятивистскую формулу сложения, или преобразования скоростей. Затем он переходит к выводу формул преобразования для электромагнитного поля. Наконец, Эйнштейн исследует вопрос об изменении выражения для принципа Доплера, которые вытекают их его теории.

Эйнштейн показывает. Что масса тела также является относительной величиной, зависящей от скорости. Он находит и выражение для кинетической энергии тела, отличное от применяемого в классической физике.

3.Создание общей теории относительности

После того как Эйнштейн установил основные положения специальной теории относительности, он начал задумываться над обобщением этой теории, а именно над распространением принципа относительности на случай неинерциальных систем. Такую возможность он увидел в расширении принципа эквивалентности сил инерции и сил тяготения на оптические явления.

Правда, принцип эквивалентности справедлив только при строго локальных наблюдениях. Так, представим себе лифт, стоящий на Земле. Наблюдатель в лифте бросает два шара. Они будут двигаться по направлению к центру Земли и, следовательно, друг к другу. Если мы будем тянуть лифт с ускорением q в пустоте, то те же шары будут двигаться параллельно друг к другу. Но несмотря на это ограничение, принцип эквивалентности играет очень важную роль в науке. Мы всегда можем вычислить непосредственно действие сил инерции на любую физическую систему, и это дает нам возможность знать действие поля тяготения, отвлекаясь от его неоднородности, которая часто очень незначительна. Какие же следствия для пространства и времени вытекают из общей теории относительности? для этого нужно обратиться вначале к геометрии, которая возникла прежде всего как учение о физическом пространстве. С геометрией Евклида связывался тот взгляд, что пространство везде одно и то же.

Эйнштейн решил задачу и нашел общее уравнение гравитационного поля, которое в классическом приближении переходило в закон тяготения Ньютона. Таким образом, проблема тяготения была решена им в общем виде. Рассматривая различные частные случаи, Эйнштейн вновь подтвердил, уточнил и исправил полученные им еще в 1911 г. результаты. Он получил более точное значение отклонение луча света при прохождение его около Солнца в поле тяготения последнего, а также подтвердил свой вывод о красном смещении спектров звезд по сравнению со спектрами земных источников света. Кроме того, решая задачу движения планет вокруг Солнца, он объяснил известные, но полностью не объясненные движения перигелия Меркурия.

В общей теории относительности Эйнштейн доказал, что структура пространства -  времени определяется распределением масс материи. Когда корреспондент американской газеты «Нью-Йорк Таймс» спросил Эйнштейна в апреле 1921г., в чем суть его теории относительности, он ответил: «Суть такова: раньше считал, что если каким- нибудь чудом все материальные вещи исчезли бы вдруг, то пространство и время остались бы. Согласно же теории относительности вместе с вещами исчезли бы и пространство и время».

4.Приход Гитлера к власти в Германии. Годы 2-й мировой войны. Послевоенные годы.

Когда в 1933 г. Гитлер пришел к власти, Эйнштейн находился за пределами Германии, куда он так и не вернулся. Эйнштейн стал профессором физики в новом Институте фундаментальных исследований, который был создан в Принстоне (штат Нью-Джерси). В 1940 г. он получил американское гражданство. В годы, предшествующие второй мировой войне, Эйнштейн пересмотрел свои пацифистские взгляды, чувствуя, что только военная сила способна остановить нацистскую Германию. Он пришел к выводу, что для «защиты законности и человеческого достоинства» придется «вступить в битву» с фашистами. В 1939 г. по настоянию нескольких физиков-эмигрантов Эйнштейн обратился с письмом к президенту Франклину Д.Рузвельту, в котором писал о том, что в Германии, по всей вероятности, ведутся работы по созданию атомной бомбы. Он указывал на необходимость поддержки со стороны правительства США исследований по расщеплению урана. В последующем развитии событий, которые привели к взрыву 16 июля 1945 г. первой в мире атомной бомбы в Аламогордо (штат Нью-Мексико), Эйнштейн участия не принимал. После второй мировой войны, потрясенный ужасающими последствиями использования атомной бомбы против Японии и все ускоряющейся гонкой вооружений, Эйнштейн стал горячим сторонником мира, считая, что в современных условиях война представляла бы угрозу самому существованию человечества. Незадолго до смерти он поставил свою подпись под воззванием Бертрана Рассела, обращенным к правительствам всех стран, предупреждающим их об опасности применения водородной бомбы и призывающим к запрету ядерного оружия. Эйнштейн выступал за свободный обмен идеями и ответственное использование науки на благо человечества.

5.Основные достижений Эйнштейна в науке

Итак, основными достижениями Эйнштейна, его вкладом в развитие современной физики, являются: 
1)Эйнштейн создал специальную и общую теорию относительности, коренным образом изменившие представления о пространстве, времени и материи. В 1905 году в статье "К электродинамике движущихся тел" разработал основы специальной теории относительности, изложив новые законы движения, которые обобщали ньютоновские и переходили в них в случае малых скоростей тел. В основу своей теории положил два постулата: специальный принцип относительности, являющийся обобщением механического принципа относительности Галилея на любые физические явления (в любых инерциальных системах все физические процессы - механические, электрические, тепловые, оптические и др. - протекают одинаково), и принцип постоянства скорости света в вакууме (скорость света в вакууме не зависит от движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех направлениях, то есть, одинакова во всех инерциальных системах и равна 30000000000 см/с). Оба постулата и теория, построенная на их основе, привели к ломке многих установившихся классических понятий (абсолютное пространство, абсолютное время), заставили пересмотреть ряд основных положений классической физики Ньютона, установили новый взгляд на мир, новые пространственно-временные представления (относительность длины, времени, одновременности событий). Однако эта теория не отбросила совсем закономерностей, установленных классической механикой, а уточнила их в случае движения со скоростями, соизмеримыми со скоростью света в вакууме. Исходя из своей теории, Эйнштейн в том же 1905 году открыл закон взаимосвязи массы и энергии. Показал, что масса является мерой энергии, заключенной в телах. Это соотношение Эйнштейна лежит в основе расчета энергетического баланса ядерных реакций, в основе всей ядерной физики. Все положения и выводы специальной теории относительности ярко подтвердились в многочисленных опытах, она стала мощным инструментом в физических исследованиях, в частности в физике микромира. 
2)Значительна роль Эйнштейна и в создании квантовой теории. Если М. Планк квантовал лишь энергию материального осциллятора, то Эйнштейн ввел в 1905 году представление о дискретной, квантовой структуре самого светового излучения, рассматривая последнее как поток квантов света, или фотонов (фотонная теория света). Таким образом, Эйнштейну принадлежит теоретическое открытие фотона, экспериментально обнаруженного в 1922 году А. Комптоном. Исходя из квантовой теории света, объяснил такие явления, как фотоэффект (закон Эйнштейна для фотоэффекта), правило Стокса для флюоресценции, фотоионизацию и др., которые не могла объяснить электромагнитная теория света. За эти исследования в 1921 году ученому была присуждена Нобелевская премия по физике. В 1907 году распространил идеи квантовой теории на физические процессы, непосредственно не связанные со светом. В частности, рассмотрев тепловые колебания атомов в твердом теле и использовав идеи квантовой теории, объяснил уменьшение теплоемкости твердых тел при понижении температуры, разработав первую квантовую теорию теплоемкости твердых тел. 
3)В 1909 году впервые рассмотрел корпускулярно-волновой дуализм для излучения, а также флуктуации энергии равновесного излучения, получив формулу для флуктуаций энергии. 
4)В 1912 году установил основной закон фотохимии: каждый поглощенный фотон вызывает одну элементарную фотореакцию (закон Эйнштейна). 
5)Предсказал в 1916 году явление индуцированного излучения, ввел вероятности спонтанного и вынужденного излучений (коэффициенты Эйнштейна). 
6)В статистической физике развил в 1905 году молекулярно-статистическую теорию броуновского движения, в 1924-25 годах создал квантовую статистику частиц с целым спином (статистика Бозе-Эйнштейна). 
7)В 1915 году предсказал и совместно с В. де Гаазом экспериментально обнаружил эффект изменения механического момента при намагничивании тела (эффект Эйнштейна-де Гааза). 
8)В 1915 году завершил создание общей теории относительности, или современной релятивистской теории тяготения, установившей связь между пространством-временем и материей. К ее созданию Эйнштейна привел анализ известного факта, что отношение инертной массы тела к гравитационной одинаково для всех тел (принцип эквивалентности). Этот принцип вместе с принципом относительности лег в основу общей теории относительности, объяснившей сущность тяготения, состоящую в изменении геометрических свойств, искривлении четырехмерного пространства-времени вокруг тел, которые образуют поле (любая масса влияет на метрику окружающего пространства). Вывел уравнение, описывающее поле тяготения - уравнение Эйнштейна (в 1915 году общековариантные уравнения гравитационного поля получил также Д. Гильберт). Для проверки своей теории предложил три эффекта: искривление светового луча в поле тяготения Солнца, смещение перигелия Меркурия и гравитационное красное смещение. Эти эффекты, как показали последующие эксперименты, действительно действуют и количественно правильно предсказывались общей теорией относительности. 
9)В 1916 году постулировал гравитационные волны и в 1918 году вывел формулу для мощности гравитационного излучения. Общая теория относительности обусловила бурное развитие космологии как науки. Исходя из этой теории, Эйнштейн в 1917 году предложил новую модель Вселенной, согласно которой Вселенная представляет замкнутое трехмерное пространство (трехмерную сферу) конечного объема и неизменна во времени. Однако эта модель не соответствует действительности, поскольку Вселенная нестационарна, она расширяется. Впервые это теоретически показал А. А. Фридман, а в 1929 году было подтверждено наблюдениями (явление разбегания галактик). Начиная с 1933 года, работы Эйнштейна были посвящены вопросам космологии и единой теории поля. Однако попытки построить такую теорию окончились неудачей. В работах Эйнштейна поднят ряд гносеологических проблем, но его философские взгляды не всегда последовательны.

6.Заключение

              Самый знаменитый из ученых XX в. и один из величайших ученых всех времен, Э. обогатил физику с присущей только ему силой прозрения и непревзойденной игрой воображения. С детских лет он воспринимал мир как гармоническое познаваемое целое, «стоящее перед нами наподобие великой и вечной загадки». По его собственному признанию, он верил в «Бога Спинозы, являющего себя в гармонии всего сущего». Именно это «космическое религиозное чувство» побуждало Э. к поиску объяснения природы с помощью системы уравнений, которая обладала бы большой красотой и простотой.

Среди многочисленных почестей, оказанных Э., было предложение стать президентом Израиля, последовавшее в 1952 г. Э. отказался. Помимо Нобелевской премии, он был удостоен многих других наград, в том числе медали Копли Лондонского королевского общества (1925) и медали Франклина Франклиновского института (1935). Э. был почетным доктором многих университетов и членом ведущих академий наук мира.

7.Список использованной литературы

1.Кляус Е.М.,-Поиски и открытия (Т.Юнг, О.Френель, Дж.К. Максвелл, Г.Герц, П.Н. Лебедев, М.Планк, А.Эйнштейн).-М.: Наука, 1986.-176 с.

2.Концепции современного естествознания: Учебник для вузов/ В.Н. Лавриненко, В.П. Ратников, Г.В. Баранов и др.;-2-е изд.,М.:ЮНИТА-ДАНА, 2002.-303 с.

3.Макс Борн.,-Эйнштейновская теория относительности.-М.:Мир,1972.-368 с.

4.Б.И. Спасский.,-История физики ч.2.-М.:Высшая школа,1977.-311 с.

15