Альберт Ейнштейн: биография

Для вирішення проблеми, що увійшла в історію під назвою «ультрафіолетової катастрофи», та відповідного узгодження теорії з експериментом Макс Планк припустив (1900), що поглинання світла речовиною відбувається дискретно (неподільними порціями), і енергія поглинається порції залежить від частоти світла . Деякий час цю гіпотезу навіть сам її автор розглядав як умовний математичний прийом, однак Ейнштейн у другій із вищезазначених статей запропонував далеко йде її узагальнення і з успіхом застосував для пояснення властивостей фотоефекту. Ейнштейн висунув тезу, що не тільки процес поглинання, але і саме електромагнітне випромінювання дискретно, пізніше ці порції (кванти) отримали назву фотонів. Ця теза дозволив йому пояснити дві загадки фотоефекту: чому фотострум виникав не при всякій частоті світла, а тільки починаючи з певного порогу, що залежить тільки від виду металу, а енергія та швидкість вилітають залежали не від інтенсивності світла, а тільки від його частоти. Теорія фотоефекту Ейнштейна з високою точністю відповідала досвідченим даними, що пізніше підтвердили експерименти Міллікена (1916).

Спочатку ці погляди зустріли нерозуміння більшості фізиків, навіть Планка Ейнштейну довелося переконувати в реальності квантів. Поступово, однак, накопичилися дослідні дані, що переконали скептиків у дискретності електромагнітної енергії. Останню крапку в суперечці поставив ефект Комптона (1923).

У 1907 році Ейнштейн опублікував квантову теорію теплоємності (стара теорія при низьких температурах сильно розходилася з експериментом). Пізніше (1912) Дебай, Борн та Карман уточнили теорію теплоємності Ейнштейна, і було досягнуто відмінне згоду з досвідом.

У 1827 році Роберт Броун спостерігав під мікроскопом і згодом описав хаотичний рух квіткового пилку, який плавав у воді. Ейнштейн, на основі молекулярної теорії, розробив статистико-математичну модель подібного руху, причому на підставі його моделі можна було, крім іншого, з хорошою точністю оцінити розмір молекул і їх кількість в одиниці об'єму. Одночасно до аналогічних висновків дійшов Смолуховський, чия стаття була опублікована на кілька місяців пізніше, ніж ейнштейнівська. Свої роботи зі статистичної механіки, під назвою «Нове визначення розмірів молекул», Ейнштейн представив до політехнікуму як дисертацію і в тому ж 1905 році отримав звання доктора філософії (еквівалент кандидата природничих наук) з фізики. У наступному році Ейнштейн розвинув свою теорію в новій статті «До теорії броунівського руху», і надалі неодноразово повертався до цієї теми.

Незабаром (1908) вимірювання Перрена повністю підтвердили адекватність моделі Ейнштейна, що стало першим експериментальним доказом молекулярно-кінетичної теорії, підданої в ті роки активним атакам з боку позитивістів.

Макс Борн писав (1949): «Я думаю, що ці дослідження Ейнштейна більше, ніж всі інші роботи, переконують фізиків у реальності атомів і молекул, у справедливості теорії теплоти та фундаментальної ролі ймовірності в законах природи». Роботи Ейнштейна зі статистичної фізики цитуються навіть частіше, ніж його роботи з теорії відносності. Виведена ним формула для коефіцієнта дифузії та його зв'язку з дисперсією координат виявилася придатною в найзагальнішому класі задач: марківські процеси дифузії, електродинаміка і т. п.

Пізніше, у статті «До квантової теорії випромінювання» (1917) Ейнштейн, виходячи зі статистичних міркувань, вперше припустив існування нового виду випромінювання, що відбувається під впливом зовнішнього електромагнітного поля («індуковане випромінювання»). На початку 1950-х років був запропонований спосіб посилення світла і радіохвиль, заснований на використанні індукованого випромінювання, а в наступні роки воно лягло в основу теорії лазерів.