5 февраля 2021

Интересные факты об Альберте Эйнштейне

Наверное, все слышали об Альберте Эйнштейне, выдающемся ученом ХХ века, и знают, как он выглядел: растрепанные светлые волосы и колоритные «смотрящие» вниз усы. На открытиях этого человека базируется вся современная физика. Он построил модель пространства и времени, объяснил, как светят звезды и работают электродвигатели. При этом Эйнштейн опроверг научные представления, которые были распространены в ХIХ веке.

Кем же был этот великий человек и какие именно открытия ему принадлежат?

Кто такой Альберт Эйнштейн?

Альберт Эйнштейн родился в немецком городе Ульме в 1879 году в семье владельца компании, продающей электрооборудование. Многие знают, что в детстве Альберт развивался гораздо медленнее сверстников и только в семь лет начал нормально говорить. Вероятно, у него была одна из форм аутизма. Мать и вовсе считала его неполноценным из-за слишком большой головы.

При этом уже лет в пять лет Альберт впервые проявил интерес к науке. Отец показал ему компас, и ребенок поразился тому, что стрелка все время показывает в одном направлении, и задался вопросом, что за сила ею движет.

Школу мальчик недолюбливал. Хотя, говорят, то, что он был двоечником, — все-таки миф. Эйнштейн предпочитал урокам самообразование. Обожал точные науки (в 15 лет уже освоил дифференциальные исчисления), чтение и скрипку, которую возил с собой всю жизнь. Игра на скрипке всегда помогала ему как расслабляться, так и, наоборот, решать сложные задачи.

Вначале Альберт Эйнштейн учился в католической школе, а затем в гимназии, которую так и не окончил. Но родителям заявил, что и без этого поступит в Цюрихское Высшее техническое училище (политехникум). Однако Альберт отлично сдал лишь математику и физику, а остальные предметы «завалил». Потом ему все же удалось поступить в это учебное заведение, но он и тут постоянно прогуливал занятия. Но живо интересовался научными теориями вне учебы и много читал о них в журналах.

В политехникуме Эйнштейн познакомился с математиком Гроссманом, который потом помог ему устроиться в Федеральное Бернское Бюро патентования изобретений. Там Альберт Эйнштейн проработал семь лет. Параллельно он стал писать аннотации текстов по термодинамике (раздел физики, изучающий теплоту и ее превращение в другие виды энергии). Основная работа не слишком увлекала Эйнштейна, но оставляла время на научную деятельность.

Альберт Эйнштейн

Первую статью Эйнштейн опубликовал в 22 года. А самое известное его открытие — специальная теория относительности — было опубликовано четырьмя годами позже, в 1905-м. Поначалу работы не особенно привлекли научное сообщество. Известность пришла к Эйнштейну постепенно. Кто бы мог подумать тогда, что впереди у простого сотрудника бюро — около 300 научных трудов и примерно 150 книг и статей в самых разных областях!

Уже получив известность в научных кругах, Эйнштейн активно занялся преподаванием. В 1909 году его пригласили стать профессором университета в Цюрихе, через два года — заведующим кафедрой физики в пражском Немецком университете, а еще годом позже он начал преподавать в своем родном политехникуме. Затем ученый возглавил Берлинский физический исследовательский институт.

Альберт Эйнштейн не сомневался, что получит Нобелевскую премию за теорию относительности — даже договорился с первой женой при разводе, что отдаст деньги ей. Ученого впервые номинировали в 1910 году, а впоследствии это происходило почти каждый год. Но в итоге получил он премию только через 12 лет, да еще и не самолично — был в отъезде. Все дело в том, что Нобелевский комитет сомневался в смелой теории Эйнштейна. Обладателем премии он в конце концов стал за другую теорию — фотоэффекта.

Мало кто знает, что Эйнштейн изобрел свой холодильник и даже продал патент на изобретение крупной компании. Началось с того, что он прочитал в газете о гибели целой семьи из-за утечки вредного диоксида серы из сломавшегося холодильника. Альберт Эйнштейн с бывшим студентом решили создать холодильник с более безопасным механизмом действия. Увы, он так и не поступил в производство, потому что как раз в тот период распространение получила другая конструкция холодильных аппаратов — компрессорная. Более того, неизвестно, куда делся единственный «холодильник Эйнштейна» — сохранился он только на фотографиях.

Альберт Эйнштейн прожил 76 лет (до 1955 года), дважды был в браке, имел троих детей. Последние 15 лет жил и работал в США. После его смерти патологоанатом Томас Харвей извлек мозг ученого, сфотографировал под различными углами, разрезал на части и много лет посылал в разные лаборатории мира. По некоторым данным, Эйнштейн сам настаивал на том, чтобы его мозг изучили посмертно, однако по другим, разрешение дал его сын уже постфактум, при вскрытии же патологоанатом фактически просто украл мозг.

Этот орган стал предметом не одного научного исследования. Эксперты установили, что области мозга Эйнштейна, отвечающие за речь, уменьшены, а за обработку численной и пространственной информации — увеличены. Одно из исследований гласит, что этот мозг оказался на 170 граммов меньше, чем средний мозг мужчины 76 лет, другое — что мозг Эйнштейна на 15% шире среднего.

Важнейшие открытия Эйнштейна

1. Теория фотоэффекта (1905 г.)

До Эйнштейна считалось, что свет распространяется в виде волн. Он же впервые рассмотрел свет в виде крошечных частиц, или порций энергии. Позже теорию развил ученый Макс Планк.

2. Объяснение броуновского движения (1905 г.)

Броуновское движение — это беспорядочное движение крошечных частиц (к примеру, пылинок) в воде, которое можно разглядеть под микроскопом. Эйнштейн доказал, что пылинки беспорядочно двигаются из-за столкновения с движущимися атомами. Таким образом он доказал существование атомов (мельчайших химически неделимых частиц вещества) и молекул (мельчайших частиц вещества, которые имеют все его основные химические свойства; молекула может состоять из одного или нескольких атомов).

3. Специальная теория относительности (1905 г.)

Специальная теория относительности описывает пространство и время уникальным для того времени образом. Говорят, что теория сложилась у Альберта Эйнштейна, когда он ехал на трамвае и глянул на столб с часами. Ученый отметил, что если представить, что трамвай разгонится до скорости света, часы для него приостановятся.

открытия Альберта Эйнштейна

Эйнштейн выдвинул теорию о том, что время и расстояние могут быть не постоянными — это относительные понятия. Когда два объекта движутся с постоянной скоростью, нужно рассматривать их движение относительно друг друга. То есть, например, если бы вы и ваш друг летели на двух космических кораблях, для сравнения ваших наблюдений нужно было бы узнать вашу скорость движения относительно друг друга.

Ученый исходил из того, что скорость света — 299 792 458 метров в секунду — неизменна, и ее нельзя превзойти. Если бы скорость света можно было превзойти ускорением, можно было бы построить машину времени и перемещаться куда угодно. Как все мы знаем, скорость — это расстояние, которое преодолевается за тот или иной отрезок времени. Раз скорость света не меняется, должны меняться время и расстояние.

Эйнштейн продемонстрировал, что для объектов, которые движутся со скоростью света, время растягивается и течет медленнее, расстояния же сокращаются. Сами эти объекты тяжелеют.

Из последнего утверждения Эйнштейн потом вывел знаменитое уравнение: энергия равна массе объекта, умноженной на скорость света в квадрате. Вникать в смысл этого уравнения необязательно — достаточно понять, как рассуждал ученый. Раз масса объекта растет по мере приближения его скорости к скорости света, для того чтобы набрать эту массу и при этом не снизить скорость, нужна дополнительная энергия. То есть масса и энергия взаимозаменяемы. Эта теория объясняет действие радиации: масса превращается в энергию.

Специальную теорию относительности Эйнштейна потом использовали при создании атомной бомбы.

4. Общая теория относительности (1915–1916 гг.)

Если специальная теория относительности рассматривает лишь случай прямолинейного и равномерного движения, то общая объясняет движение тела, даже когда оно ускоряется или сворачивает.

Эта теория впервые объяснила, почему планеты вращаются вокруг Солнца. Оказалось, потому, что пространство и время вокруг него искажены.

Эйнштейн выяснил, что сила тяжести — это искажение в пространстве и времени. Чем выше масса объекта, тем больше искажение.

Ученый представил луч света, который пронизывает падающий лифт. До дальней стенки лифта луч дойдет немного выше, чем до передней, потому что лифт падает, и луч слегка изгибается вверх. На самом ли деле изгибается? Эйнштейн предположил, что это иллюзия, которая создается потому, что сила, тянущая лифт вниз, искажает время и пространство.

Объясняя общую теорию относительности, иногда еще приводят такой пример. Тяжелый предмет — допустим, гиря — делает вмятину в резиновом коврике. Так сила тяжести искажает пространство и время. Любой медленно проходящий поблизости объект скатывается во вмятину и двигается внутри нее. Тело, которое двигается быстрее, будет следовать по открытой траектории вокруг гири, а световой луч, движущийся быстрее и проходящий отдаленно, искривится слегка.

Многие ученые поставили теорию Эйнштейна под сомнение. Тогда он придумал, как доказать свою правоту. Он попросил астрономов зафиксировать сдвиг (относительно наблюдающего) в положении отдаленной звезды при ее прохождении вблизи Солнца. Этот сдвиг продемонстрировал бы, что лучи звездного света изогнулись, потому что исказились пространство и время вблизи Солнца. В 1919 году, дождавшись солнечного затмения, когда звезды можно наблюдать рядом с Солнцем, экспедиции отправились в Бразилию и Гвинею. Астрономы и правда зафиксировали на снимках, что звезда значительно сдвинулась относительно Солнца.

Как Эйнштейн стал знаменитым

Если вы мало что поняли в эйнштейновской теории, не отчаивайтесь — даже в простом изложении она и правда звучит довольно мудрено. Из современников Эйнштейна ее понимали единицы. По этому поводу есть пара забавных историй.

Астрофизик Артур Эддингтон, который возглавлял те самые экспедиции в Гвинею и Бразилию, защищал идеи Эйнштейна. Но однажды, когда ученый Людвиг Сильверстайн заметил, что на земле, пожалуй, только трое понимают общую теорию относительности (имелись в виду Эйнштейн, сам Сильверстайн и Эддингтон), астрофизик отозвался: «Интересно, а кто третий?»

Известен также анекдотичный случай переписки Эйнштейна с Чарли Чаплином. После выхода немой комедии «Золотая лихорадка» (1925) с комиком в главной роли ученый написал ему письмо, где восхищался его фильмом, который «понятен всему миру», и предсказывал, что Чаплин «станет великим человеком». Ответ комика был таков: «Я восхищаюсь вами еще больше! Ваша теория относительности непонятна никому в мире, и вы все-таки стали великим человеком».

Действительно, после публикации итогов наблюдения астрономов во всем мире Эйнштейн проснулся знаменитым. К своей славе он, довольно замкнутый человек, всегда относился сдержанно — никакой «звездной болезни» у него не было. Более того, он ухитрился использовать популярность в интересах нуждающихся: некоторое время брал по доллару с каждого желающего получить его автограф и жертвовал собранное на благотворительность. Правда, иногда и отмахивался от поклонников фразой: «Меня постоянно путают с Эйнштейном!»

Не зря говорят, что идеи витают в воздухе: известно, что почти одновременно с Эйнштейном над подобием теории относительности трудился немецкий математик Давид Гильберт. Ученые даже активно переписывались по этому поводу — и практически в одно время, хоть и разными способами, вывели окончательные уравнения. Долго считалось, что Гильберт пришел к тем же выводам на пять дней раньше Эйнштейна, но слегка опоздал с их публикацией. Но в 1997 году благодаря обнаруженным документам выяснилось, что в теории Гильберта было много пробелов, которые были устранены только после выхода публикации его коллеги Эйнштейна. Ученые, впрочем, никогда не спорили на эту тему.

Есть версия, что Эйнштейн добился мирового успеха, потому что был одним из немногих физиков своего времени, кто ставил эксперименты выше теории. В тот период было скорее принято считать эксперимент ошибочным, если он не подтверждает общепринятую теорию. Эйнштейну принадлежит забавное высказывание: «Теория — это когда все известно, но ничего не работает. Практика — когда все работает, но никто не знает почему. Мы же объединяем теорию и практику: ничего не работает, и никто не знает почему».

Эйнштейн мечтал создать единую теорию, в которой бы с помощью одного уравнения объяснялось, как действует все на свете — от мелких частиц до галактик, и трудился над этим до самой смерти. Но в итоге почему-то сам уничтожил свой труд. Его так никто и не увидел.

Как мы используем открытия Эйнштейна в повседневной жизни

Можно подумать, что теории Эйнштейна важны и интересны только ученым-теоретикам и никак не влияют на повседневную жизнь. Но это не совсем так. Например, мы пользуемся GPS-навигаторами в телефоне, определяя свое местоположение и прокладывая нужный маршрут. Такие навигаторы есть и в автомобилях. Однако, если бы их создатели игнорировали теорию относительности, показания датчиков были бы неточными.

Почему? Основа системы GPS — 24 спутника, которые двигаются над поверхностью Земли. Каждый спутник имеет часы, работающие с помощью атомной энергии и отсчитывающие время с высокой точностью. Поэтому простейший GPS-приемник и определяет, где мы находимся, за несколько секунд. Но спутники расположены на большом расстоянии от земли, где понятия пространства и времени не такие, как на планете. Кроме того, так как зонды (датчики) находятся в движении, нам с поверхности планеты кажется, что часы идут медленнее. Согласно обеим теориям относительности, часы на орбите должны опережать часы на земле на 38 микросекунд в день.

Казалось бы, мелочь, но если бы ее не учли, показания датчиков бы менялись со скоростью 10 километров в день. И о какой точности GPS могла бы идти речь?

Интересные факты об Альберте Эйнштейне

Большую часть времени ученый был спокойным и жизнерадостным. Он верил в то, что неприятности «рассасываются» от шуток, обладал прекрасным чувством юмора и не принимал невзгоды близко к сердцу. Даже в ожидании собственной смерти был спокоен и благодушен и отказался от операции, не видя смысла «искусственно продлевать себе жизнь».
Из спорта Эйнштейн любил только плавание, которое, по его мнению, требовало наименьшей энергии. Как нетрудно заметить, работе мышц он предпочитал умственную.
Великий физик терпеть не мог фантастику и рекомендовал ее не читать, чтобы не воспитывать в себе ложного научного понимания. Говорил, что не думает о будущем — все равно оно скоро настанет.
Всем известное фото, на котором Эйнштейн показывает язык, было сделано в канун его 72-летия. Ученый скорчил эту забавную гримасу, когда его попросили улыбнуться, а он уже устал от камер. Потом, подписывая кому-то один из тех снимков, Эйнштейн пошутил, что этот его жест «адресован всему человечеству».
Почему-то Альберт Эйнштейн не носил носки. Даже на особо торжественные мероприятия.
Выдающийся ученый был крайне рассеянным. Однажды, встретив на улице знакомого, он пригласил его на чай, предупредив, что у него в гостях будет профессор Стимсон. Собеседник с изумлением напомнил, что он и есть Стимсон. «Тем более — приходите», — был ответ. А однажды Эйнштейн получил из одного фонда чек на крупную сумму и использовал в качестве закладки для книги. А книгу… потерял.
Альберт Эйнштейн любил книги Льва Толстого и Федора Достоевского.
Лицо Йоды из «Звездных войн» списали с изображений Эйнштейна и использовали его мимику при создании персонажа.
Жена Эйнштейна говорила: «Мой муж гений — он умеет делать все, кроме денег».

Несколько известных цитат ученого:

«Думаете, все так просто? Да, все просто. Но совсем не так»
«Есть только две бесконечные вещи: Вселенная и глупость. Хотя насчет Вселенной я не уверен»
«Только дурак нуждается в порядке — гений господствует над хаосом»
«При помощи совпадений Бог сохраняет анонимность»
«Единственное, что мешает мне учиться, — это полученное мной образование».