De 900 a 1904, escribió un artículo cada año y lo publicó en el German Physical Journal. Los dos primeros artículos trataban sobre líquidos.
La termodinámica de superficies y la electrólisis intentan dar a la química una base mecánica. Más tarde descubrí que este camino no estaba disponible, así que recurrí a la ciencia térmica.
Los fundamentos de la mecánica científica, independiente del trabajo de J.W Gibbs en 1901, propuso algunas teorías básicas de la mecánica estadística, 190.
Pertenecen a este campo tres artículos del 2 al 1904. El artículo de 1902 se calculó a partir de las leyes de la mecánica y la teoría de la probabilidad.
Deducida la teoría del equilibrio térmico y la segunda ley de la termodinámica. El artículo de 1904 analizaba las fluctuaciones predichas por la mecánica estadística.
Se descubrió que las fluctuaciones de energía (o la estabilidad térmica de un sistema) dependen de la constante de Boltzmann. No sólo utilizó este sistema mecánico y los fenómenos térmicos, sino que también lo aplicó audazmente a los fenómenos de radiación para obtener la fórmula de fluctuación de la energía radiante, derivando así el potencial de Wien.
Ley de Extranjería. El estudio de los fenómenos ondulatorios le permitió trabajar en la teoría de la radiación y la teoría del movimiento molecular en 1905.
Gran avance.
El milagro de 1905
Del 65438 al 0905, Einstein creó un milagro sin precedentes en la historia de la ciencia. En marzo de este año, escribió seis artículos.
En los seis meses hasta septiembre, utilicé mi tiempo libre después de trabajar 8 horas al día en la Oficina de Patentes para lograr cuatro resultados en tres campos.
Una contribución que hace época.
Light Quantum
En marzo de 1905, escribió el artículo "Un punto de vista especulativo sobre la generación y transformación de la luz", que Planck propuso en 1900.
Ampliando el concepto cuántico a la propagación de la luz en el espacio, se propuso la hipótesis cuántica de la luz, que es que: para el tiempo promedio (
es decir, fenómeno estadístico promedio), la luz parece fluctuar; para valores instantáneos (es decir, ondas), la luz aparece como partículas.
. Esta es la primera vez en la historia que se revela la unidad de las fluctuaciones y partículas de objetos microscópicos, es decir, la dualidad onda-partícula. Entonces
El desarrollo de la física muestra que la dualidad onda-partícula es la característica más básica de todo el mundo microscópico. Este artículo también nombró la teoría de L. Bo Boltzmann de que "la entropía de un sistema es función de su probabilidad de estado" como el "principio de Boltzmann". Existencia
Al final del artículo, explicó el fenómeno fotoeléctrico de una manera fácil de entender utilizando el concepto de cuantos de luz y derivó la energía máxima de los fotoelectrones.
Y la frecuencia de la luz incidente. Fueron necesarios 10 años para que R.A. Millikan confirmara experimentalmente esta relación. "Gracias a él.
Einstein ganó el Premio Nobel de Física en 1921.
Teoría cinemática de las moléculas
Abril, mayo, febrero de 1905, escribió tres artículos sobre la teoría del movimiento de partículas suspendidas en líquidos.
El erudito británico R. Brown lo descubrió por primera vez en 1827 y lo llamó movimiento browniano. El propósito en ese momento era observar.
El movimiento aleatorio de partículas suspendidas causado por la fluctuación del movimiento molecular se puede utilizar para determinar el tamaño real de las moléculas para resolver el problema
Durante más de medio siglo, los científicos y los filósofos han estado debatiendo si Los átomos existían. Tres años más tarde, el físico francés J. B. Perrin confirmó con experimentos precisos las predicciones teóricas de Einstein, lo que lo convirtió en el más acérrimo oponente de los átomos en Alemania.
En 1908, el químico y fundador de la "energética". " F.W. Ostwald tomó la iniciativa de anunciar: "La hipótesis atómica se ha convertido.
Una teoría científica con una base sólida.
Teoría especial de la relatividad en la era de la innovación
En junio de 1905, Einstein escribió un largo artículo "Sobre la electrodinámica de los objetos en movimiento", que era relativamente completo.
Propuso la teoría especial de la relatividad. Este es el resultado de sus 10 años de exploración y exploración, que resolvieron en gran medida los problemas del siglo XIX.
La crisis final de la física clásica impulsó la revolución de toda la teoría física. Para superar las contradicciones entre los nuevos hechos experimentales
y los viejos sistemas teóricos, la generación anterior de físicos propuso reparar las lagunas.
Muchas suposiciones han hecho que el antiguo sistema teórico se extienda aún más. Einstein creía que la salida está en el todo.
La base teórica ha sufrido cambios fundamentales. Partiendo de la creencia en la unidad de la naturaleza, investigó la pregunta: ¿Por qué el principio de relatividad está universalmente establecido en el campo de la dinámica (las leyes de la mecánica son invariantes para cualquier sistema inercial)?
¿Pero no en electrodinámica? Según el experimento de inducción electromagnética de M. Faraday, esta inconsistencia obviamente no existe.
El problema inherente a las imágenes debe residir en la base teórica de la física clásica. Aprendió el trascendentalismo del filósofo empirista D. Hume.
Y la crítica de E. Mach a los conceptos de espacio absoluto y tiempo absoluto de I. Newton proviene de la investigación de ambos en el espacio.
Partiendo de la "simultaneidad" de eventos separados, negamos la simultaneidad absoluta que no tiene base empírica, y luego negamos lo absoluto.
En cuanto a la existencia del tiempo, el espacio absoluto y el "éter", se cree que se debe revisar el concepto tradicional de tiempo y espacio.
. Extendió a todas las cosas el hecho experimental básico de importancia universal, la relatividad del movimiento mecánico descubierta por Galileo.
Principios básicos que deben seguir todas las teorías físicas; al mismo tiempo, toda la luz que se muestra en el experimento "Aether Drift" se sitúa en el vacío
Siempre se basa en un hecho básico de que se propaga una cierta velocidad A c. Manteniendo inalterados el principio de la relatividad y la velocidad de la luz
Mientras la teoría esté establecida, la transformación entre las coordenadas de diferentes sistemas inerciales ya no puede ser una transformación galileana, sino que debería ser de otro tipo.
Esta transformación es similar a la transformación desarrollada por Lorenz en 1904. De hecho, Einstein no conocía a Lorentz19 en aquel momento.
El trabajo de 2004 es consistente con la forma de transformación que propusieron originalmente solo en la primera potencia de v/c; Xiansuo
La transformación de Lorentz en realidad se refiere a la forma del amor de Einstein. Para la transformación de Lorentz, las longitudes del espacio y el tiempo no son las mismas nuevamente, pero las leyes de la física, incluidas las ecuaciones de Maxwell, son las mismas (covariantes). Las leyes mecánicas newtonianas originales que son covariantes con la transformación galileana deben modificarse para satisfacer la covarianza bajo la transformación de Lorentz.
. Esta transformación es en realidad una generalización, considerando la mecánica clásica como un límite de la mecánica relativista a bajas velocidades.
Situación. De esta manera se unifican la mecánica y el electromagnetismo a partir de la cinemática.
Masa equivalente en energía
En septiembre de 1905, Einstein escribió un breve artículo, ¿Está relacionada la inercia de un objeto con la energía que contiene? ", es la fase
Un corolario de esta teoría revela la equivalencia de masa (M) y energía (E): E = MC^2, explicando así los elementos radiactivos.
La razón por la que los elementos (como el radio) pueden liberar grandes cantidades de energía está relacionada con la física nuclear y la física de partículas.
La base teórica también allanó el camino para la liberación y utilización de la energía nuclear en los años 40.
Un mayor desarrollo de la teoría cuántica
La teoría cuántica de la luz de Einstein encontró la oposición de casi todos los físicos de la generación anterior, incluso los más antiguos
Planck, el primero. entusiasta partidario del concepto cuántico de la relatividad especial, no lo tomó en serio hasta 1913.
Einstein, sin embargo, trabajó solo y desarrolló incansablemente la teoría cuántica.
En 1906, amplió la teoría cuántica. concepto a la vibración dentro del objeto y básicamente explicó la proporción de capacidad calorífica en los sólidos a bajas temperaturas. La relación entre la temperatura. En 1912, aplicó el concepto de cuantos de luz a los fenómenos fotoquímicos y estableció las leyes de la fotoquímica.
En 1916, publicó un artículo "Sobre la teoría cuántica de la radiación", en el que sintetizó el desarrollo de la teoría cuántica, y se proponen algunas ideas al respecto.
La teoría estadística de la absorción de la radiación. La emisión se deriva del concepto de transiciones cuánticas de N Bohr 1913.
La fórmula de radiación estimulada propuesta en este artículo proporcionó la base teórica para el auge de la tecnología láser en la década de 1960. Concepto de dualidad onda-partícula revelado por la teoría cuántica de la luz, fue propuesto por L.V. de Broglietti en 1923.
Teoría ondulatoria de la materia.
Esta teoría fue apoyada con entusiasmo por primera vez por Einstein. No sólo eso, recibió el sello en 1924.
Cuando leyó el artículo del joven físico S. Bose sobre la teoría estadística de la cuántica de la luz, inmediatamente lo tradujo al alemán y recomendó su publicación.
Combinando esta teoría con el concepto de ondas de materia, se propuso una teoría estadística cuántica de gases monoatómicos. Se trata de
Las partículas de espín entero obedecen a la estadística de Bose-Einstein (ver estadística cuántica). Inspirado por el trabajo de Einstein, E. Schrödinger extendió las ondas de Broglie a partículas unidas y estableció la mecánica ondulatoria en 1926 (ver teoría de la representación, mecánica cuántica). Por ello, el físico estadounidense A. Pais cree que "Einstein no es sólo los tres patriarcas de la teoría cuántica (refiriéndose a Frank, Einstein y Edgar Allan Poe en general), sino que es el único pionero de la mecánica ondulatoria. M. Born". también cree que "es un "pionero" y "nuestro líder y abanderado" en la lucha por conquistar el páramo de los fenómenos cuánticos. Explorando el principio de equivalencia de la relatividad general
Después del establecimiento de la relatividad especial , Einstein no quedó satisfecho y trató de ampliar el ámbito de aplicación del principio de la relatividad a sistemas no relativistas.
Galileo descubrió que todos los objetos en el campo gravitacional tienen la misma aceleración (es decir, masa inercial y masa gravitacional)
El antiguo hecho experimental de cantidades iguales encontró un gran avance y en 1907 se propuso el principio de equivalencia: "El campo gravitacional es una variable de parámetro.
Las fuerzas equivalentes del sistema fotográfico son físicamente equivalentes. "Se puede ver que en el campo gravitacional el reloj debería funcionar muy rápido,
la longitud de onda de la luz debería cambiar y la luz debería curvarse. Este año, su profesor universitario, el famoso geómetra H. Ming Kov.
La representación espacial cuatridimensional de la relatividad especial propuesta por Schiki proporcionó una herramienta matemática útil para el desarrollo posterior de la teoría de la relatividad.
Es una lástima. que Einstein no se dio cuenta en su momento. El valor del mismo también se ha aprovechado.
El tortuoso viaje de exploración continua
Einstein creía que el descubrimiento del principio de equivalencia era el. idea más feliz de su vida, pero el trabajo futuro era muy difícil.
En 1911, calculó que la desviación cercana de la luz que pasa a través del sol es □, analizó el disco giratorio rígido y se dio cuenta. cuánto ganó en el campo gravitacional.
Al mismo tiempo, también descubrió que la transformación de Lorentz no era universal y requería una relación de transformación más universal
; Para garantizar la conservación de la energía y el impulso, la ecuación del campo gravitacional debe ser no lineal; el principio de equivalencia sólo existe en regiones infinitesimales.
Se dio cuenta de que la teoría de superficie gaussiana que había aprendido en la universidad debería ser efectiva. útil para establecer las ecuaciones del campo gravitacional, pero no estaba familiarizado con el conjunto de herramientas matemáticas y no pudo ponerlo en marcha por un tiempo. Dejó Praga y regresó a trabajar en su alma mater en Zurich con la ayuda de su compañero de clase M. Grossmann, que era profesor de matemáticas en su alma mater, estudió la geometría de Riemann y el cálculo diferencial absoluto de Ritchie y T. Levi-Chevita (es decir, el análisis de tensores). Después de un año de arduo trabajo, acordaron que en. En 1913, publicó un importante artículo "General Relativity." and the Outline of the Gravity Theory", y propuso la teoría de la gravedad del campo de calibre. Aquí el campo gravitacional no se describe mediante un escalar, sino mediante el tensor métrico, es decir, se necesitan 10 funciones de potencial gravitacional para determinar el campo gravitacional.
Esta es la primera vez que la gravedad y la escala se combinan para darle a Riemann un significado físico real. p>La fórmula del campo gravitacional solo funciona para transformaciones lineales, es covariante y no tiene ninguna de las coordenadas requeridas por el principio de la relatividad general.
Esto se debe a que Einstein no estaba familiarizado con las operaciones tensoriales en ese momento y se equivocó. creía que sólo necesitaba mantener la conservación.
p>
Leyes, debemos limitar la elección de sistemas de coordenadas. Para mantener la ley de causalidad, tenemos que renunciar al requisito de universalidad. covarianza.
El segundo pico de logros científicos
Los tres años comprendidos entre 1915 y 1917 fueron el segundo período pico de los logros científicos de Einstein, similar a 1905.
También logró logros históricos en tres campos diferentes. Excepto en 1915, finalmente se construyó como un pensamiento humano.
Además de la teoría general de la relatividad, uno de los mayores logros de la historia, en 1916 también se elaboró como antes la teoría cuántica de la radiación.
El gran avance mencionado anteriormente, en 1917, creó la cosmología científica moderna. El establecimiento y abandono de la teoría general de la relatividad
El error en el requisito de covarianza general hizo que Einstein siguiera desviándose durante más de dos años, hasta después de julio de 1915.
El error poco a poco se fue conociendo. Después de volver a los requisitos de la pancovarianza, se concentró en explorar nuevas ofertas desde junio de 1915 hasta junio de 110.
Ecuaciones del campo de fuerza, se presentaron cuatro artículos a la Academia de Ciencias de Prusia los días 4, 11, 18 y 25 de junio. En el primero
En un artículo, obtuvo la ecuación del campo gravitacional covariante universal que satisface la ley de conservación (ver teoría general de la relatividad), pero agregó
una restricción innecesaria: que sólo se permiten transformaciones unitarias. En el tercer artículo, a partir de la nueva ecuación del campo gravitacional, se deduce
Se calcula que la deflexión de la luz que atraviesa la superficie del sol debe ser □, que es el doble del valor anterior; También se calcula que Mercurio está cerca de
El valor de precesión restante del punto solar cada 100 años es 43□, lo que es completamente consistente con los resultados de la observación y resuelve por completo el problema astronómico de más de 60 años.
Aprender una gran pregunta le dio a Einstein un gran estímulo. 1915 165438+ artículo "Ecuación de campo de gravedad" 25 de octubre.
Renunció a restricciones innecesarias sobre el grupo de transformación, estableció una ecuación de campo gravitacional covariante verdaderamente universal y anunció la "generalización".
La teoría de la relatividad como estructura lógica finalmente se completó . "Al mismo tiempo, el matemático alemán D. Hilbert también obtuvo de forma independiente la ecuación del campo de fuerza covariante universal en 1915.
El 20 de octubre, 165438+ estaba en Gotinga. En la primavera de 1916, Einstein escribió
un artículo resumido "Fundamentos de la Teoría General de la Relatividad"; a finales del mismo año, escribió un folleto popular "El sentido estrecho"
y la relatividad general
. p>Ondas de gravedad
Einstein completó el resumen de la relatividad general en marzo de 1916 y estudió la integral aproximada de la ecuación del campo gravitacional.
Cuando un sistema mecánico cambia, debe. emiten ondas gravitacionales que viajan a la velocidad de la luz.
La existencia de órbitas estables es misteriosa, tanto desde una perspectiva electromagnética como desde la perspectiva de la gravedad. Sólo es necesario transformar la electrodinámica de Maxwell, pero también la nueva teoría de la gravedad". "En otoño, cuando volvió a la radiación cuántica.
Mientras filmaba el problema, propuso los conceptos de transiciones espontáneas y transiciones estimuladas con esta intención, y dio la fórmula de radiación de Planck.
Nueva interpretación. La existencia de ondas gravitacionales ha despertado la oposición de algunos científicos, y Einstein ha expresado repetidamente su preocupación sobre su existencia y naturaleza.
Las ondas gravitacionales son demasiado débiles e indetectables, no han atraído la atención de las personas. Durante mucho tiempo, desde la década de 1960, los experimentos para detectar ondas gravitacionales se han vuelto populares, pero no han alcanzado la precisión mínima requerida para la detección. Análisis en 1974
Observación continua de los cambios periódicos de las ondas gravitacionales. El descubrimiento del binario de pulso de radio PSR1913+16 se llevó a cabo durante 4 años, y la prueba indirecta de la existencia de ondas gravitacionales se anunció en 1979. Existencia
La fundación de la cosmología
En 1917, Einstein utilizó los resultados de la relatividad general para estudiar la estructura espacio-temporal de todo el universo y publicó un artículo innovador
Investigación cosmológica basada en la relatividad general. Este artículo analiza el concepto de "el universo es infinito en el espacio". "
El concepto tradicional señala que es incompatible con la teoría de la gravedad y la relatividad general de Newton; de hecho, la gente no
p>
Este método proporciona condiciones límite razonables. Para la ecuación del campo gravitacional en el infinito en el espacio, cree que la posible salida es considerar el universo como un "yo con un volumen limitado en el espacio (tres dimensiones)".
La cosmología es limitada e ilimitada en el espacio. Esta es una iniciativa audaz en la historia de la humanidad, que libera a la cosmología de puras conjeturas.
La especulación sobre la certeza ha entrado en el campo de la ciencia moderna, lo que supone una revolución en la visión del mundo. Basándose en las observaciones astronómicas de las estrellas en aquella época
el hecho de que la velocidad era muy pequeña, Einstein creía que la distribución de la materia era casi estática. Para garantizar esta condición, introduce
una constante cosmológica desconocida (término cosmológico) en el campo de fuerza. Durante este período, se comunicó frecuentemente con Einstein.
El astrónomo holandés W. De Sitter propuso otro modelo de universo con una densidad de masa promedio de cero. 1922 El físico soviético A.A. Friedman señala que el término cosmológico es innecesario y, por tanto, se deriva directamente de los resultados originales de Einstein.
Un modelo del universo en expansión con densidad de materia distinta de cero. Einstein no estuvo de acuerdo en ese momento, pero se retractó públicamente de su error un año después.
Crítica equivocada, admitir que la teoría de Friedman es correcta. Debido al descubrimiento en 1929 del corrimiento al rojo de las líneas espectrales de las galaxias extragalácticas,
la teoría de la expansión del universo ha recibido un fuerte apoyo. Después de 1946, se desarrolló la cosmología del Big Bang, que todavía existe hoy.
La teoría cosmológica de mayor éxito.
La larga y difícil búsqueda de una teoría de campo unificado
Después de completar la teoría general de la relatividad, Einstein todavía se sentía insatisfecho, por lo que quiso extender la teoría general de la relatividad a hacerlo insatisfactorio
Incluyendo no solo el campo gravitacional, sino también el campo electromagnético, lo que significa que debemos buscar una teoría de campo unificada. Pensó que era la relatividad.
En la tercera etapa de la exposición no sólo se deben unificar el campo gravitacional y el campo electromagnético, sino también la teoría de la relatividad y la teoría cuántica.
Juntos proporcionan una base teórica razonable para la física cuántica. Lo quería en la teoría del campo unificado que estaba intentando construir.
Se pueden utilizar soluciones sin puntos singulares para representar partículas, es decir, intentar utilizar el concepto de campos para explicar la estructura de la materia y los fenómenos cuánticos.
. La teoría del campo unificado original fue popularizada por el matemático H. Weil en 1918.
Einstein expresó su aprecio por esto, pero señaló que los elementos lineales dados por esta teoría no son invariantes, sino que los acompañan.
En relación con la historia, esto contradice el hecho de que todos los átomos de hidrógeno tienen el mismo espectro. Luego, el matemático T.F.E. Karucha
En 1919, intentó realizar una teoría de campo unificada utilizando una variedad de cinco dimensiones, que fue muy elogiada por Einstein. 1922 Ain
El primer artículo sobre la teoría del campo unificado completado por Stein fue sobre la teoría de Kalucha. Después de 1925, Einstein hizo todo lo posible para explorar una teoría de campo unificado. En los primeros años se mostró muy optimista y la victoria estaba a la vista; luego le resultó difícil.
Siento que las herramientas matemáticas existentes no son suficientes; recurrí a las matemáticas puras después de 1928. Probó varios métodos, a veces usando una representación de cinco dimensiones, a veces usando una representación de cuatro dimensiones, pero no obtuvo ningún resultado físicamente significativo.
En los 30 años transcurridos entre 1925 y 1955, además de completar la mecánica cuántica, las ondas gravitacionales y la relatividad general,
A excepción de los deportes, Einstein dedicó casi toda su carrera científica. energía creativa para sumergirse en la búsqueda de la teoría del campo unificado. En 1937
En 2000, con la cooperación de dos asistentes, derivó las ecuaciones de movimiento a partir de las ecuaciones del campo gravitacional de la relatividad general, lo que fue aún más revelador.
La unificación del espacio-tiempo, la materia y el movimiento es un desarrollo importante de la relatividad general y también de Einstein.
El último gran logro de la actividad de creación científica. Sin embargo, nunca logró unificar la teoría de campos.
. Enfrentó innumerables fracasos, pero nunca se desanimó y siempre empezó desde el principio con confianza. Porque todavía está lejos de dejarse engañar.
La corriente principal de la investigación en física en ese momento, solo para superar problemas que eran irresolubles en ese momento, junto con sus soluciones en mecánica cuántica.
En términos de explicación de problemas, fue el igual que la dominante en ese momento, la Escuela de Copenhague formó una fuerte oposición. Entonces, es lo opuesto a lo que ocurrió en los años 1920.
Estuvo muy aislado físicamente en sus últimos años. Pero sigue sin miedo y sigue inquebrantablemente su propio camino.
Explorando el camino de la verdad, hasta el día antes de su muerte, todavía estaba en la cama preparándose para continuar con los cálculos matemáticos de su teoría del campo unificado.
En 1948 se dio cuenta de que "no puedo terminar este trabajo; será olvidado pero redescubierto en el futuro".
"El desarrollo de la historia no le ha fallado, porque una serie de experimentos en los años 1970 y 1980 apoyaron firmemente la teoría unificada de la electricidad débil.
La idea de la teoría del campo unificado ha demostrado su vitalidad en un nueva forma y ofrece enormes oportunidades para el desarrollo futuro de la física