- Del två -
1800-talet närmade sig sitt slut, forskare kunde mer och mer rimligt tro att de hade löst nästan alla fysiska världens hemligheter - för att nämna åtminstone elektricitet, magnetism, gaser, optik, akustik, kinetik och statistisk fysik - allt detta ställde upp framför dem i ett exemplariskt Okej. Forskare har upptäckt röntgen- och katodstrålar, elektron och radioaktivitet, kom med ohm, watt, kelvin, joule, ampere och liten erg101.
Om något kan vibreras, accelereras, störas, destilleras, kombineras, vägas eller omvandlas till en gas, uppnådde de allt detta och framställde under vägen en massa universella lagar, så tunga och majestätiska att vi fortfarande är benägna att skriva dem med ett stort bokstäver 102: elektromagnetiska fältteori om ljus, Richters ekvivalenslag, Charles lag för en idealgas, lagen om kommunicerande fartyg, nollprincipen för termodynamik, begreppet valens, massornas lagar och otaliga andra.
Över hela världen klämde och puffade maskiner och verktyg, frukterna av vetenskapens uppfinningsrikedom. Många smarta människor trodde då att vetenskapen nästan inte hade något annat att göra. gjord. Han var säker på att det kommande århundradet kommer att vara århundradet med konsolidering och förbättring av det som har uppnåtts och inte revolutioner. Planck lyssnade inte. Han började studera teoretisk fysik och ägnade sig helt åt att arbeta med begreppet entropi, ett begrepp som låg till grund för termodynamiken, som verkade mycket lovande för en ambitiös ung forskare. 1891 presenterade han resultatet av sitt arbete och lärde sig till sin fullständiga förvirringatt allt det viktiga arbetet med entropi redan hade utförts av en ödmjuk Yale-forskare vid namn J. Willard Gibbs.
Gibbs är kanske den mest lysande personlighet som de flesta aldrig har hört talas om. Blyg, nästan osynlig, han har i huvudsak levt hela sitt liv utom tre års studier i Europa, inom tre kvarter från sitt hem och Yale University-grunderna i New Haven, Connecticut. Under sina första tio år på Yale brydde han sig inte ens om att få lön. (Han hade en oberoende inkomstkälla.) Från 1871, när han blev professor vid universitetet, fram till sin död 1903, lockade hans kurs i genomsnitt drygt en student per termin. Boken han skrev var svår att förstå, och hans egna beteckningar ansågs av många vara obegripliga. Men dessa obegripliga formuleringar av hans gömde påfallande levande gissningar. * Mer specifikt,entropi är ett mått på kaos eller oordning i ett system. Darrell Ebbing, i sin lärobok för allmän kemi, förklarar detta mycket bra med en kortlek.
I det nya paketet, som just tagits ur lådan, staplas korten efter färg och efter ålder - från ess till kungar - vi kan säga att korten i det är i ordnat skick. Blanda korten och du skapar en röra. Entropi kvantifierar hur oordning staten är och hjälper till att bestämma sannolikheten för olika resultat från ytterligare blandning. För att helt förstå entropin måste man också ha en förståelse för begrepp som termiska inhomogeniteter, kristallgaller, stökiometriska förhållanden, men här presenterades den mest allmänna idén. 1875-1878 släppte Gibbs en serie verk under den allmänna titeln "Om jämvikt mellan heterogena ämnen", där principerna för termodynamik, kan man säga, nästan allt -”gaser, blandningar, ytor, fasta ämnen, fasövergångar … kemiska reaktioner,elektrokemiska celler, osmos och nederbörd,”listar William Cropper103. I grund och botten visade Gibbs att termodynamik är relaterad till värme och energi, inte bara på skalan av stora och bullriga ångmaskiner, utan har också en betydande inverkan på atomnivån för kemiska reaktioner.
Gibbs "jämvikt" har kallats "grunden för termodynamik" 104 men av skäl som trotsar förklaringen valde Gibbs att publicera de viktiga resultaten av sin forskning i Proceedings of the Connecticut Academy of Arts and Sciences, en tidskrift som lyckades vara nästan okänd även i Connecticut. det var därför Planck fick reda på Gibbs när det redan var för sent. * Planck hade ofta otur i livet. Älskad första fru dog tidigt 1909 och den yngsta av två söner dog under första världskriget. Han hade också två tvillingdöttrar, som han älskade. En dog i födseln. En annan tog hand om den lilla flickan och blev kär i sin systers man. De gifte sig och två år senare dog hon också i födseln. 1944, när Planck var åttiofem år gammal, slog en bomb från de allierade [i anti-Hitler-koalitionen] hans hus,och han förlorade allt - papper, dagböcker, allt som samlats in under en livstid. Året därpå dömdes hans överlevande son för konspiration för att mörda Hitler och avrättas. Utan att tappa sinnet - men, säg, något avskräckt - vände Planck sig till andra ämnen. * Vi återkommer till dem inom kort, men först kommer vi kort (men i affärer!) Titta i Cleveland, Ohio, på en institution som då heter Case School of Applied Sciences. Där på 1880-talet genomförde den jämförelsevis unga fysikern Albert Michelson och hans kemist Edward Morley en serie experiment med nyfikna och oroande resultat som skulle ha en djupgående inverkan på den efterföljande händelseförloppet. till existensen av ett visst ämne som kallas den lysande etern - stabil,osynlig, viktlös, omärklig och tyvärr helt imaginär miljö, som man trodde sträcker sig över hela universum. Utgiven av Descartes, lätt accepterad av Newton och vördad av nästan alla sedan dess, var eter i centrum för fysiken på 1800-talet och förklarade hur ljus färdas genom rymdens tomrum.
Det behövdes speciellt under 1800-talet, eftersom ljus började ses som elektromagnetiska vågor, det vill säga en slags vibration. Och vibrationer måste hända i något; därav behovet av sändningar och ett långt engagemang för det. Tillbaka 1909 uttalade den framstående engelska fysikern J. J. Thomson105 kategoriskt:”Ether är inte en produkt av fantasin hos en spekulativ filosof; vi behöver den lika mycket som luften vi andas. Och detta är mer än fyra år efter att det absolut obestridligt bevisats att det inte existerar. Kort sagt, människor är mycket knutna till luftvågorna. Om du skulle illustrera idén om Amerika på 1800-talet som ett land med öppna möjligheter, skulle du knappast hitta ett bättre exempel än Albert Michelsons karriär. Född 1852 vid den polsk-tyska gränsen till en familj av fattiga judiska köpmän, flyttade han tidigt med sin familj till USA och växte upp i Kalifornien i ett guldruschläger där guldfaren handlade med kläder. Det gick inte att betala för college på grund av fattigdom och reste till Washington, DC, och började hänga vid dörrarna till Vita huset så att Ulysses S. Grant kunde fånga Ulysses S. Grants öga under den dagliga presidentövningen. (Det var en mycket mer naiv ålder.)och började hänga vid dörrarna till Vita huset, så att Ulysses S. Grant kunde fånga Ulysses S. Grants öga under den dagliga presidentövningen. (Det var en mycket mer naiv ålder.)och började hänga vid dörrarna till Vita huset, så att Ulysses S. Grant kunde fånga Ulysses S. Grants öga under den dagliga presidentövningen. (Det var en mycket mer naiv ålder.)
Kampanjvideo:
Under dessa promenader vann Michelson presidentens tjänst så mycket att han gick med på att ge honom en ledig plats vid US Naval Academy. Det var där Michelson behärskade fysik. Tio år senare, redan professor vid Cleveland School of Applied Sciences, blev Michelson intresserad av möjligheten att mäta eterens rörelse - ett slags motvind som upplevs av föremål som tar sig genom rymden. En av förutsägelserna i Newtons fysik var att ljusets hastighet som rör sig genom etern skulle förändras beroende på om observatören närmar sig ljuskällan eller rör sig bort från den, men ingen har ännu kommit på ett sätt att mäta detta. Det föll Michelson att på sex månader vänds riktningen för jordens rörelse runt solen. Därför,om du gör noggranna mätningar med ett mycket exakt instrument och jämför ljusets hastighet under motsatta årstider kan du få svaret.
Michelson övertalade den nyligen rika telefonuppfinnaren Alexander Graham Bell att tillhandahålla medel för att skapa en original och exakt enhet av sin egen design, kallad en interferometer, som kunde mäta ljusets hastighet med stor noggrannhet. Med hjälp av den begåvade men skuggiga Morley tog Michelson upp år av noggranna mätningar. Arbetet var känsligt och ansträngande och avbröts tillfälligt på grund av forskarens allvarliga nervösa utmattning, men 1887 erhölls resultaten. De var inte alls vad de två experterna förväntade sig. Som astrofysiker vid California Institute of Technology skrev Kip S. Thorn, 106: "Ljusets hastighet var densamma i alla riktningar och alla årstider." Detta var det första på tvåhundra år - ja på exakt tvåhundra år - ett antydan om detatt Newtons lagar inte alltid och överallt gäller. Resultatet av Michelson-Morley-experimentet var, med William Croppers ord, "kanske det mest kända negativa resultatet i hela fysikens historia."
För detta arbete vann Mai-Kelson Nobelpriset i fysik - och han blev den första amerikanen som fick priset - dock tjugo år senare. Och innan det var Michelson-Morley-experimenten obehagliga, som en dålig lukt, svävade i utkanten av vetenskapligt tänkande. Det är förvånande att Maykelson, trots sina upptäckter, i början av 1900-talet rankade sig bland dem som trodde att vetenskapens byggnad var nästan klar och förblev, med orden från en av författarna till tidskriften Nature, "lägg bara till några torn och spiror och klipp ut några dekorationer på taket." I själva verket var världen naturligtvis på väg att gå in i en tid av vetenskap där många människor inte förstod någonting alls. och ingen kommer att kunna täcka allt. Forskare kommer snart att fastna i en rörig värld av partiklar och antipartiklar, där saker uppstår och försvinner över tidsperioder.i jämförelse med vilka nanosekunder som verkar onödigt långa och dåliga för händelser där allt är okänt.
Vetenskapen har flyttat från makrofysikvärlden, där föremål kan ses, hållas, mätas in i mikrofysikvärlden, där fenomen förekommer med obegriplig hastighet och i en skala som trotsar fantasin. Vi var på väg att komma in i kvantåldern och den första som öppnade dörren var den tidigare olyckliga Max Planck. 1900, vid mogen ålder av fyrtiotvå, nu en teoretisk fysiker vid universitetet i Berlin, presenterade Planck en ny " kvantteori ", som hävdade att energi inte är ett kontinuerligt flöde som strömmande vatten, utan kommer i separata delar, som han kallade kvanta. Det var ett riktigt nytt koncept och ett mycket framgångsrikt koncept. Det kommer snart att hjälpa till att lösa mysteriet med Michelson-Morley-experimenten, eftersom det kommer att visa att ljuset faktiskt inte behöver vara en våg. Och på längre sikt kommer det att bli grunden för all modern fysik. I vilket fall som helst var detta den första signalen att världen snart skulle förändras.
Men vändpunkten - gryningen av ett nytt århundrade - kom 1905, då en serie artiklar dök upp i den tyska fysiska tidskriften Annalen der Physik av en ung schweizisk tjänsteman som inte var ansluten till universitet, som inte hade tillgång till laboratorier och inte var en vanlig läsare av bibliotek som var större än det nationella patentkontoret i Bern. där han arbetade som tredje klass teknisk expert. (Strax innan det hade ansökan om befordran till andra klass avvisats.)
Han hette Albert Einstein och under ett händelserikt år presenterade han fem artiklar för Annalen der Physik, varav tre, enligt C. P. Snö, "var bland de största verken i fysikens historia" - i ett, med Plancks nya kvantteori, undersöktes den fotoelektriska effekten, en annan ägnas åt beteendet hos små partiklar i suspension (känd som Brownian-rörelse), och i en annan var grunden för särskild relativitet. * Einstein hedrades med en något vag "teoretisk fysikpris". Han var tvungen att vänta sexton år på priset, fram till 1921 - ganska lång tid i alla mått, men en bagatell jämfört med prisutdelningen till Frederick Reins, som upptäckte neutriner 1957 och vann Nobelpriset först 1995, trettioåtta år senare,eller till tyska Enrst Ruske, som uppfann elektronmikroskopet 1932 och fick Nobelpriset 1986, nästan ett halvt sekel senare. Eftersom Nobelpriset inte delas ut postumt är livslängd en viktig förutsättning för att få det tillsammans med uppfinningsrikedom. Den första, för vilken dess författare tilldelades Nobelpriset, förklarade ljusets karaktär (som bland annat bidrog till uppkomsten av tv) *. Den andra innehöll bevis för att det fanns atomer, ett faktum som, konstigt nog, fortsatte att ifrågasättas vid den tiden. Och den tredje förändrade bara världen.för vilken dess författare tilldelades Nobelpriset förklarade ljusets karaktär (som bland annat bidrog till uppkomsten av tv) *. Den andra innehöll bevis för att det fanns atomer, ett faktum som, konstigt nog, fortsatte att ifrågasättas vid den tiden. Och den tredje förändrade bara världen.för vilken dess författare tilldelades Nobelpriset förklarade ljusets karaktär (som bland annat bidrog till uppkomsten av tv) *. Den andra innehöll bevis för att atomer fanns - ett faktum som, konstigt nog, fortsatte att vara omtvistade vid den tiden. Och den tredje förändrade bara världen.
Einstein föddes 1879 i Ulm, i södra Tyskland, men växte upp i München. Under den tidiga perioden av hans liv sa lite om den förestående omfattningen av hans personlighet. På 1890-talet började hans fars elektriska verksamhet minska, och familjen flyttade till Milano, men Albert, då en tonåring, åkte till Schweiz för att fortsätta sin utbildning - även om han inte kunde klara antagningsprovet vid första försöket. 1896, för att undvika att dras in i armén, avstod han tyskt medborgarskap och gick in i Zürichs polytekniska institut för en fyraårig kurs, som tog examen i naturvetenskapslärare för gymnasier. Han var en skicklig men inte särskilt framstående student. År 1900 tog han examen från institutet och efter några månader började publicera i Annalen der Physik. Hans allra första arbete med vätskans fysik i sugrör (wow!) dök upp i samma nummer med Plancks arbete med kvantteori. Från 1902 till 1904 publicerade han en serie artiklar om statistisk mekanik, först senare för att lära sig att den ödmjuka och produktiva J. Willard Gibbs i Connecticut gjorde samma sak 1901 och publicerade resultaten i sina grundläggande grunder för statistisk mekanik. Albert blev kär i en ungersk student. klasskamrat Mileva Marich. År 1901 fick de ett äktenskapligt barn, en dotter, som de gradvis gav upp för adoption. Einstein såg aldrig sitt barn. Två år senare gifte sig hon och Mileva107. Mellan dessa två händelser gick Einstein till arbete på det schweiziska patentverket, där han arbetade de närmaste sju åren. Han tyckte om jobbet: det var tillräckligt intressant för att ge sinnet arbete, men inte så stressigt att det stör fysiken. Det var under dessa förhållanden som han skapade den speciella relativitetsteorin 1905.
"On the Electrodynamics of Moving Bodies" är en av de mest fantastiska vetenskapliga publikationer som någonsin publicerats, både i presentation och i innehåll. Det fanns inga referenser eller fotnoter, nästan ingen matematik, 108 inget omnämnde tidigare eller inflytelserikt arbete, och bara hjälp från en person - en kollega på patentkontoret, Michel Besso. Det visade sig, skrev Ch. P. Snow109 att”Einstein kom till dessa slutsatser endast genom abstrakt reflektion, utan hjälp utifrån, utan att lyssna på andras åsikter. Överraskande nog är det i hög grad exakt hur det var.
Hans berömda ekvation E = mc2 var frånvarande i det här dokumentet, men det visade sig i ett kort tillskott några månader senare. Som du kanske kommer ihåg från dina skoldagar står E i ekvationen för energi, m står för massa och c2 står för ljusets hastighet i kvadrat. I de enklaste orden betyder denna ekvation att massa och energi är ekvivalenta. Dessa är två former av en sak: energi är frigjord materia; materia är energi som väntar i vingarna. Eftersom c2 (ljusets hastighet multiplicerat med sig själv) faktiskt är ett enormt antal, visar formeln att det i alla materiella objekt finns en monströs - ja monströs - mängd energi. * * Hur det blev en symbol för ljusets hastighet är ett slags mysterium, men här föreslår David Bodanis att det kommer från de latinska celentierna, vilket betyder hastighet. I motsvarande volym av Oxford English Dictionary, utarbetad tio år före Einsteins teori, indikeras en rad olika betydelser för symbolen c, från kol till cricket, men det nämns inte symbolen för ljus eller hastighet. betrakta dig själv som en rejäl liten, men om du bara är en vuxen med normal uppbyggnad, kommer det att finnas minst 7 x 1018 joule energi i din obemärkliga figur. Det räcker för att explodera med kraften av trettio mycket stora vätgasbomber, förutsatt att du vet hur du släpper ut denna energi och du verkligen vill göra det. Allt som omger oss innehåller denna typ av energi. Vi är bara inte så starka på att släppa det. Till och med en vätgasbom är det mest energiska vi har lyckats skapa idag,- frigör mindre än 1 procent av den energi som hon kunde släppa om vi var skickligare.
Bland många andra förklarade Einsteins teori mekanismen för radioaktivitet: hur en bit uran kontinuerligt kan avge högenergistrålar och inte smälta från den som en isbit. (Detta är möjligt på grund av den högsta effektiviteten för att omvandla massa till energi i enlighet med formeln E = mc2.) Detta förklarar också hur stjärnor kan brinna i miljarder år utan att tömma sitt bränsle. Med ett pennslag, en enkel formel, gav Einstein geologer och astronomer lyxen att arbeta i miljarder år. Men det viktigaste är att den speciella relativitetsteorin har visat att ljusets hastighet är konstant och begränsande. Ingenting kan överstiga det. Relativitet har hjälpt oss att se ljus (ingen ordlek avsedd) som det mest centrala konceptet i vår förståelse av universums natur. Och, som också är långt ifrån tillfällighet,hon löste problemet med den lysande etern och slutligen gjorde det klart att det inte existerar. Einstein gav oss ett universum som inte behövde honom. Fysiker är vanligtvis ovilliga att ägna alltför mycket uppmärksamhet åt påståenden från det schweiziska patentkontoret, så trots att det finns många användbara innovationer som de innehåller, har få människor märkt Einsteins artiklar.
Efter att ha löst några av de största mysterierna i universum försökte Einstein få ett jobb som föreläsare vid universitetet, men vägrade, då ville han bli lärare på gymnasiet, men här vägrade han. Så han återvände till sin plats som teknisk teknikexpert i tredje klass - men naturligtvis fortsatte han att tänka. Slutet var ännu inte i sikte. När poeten Paul Valery en gång frågade Einstein om han hade en anteckningsbok där han skrev ner sina idéer så Einstein på honom med verklig förvåning.”Åh, det är inte nödvändigt,” svarade han. "Jag har dem inte så ofta." Det behöver inte sägas att när han hade dem var de vanligtvis bra. Einsteins nästa idé var den största som någon någonsin hade tänkt på - verkligen den största av de stora, som Burs antecknar,Motz och Weaver i sin omfattande historia av atomfysik 111. "Som en produkt av ett sinne", skrev de, "är detta utan tvekan mänsklighetens högsta intellektuella prestation." Och detta är ett välförtjänt beröm. Ibland skriver de att någonstans omkring 1907 såg Albert Einstein en arbetare falla av taket och började tänka på tyngdkraftsproblemet. Tyvärr, som många roliga historier, verkar den här också tveksam. Enligt Einstein själv tänkte han på tyngdkraftsproblemet, bara sitta i en stol.som många roliga historier verkar den här också tveksam. Enligt Einstein själv tänkte han på tyngdkraftsproblemet, bara sitta i en stol.som många roliga historier verkar den här också tveksam. Enligt Einstein själv tänkte han på tyngdkraftsproblemet, bara sitta i en stol.
Faktum var att Einstein tänkte på mer än början på att lösa tyngdkraftsproblemet, eftersom det redan från början var uppenbart för honom att tyngdkraften är det enda som saknas i hans speciella teori. Det "speciella" med denna teori var att den främst handlade om föremål som rör sig fritt112. Men vad händer om ett rörligt objekt - främst ljus - stöter på ett sådant hinder som gravitationen? Denna fråga ockuperade hans tankar under större delen av det kommande decenniet och ledde till att tidigt 1917 publicerades ett verk med titeln "Kosmologiska överväganden om allmän relativitet" 113. Den speciella relativitetsteorin från 1905 var naturligtvis ett djupt och betydelsefullt arbete; men som Ch. P. Snow, om Einstein inte hade tänkt på henne under sin tid, skulle någon annan ha gjort det,kanske de närmaste fem åren; denna idé låg i luften. Allmän teori är dock en helt annan sak. "Hade hon inte dykt upp", skrev Snow 1979, "hade vi kanske väntat på henne till denna dag." Med sin rörelse, lågmäld attraktionskraft och elektrifierat hår var Einstein för duktig för att förbli i skuggan för alltid, och 1919 år, när kriget var bakom, öppnade världen plötsligt det. Nästan omedelbart fick hans relativitetsteorier rykte om att de var obegripliga för enbart dödliga. Incidenter som vad som hände med New York Times, som bestämde sig för att ge material om relativitetsteorin, hjälpte inte till att korrigera detta intryck. Einstein var för begåvad för att förbli i skuggorna för alltid, och 1919, med kriget bakom sig, öppnade världen honom plötsligt med en lågmäld vädjan och ett elektrifierat hårhår. Nästan omedelbart fick hans relativitetsteorier rykte om att de var obegripliga för enbart dödliga. Incidenter som vad som hände med New York Times, som bestämde sig för att ge material om relativitetsteorin, hjälpte inte till att korrigera detta intryck. Einstein var för begåvad för att förbli i skuggorna för alltid, och 1919, med kriget bakom sig, öppnade världen honom plötsligt med en lågmäld vädjan och ett elektrifierat hårhår. Nästan omedelbart fick hans relativitetsteorier rykte om att de var obegripliga för enbart dödliga. Incidenter som vad som hände med New York Times, som bestämde sig för att ge material om relativitetsteorin, hjälpte inte till att korrigera detta intryck.beslutade att ge material om relativitetsteorin.beslutade att ge material om relativitetsteorin.
Som David Bodanis skriver om detta i sin utmärkta bok E = mc2, av skäl som inte orsakade något annat än överraskning, skickade tidningen ut för att intervjua vetenskapsmannen till sin sportkorrespondent, golfspecialisten, en viss Henry Crouch. Materialet var helt klart inte för honom. tänder, och han förstörde nästan allt. Bland de ihärdiga blundrarna i materialet var påståendet att Einstein hade lyckats hitta en förläggare som var modig nog för att ta sig an utgåvan av en bok som bara ett dussin vise män "i hela världen kan förstå". Det fanns ingen sådan bok, en sådan förläggare, en sådan krets av forskare, men härligheten förblev. Snart minskade antalet människor som kunde förstå innebörden av relativitet ännu mer i mänsklig fantasi - och jag måste säga, inom det vetenskapliga samfundet gjordes lite för att förhindra spridningen av denna uppfinning. När en journalist frågade den brittiska astronomen Sir Arthur Eddington om det var sant att han var en av endast tre personer i hela världen som förstod Einsteins relativitetsteorier, lät Eddington ett ögonblick tänka djupt och svarade sedan:”Jag försöker komma ihåg, vem är den tredje. " Faktum är att relativitetssvårigheten inte var att den innehöll många differentiella ekvationer, Lorentz-transformationer och andra komplexa matematiska beräkningar (även om det var så - även Einstein behövde hjälp av matematiker när de arbetade med dem), utan att det var i motsats till de vanliga idéerna. Faktum är att relativitetsvårigheten inte var att den innehöll många differentiella ekvationer, Lorentz-transformationer och andra komplexa matematiska beräkningar (även om det var så - även Einstein behövde hjälp av matematiker när de arbetade med dem), utan att det var i motsats till de vanliga idéerna. I själva verket var svårigheten med relativitet inte att den innehöll många differentiella ekvationer, Lorentz-omvandlingar och andra komplexa matematiska beräkningar (även om det var så - även Einstein behövde hjälp av matematiker när de arbetade med dem), utan att det var i motsats till de vanliga idéerna.
- Del två -