Альберт Ейнштейн: биография

Основна ідея Ейнштейна була проста: матеріальним носієм тяжіння є сам простір (точніше, простір-час). Той факт, що гравітацію можна розглядати як прояв властивостей геометрії чотиривимірного неевклідова простору, без залучення додаткових понять, є наслідок того, що всі тіла в полі тяжіння отримують однакове прискорення («принцип еквівалентності» Ейнштейна). Чотиривимірний простір-час при такому підході виявляється не «плоскою і байдужою сценою» для матеріальних процесів, у нього є фізичні атрибути, і в першу чергу - метрика та кривизна, які впливають на ці процеси і самі залежать від них. Якщо спеціальна теорія відносності - це теорія нескривленими простору, тоЗагальна теорія відносності, за задумом Ейнштейна, повинна була розглянути більш загальний випадок, простір-час зі змінною метрикою (псевдоріманово різноманіття). Причиною викривлення простору-часу є присутність матерії, і чим більше її енергія, тим викривлення сильніше. Ньютонівська ж теорія тяжіння являє собою наближення нової теорії, яке виходить, якщо враховувати тільки «викривлення часу», тобто зміна тимчасової компоненти метрики,g₀₀(простір у цьому наближенні евклидово ). Поширення збурень гравітації, тобто змін метрики при русі тяжіють мас, відбувається з кінцевою швидкістю. Дальність з цього моменту зникає з фізики.

Математичне оформлення цих ідей було досить трудомістким і зайняло кілька років (1907-1915). Ейнштейну довелося опанувати тензорним аналізом і створити його чотиривимірний псевдоріманово узагальнення; в цьому йому допомогли консультації та спільна робота спочатку з Марселем Гроссманом, який став співавтором перших статей Ейнштейна з тензорною теорії гравітації, а потім і з «королем математиків» тих років, Давидом Гільбертом. У 1915 р. головні рівняння загальної теорії відносності Ейнштейна (ЗТВ), узагальнюючі ньютонівські, були опубліковані майже одночасно в статтях Ейнштейна та Гільберта.

Нова теорія тяжіння передбачила два раніше невідомих фізичних ефекту, цілком підтверджені спостереженнями, а також точно і повністю пояснила вікове зсув перигелію Меркурія, довгий час приводило в подив астрономів. Після цього теорія відносності стала практично загальновизнаним фундаментом сучасної фізики. Крім астрофізики, ЗТВ знайшла практичне застосування, як уже згадувалося вище, в системах глобального позиціонування (Global Positioning Systems, GPS), де розрахунки координат виробляються з дуже суттєвими релятивістськими поправками.

Берлін (1915-1933)

У 1915 році в розмові з нідерландським фізиком Вандером де Хааса (нідерл. Wander Johannes de Haas) Ейнштейн запропонував схему і розрахунок досвіду, який після успішної реалізації одержав назву «ефект Ейнштейна-де Хааса». Результат досвіду надихнув Нільса Бора, двома роками раніше створив планетарну модель атома, оскільки підтвердив, що усередині атомів існують кругові електронні струми, причому електрони на своїх орбітах не випромінюють. Саме ці положення Бор і поклав в основу своєї моделі. Крім того, виявилося, що сумарний магнітний момент виходить вдвічі більше очікуваного; причина цього роз'яснилася, коли був відкритий спін - власний момент імпульсу електрона.

Після закінчення війни Ейнштейн продовжував роботу в колишніх галузях фізики, а також займався новими областями - релятивістської космологією і «Єдиною теорією поля», яка, за його задумом, повинна була об'єднати гравітацію, електромагнетизм та (бажано) теорію мікросвіту. Перша стаття з космології, «Космологічні міркування до загальної теорії відносності», з'явилася в 1917 році. Після цього Ейнштейн пережив загадкове «нашестя хвороб» - крім серйозних проблем з печінкою, виявилася виразка шлунка, потім жовтяниця та загальна слабкість. Кілька місяців він не вставав з ліжка, але продовжував активно працювати. Тільки в 1920 році хвороби відступили.