En 1905, Einstein escribió 6 artículos en su tiempo libre en la oficina de patentes. Entre ellos, tres artículos de abril, mayo y junio de 5438+2 tratan sobre el movimiento browniano de partículas suspendidas en líquidos. Imaginó que el tamaño real de las moléculas podría determinarse observando el movimiento irregular de las partículas suspendidas causado por las fluctuaciones en el movimiento molecular. Un intento de resolver el antiguo debate en ciencia y filosofía sobre la existencia de los átomos. Tres años más tarde, esto fue confirmado mediante precisos experimentos realizados por el físico francés Perrin. El artículo de marzo "Un punto de vista especulativo sobre la generación y transformación de la luz" aplica el concepto cuántico de Planck a la propagación de la luz, creyendo que la luz está compuesta de cuantos de luz, que son a la vez ondulatorios y granulares. Así, Einstein ganó el Premio Nobel de Física en 1921. En junio, habló sobre la electrodinámica de los objetos en movimiento. Propuso la teoría completa de la relatividad especial. Debido a sus logros históricos en estos tres campos diferentes, fue destinado a trabajar en instituciones académicas en 1908. Tras el establecimiento de la teoría especial de la relatividad, Einstein no quedó satisfecho y trató de extender los principios de la relatividad a los sistemas no inerciales. Partiendo del hecho de que las masas gravitacionales son iguales, Einstein creó la teoría general de la relatividad entre 1915 y 1916 después de 10 años de ardua exploración. Posteriormente, Einstein utilizó los resultados de la relatividad general para estudiar la estructura espacio-temporal de todo el universo. 10917 publicó un artículo "Utilizó argumentos científicos para inferir que el universo es finito e ilimitado en el espacio. Esta es una revolución en la cosmología". En 2004, él y el físico indio Bose propusieron la teoría estadística cuántica del gas de pastizal, a saber, la estadística de Bose-Einstein. De 1925 a 1955, Einstein dedicó casi toda su energía a la exploración de la teoría del campo unificado. Intentó ampliar la relatividad general para incluir no sólo. También se incluye el campo electromagnético, es decir, se busca una teoría de campos unificados. Desafortunadamente, nunca lo logró. Sin embargo, desde la década de 1970, la idea de la teoría de campos unificados ha mostrado su vitalidad en nuevas formas, señalando la dirección del futuro desarrollo de la física.
El famoso artículo de Einstein sobre la relatividad especial
Un mayor desarrollo de la teoría cuántica Una de las contribuciones fundamentales de Einstein fue el desarrollo de la teoría cuántica. La teoría cuántica es una hipótesis propuesta por Planck en 1900 para resolver el espectro de radiación del cuerpo negro. Creía que la energía liberada cuando un objeto emite radiación no es continua, sino cuantificada. Pero la mayoría de la gente, incluido el propio Planck, no se atrevió a llevar más lejos el concepto de discontinuidad de energía, e incluso intentó incorporarlo al sistema de la física clásica una y otra vez. Einstein tuvo la premonición de que la teoría cuántica traería no una pequeña corrección, sino un cambio fundamental en toda la física. En 1905, amplió el concepto cuántico de Planck a la propagación de la luz en el espacio y propuso la hipótesis cuántica de la luz, creyendo que: para los promedios temporales (es decir, fenómenos estadísticos promedio), la luz se comporta como fluctuaciones para valores instantáneos (es decir, fluctuaciones); ), La luz se comporta como partículas (ver óptica cuántica). Esta es la primera vez en la historia que se revela la unidad de las fluctuaciones y la naturaleza partícula de las partículas microscópicas, es decir, la dualidad onda-partícula. Los avances posteriores en física demostraron que la dualidad onda-partícula es la característica más básica de todo el mundo microscópico. Basándose en el concepto de cuantos de luz, explicó con éxito las leyes empíricas del efecto fotoeléctrico que la física clásica no podía explicar y ganó el Premio Nobel de Física en 1921. En 1916 amplió el concepto cuántico a la vibración dentro del objeto y explicó básicamente la relación entre la capacidad calorífica específica de los sólidos y la temperatura a bajas temperaturas. En 1916, continuó desarrollando la teoría cuántica y derivó el espectro de radiación del cuerpo negro a partir del concepto de transición cuántica de N. Bohr. En esta investigación combinó los conceptos de la física estadística con la teoría cuántica y propuso los conceptos de emisión espontánea y emisión estimulada. Desde los fundamentos de la teoría cuántica hasta el concepto de emisión estimulada, tiene una gran influencia en la astrofísica. Entre ellos, el concepto de emisión estimulada proporcionó la base teórica para el auge de la tecnología láser en los años 60.
Teoría del movimiento molecular Einstein utilizó la teoría atómica para explicar el movimiento browniano en su artículo "Estudio sobre el movimiento de partículas suspendidas en líquidos estacionarios basado en la teoría del movimiento molecular". Este movimiento es el movimiento irregular de algunas partículas diminutas suspendidas en un líquido y fue descubierto por primera vez por R. Brown.
Tres años más tarde, el físico francés J.B. Perrin confirmó las predicciones teóricas de Einstein con experimentos precisos, resolviendo así el problema de la existencia de los átomos que había sido debatido en los círculos científicos y filosóficos durante más de medio siglo, haciendo de la hipótesis atómica un sólido fundamento científico. teoría.
Como símbolo del trabajo de toda la vida de Einstein, la teoría de la relatividad es su teoría de la relatividad. En un artículo titulado "Sobre la electrodinámica de los objetos en movimiento" publicado en 1905, propuso completamente la teoría especial de la relatividad, que resolvió en gran medida la crisis de la física clásica de finales del siglo XIX y promovió la revolución de toda la teoría física. A finales de 2019, la física estaba cambiando y nuevos resultados experimentales impactaron el sistema de física clásica establecido desde Galileo e I. Newton. La generación anterior de físicos teóricos, representada por H.A. Lorenz, intentó resolver la contradicción entre las viejas teorías y las nuevas basándose en el marco teórico original. Einstein pensó que la salida consistía en cambiar fundamentalmente toda la base teórica. Basándose en la relatividad del sistema de referencia inercial y la invariancia de la velocidad de la luz, transformó los conceptos básicos de tiempo, espacio y movimiento en la física clásica, negando la existencia de un espacio absolutamente estático y el carácter absoluto del concepto de simultaneidad. En este sistema, la escala del movimiento debería acortarse y el reloj del movimiento debería ralentizarse. Uno de los logros más destacados de la relatividad especial es la relación entre energía y masa. La masa (m) y la energía (e) son equivalentes: e = mc2 es un corolario de la teoría de la relatividad. Esto podría explicar por qué elementos radiactivos como el radio pueden liberar grandes cantidades de energía. La equivalencia masa-energía es la base teórica de la física atómica y de la física de partículas, y explica satisfactoriamente el antiguo problema de la energía estelar. La relatividad especial se ha convertido en una herramienta teórica básica para explicar los fenómenos astrofísicos de alta energía.
Tras el establecimiento de la teoría especial de la relatividad, Einstein intentó ampliar el ámbito de aplicación de los principios de la relatividad a los sistemas no inerciales. Partiendo del hecho experimental descubierto por Galileo de que la aceleración de todos los objetos en el campo gravitacional es la misma (es decir, la masa inercial es igual a la masa gravitacional), propuso el principio de equivalencia en 1907: "La aceleración equivalente del El campo gravitacional y el marco de referencia son físicamente completamente iguales. "Y se infiere que en el campo gravitacional, el reloj funcionará más rápido, la longitud de onda de la luz cambiará y la luz se curvará. Después de años de arduo trabajo, finalmente establecimos la teoría general de la relatividad en 1915, que era fundamentalmente diferente de la teoría de la gravedad de Newton. Einstein calculó la precesión anormal del perihelio de Mercurio basándose en la teoría general de la relatividad, que era completamente consistente con los resultados de las observaciones, resolviendo un problema importante en astronomía durante más de 60 años. Al mismo tiempo, concluyó que la luz de estrellas distantes se desvía (ver la desviación gravitacional de la luz) cerca del sol. Esta predicción fue asistida por A.S. en 1919 mediante observaciones de eclipses solares. En 1916 predijo la existencia de ondas gravitacionales. Después de cuatro años de observación continua de los cambios periódicos del binario de pulsos de radio PSR 1913+16 descubierto en 1974, el anuncio de 1979 confirmó indirectamente la existencia de ondas gravitacionales, lo que es otra poderosa prueba de la teoría general de la relatividad.
Tras el establecimiento de la relatividad general, Einstein intentó ampliarla para incluir no sólo el campo gravitacional, sino también el campo electromagnético, es decir, buscó una teoría del campo unificado que utilizara el concepto de campo. Explicar la estructura y estructura de la materia. Debido a que era un problema que no se podía solucionar en ese momento, trabajó durante 25 años y no lo terminó hasta su muerte. En las décadas de 1970 y 1980, una serie de experimentos apoyaron firmemente la teoría unificada electrodébil, y la idea de la teoría del campo unificado volvió a estar activa en una nueva forma.