Էյնշտեյնի նշանավոր տարին
ՀԱԶԱՐ ԻՆԸ ՀԱՐՅՈՒՐ ՀԻՆԳ թվականին 26–ամյա Ալբերտ Էյնշտեյնը, որ աշխատում էր արտոնագրման մի վարչությունում, հրապարակեց իր չորս գիտական աշխատությունները։ Այդ աշխատությունները արմատապես փոխեցին մեր պատկերացումները տիեզերքի մասին՝ սկսած ամենափոքր կառուցվածքային տարրերից մինչև անծայրածիր գալակտիկաները։ Նրա հետազոտություններից մի քանիսը հիմք հանդիսացան բազմաթիվ հայտնագործությունների համար, որոնք մեծապես անդրադարձան մարդկանց կյանքի վրա վերջին 100 տարիների ընթացքում։
«Ժամանակակից ֆիզիկայում հազիվ թե գտնվի մի կարևոր հասկացություն, որի ետևում, գեթ ինչ–որ չափով, կանգնած չլինի Էյնշտեյնը»,— ասում է Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր Իսիդոր Ռաբին։ Իսկ կոնկրետ ի՞նչ էր հայտնագործել Էյնշտեյնը մեկ դար առաջ։
Բացահայտվում են լույսի գաղտնիքները
Էյնշտեյնի այն աշխատությունը, որը տպագրվեց 1905 թ. մարտին, բացահայտում էր լույսի բնույթի հետ կապված որոշ գաղտնիքներ։ Մինչ այդ, գիտնականներն արդեն հայտնաբերել էին, որ տարածության մեջ լույսի շարժումը նման է լճակում ջրի ալիքների շարժմանը։ Սակայն այս տեսությամբ հնարավոր չէր բացատրել, թե ինչու է ուլտրամանուշակագույն ճառագայթը կարողանում էլեկտրական հոսանք առաջացնել որոշ մետաղներում, իսկ տեսանելի ինֆրակարմիր ճառագայթը՝ ոչ։ Էյնշտեյնի աշխատության մեջ բացատրվում էր «ֆոտոէֆեկտ» անվանումը ստացած այս երևույթը։
Էյնշտեյնը առաջ քաշեց այն գաղափարը, որ լույսը երբեմն տարածվում է էներգիայի ընդհատ բաժիններով, որոնք հետագայում կոչվեցին ֆոտոններ։ Համապատասխան էներգիա, կամ՝ գույն ունենալու դեպքում դրանք որոշ մետաղների ատոմից պոկում են էլեկտրոնները (ինֆրակարմիր լույսի ֆոտոնները չափազանց թույլ են, որպեսզի կատարեն այդ գործողությունը)։ Այս փոխազդեցության արդյունքում մետաղում առաջանում է էլեկտրական հոսանք։ Ժամանակակից շատ սարքեր, ինչպես օրինակ՝ իկոնոսկոպը, արևային մարտկոցը և լուսակայացույցը, ստեղծվել են Էյնշտեյնի՝ ֆոտոէֆեկտի տեսության շնորհիվ։
Լույսի այս առանձնահատկությունը հայտնագործելու համար Էյնշտեյնը 1921 թ.–ին արժանացավ Նոբելյան մրցանակի։ Նրա աշխատությունը հող նախապատրաստեց ֆիզիկայի նոր բնագավառի՝ քվանտային տեսության առաջացման համար։ Վերջինս, իր հերթին, խթանեց ատոմային ֆիզիկայի, տարրական մասնիկների տեսության, ինչպես նաև նանոտեխնոլոգիայի զարգացումը։
Ինչու է ծաղկափոշին «պարում»
1905 թ.–ն Էյնշտեյնն ուսումնասիրեց նաև ատոմներն ու մոլեկուլները։ Վերջիններիս ազդեցության թեորիան նա կազմեց՝ բացատրելով ծաղկափոշու շարժումը ջրում։ 1827 թ.–ին կենսաբան Ռոբերտ Բրոունը մանրադիտակի օգնությամբ բացահայտել էր, որ ծաղկափոշու հատիկները անկանոն պտույտներ են գործում ջրի մեջ։ Այդ «պարը» նա անվանել էր բրոունյան շարժում, սակայն չէր կարողացել բացատրել դրա պատճառը։
1905 թ. մայիսին Էյնշտեյնը իր հաջորդ աշխատության մեջ բացատրեց, թե ինչպես են պտույտի մեջ գտնվող ջրի մոլեկուլներն առաջացնում բրոունյան շարժումը։ Նա ոչ միայն կարողացավ հաշվարկել ջրի մոլեկուլների չափը, այլև նկարագրեց նրանց ատոմների առանձնահատկությունները։ Այս վարկածը հիմք հանդիսացավ մյուս գիտնականների հետազոտությունների համար և վերջնականապես փարատեց կասկածները ատոմների գոյության վերաբերյալ։ Ժամանակակից ֆիզիկան հիմնված է այն տեսության վրա, որ մատերիան բաղկացած է ատոմներից։
Ժամանակը հարաբերական է
Էյնշտեյնի՝ հարաբերականության հատուկ տեսությունը, որը հրատարակվեց 1905 թ. հունիսին, հակասեց գիտնականների (օրինակ՝ Իսահակ Նյուտոնի) այն համոզմունքին, թե ժամանակը հաստատուն է ողջ տիեզերքում։ Այժմ արդեն ընդունված այդ տեսությունը առաջին հայացքից բավականին արտասովոր էր։
Ենթադրենք՝ դուք և ձեր ընկերը համապատասխանեցնում եք ձեր ժամացույցները։ Ապա ձեր ընկերը ինքնաթիռով պտույտ է գործում աշխարհի շուրջ, մինչ դուք մնում եք տանը։ Երբ նա վերադառնում է, նրա ժամացույցը մի փոքր հետ է ձեր ժամացույցից։ Ձեր տեսանկյունից՝ ժամը նրա համար ավելի դանդաղ է անցել, քան ձեզ համար։ Ժամանակի այդ տարբերությունը անսահմանորեն չնչին է, երբ շարժվում ես մարդու կողմից օգտագործվող փոխադրամիջոցների արագությամբ։ Մինչդեռ լույսի արագությամբ շարժվելու դեպքում ոչ միայն ժամանակն է զգալիորեն դանդաղում, այլև փոքրանում են մարմնի չափերը։ Դրա հետ մեկտեղ նրա զանգվածը մեծանում է։ Ըստ Էյնշտեյնի տեսության՝ տիեզերքում հաստատուն է լույսի արագությունը, և ոչ թե ժամանակը։
Բանաձև, որը փոխեց աշխարհը
1905 թ. սեպտեմբերին Էյնշտեյնը հրատարակեց մեկ այլ աշխատություն, որում պետք է տրվեր հարաբերականության հատուկ տեսության մաթեմատիկական ձևակերպումը։ Այդ բանաձևը, որով այսօր ներկայացվում է նրա տեսությունը, հետևյալն էր՝ E=mc2։ Այլ կերպ ասած՝ ատոմի ճեղքման ժամանակ առաջացած էներգիան հավասար է ատոմի կորցրած զանգվածի և լույսի արագության քառակուսու արտադրյալին։
Շնորհիվ Էյնշտեյնի և բազմաթիվ ականավոր գիտնականների՝ մարդկությունը շատ բան իմացավ տիեզերքի մասին։ Չնայած դրան՝ մարդկանց գիտելիքների վերաբերյալ կարելի է ասել այն, ինչ հին ժամանակներում գրվել էր Աստվածաշնչի «Յոբ» գրքում։ Աստծու արարչագործության մասին մեր գիտելիքների առնչությամբ Հոբը համեստորեն ասել էր. «Ահա սորանք են նորա ճանապարհների ծայրերը, եւ ի՞նչ չնչին բան է նորա վերայ լսուածը» (Յոբ 26։14)։
[Սխեմա/նկար 12–րդ էջի վրա]
(տե՛ս պարբերագրում)
Լույսը տարածվում է թե՛ ալիքների պես, թե՛ընդհատ բաժիններով։ Այս բանի հայտնագործումը հնարավորություն տվեց ստեղծելու արևային լույսով լիցքավորվող հաշվիչները, ինչպես նաև թվային տեսախցիկների լուսազգայուն սենսորները։
[Սխեմա/նկար 13–րդ էջի վրա]
(տե՛ս պարբերագրում)
Բրոունյան շարժման շնորհիվ ապացուցվեց ատոմների գոյությունը
[Սխեմա/նկար 13–րդ էջի վրա]
(ամբողջությամբ տեքստը տե՛ս պարբերագրում)
E Էներգիան
= հավասար է
m զանգված անգամ
c2 լույսի արագության քառակուսի
c2 հավասար է c անգամ c, կամ՝ 300 000 կմ/վ անգամ 300 000 կմ/վ
Քանի որ c2 աներևակայելիորեն մեծ թիվ է (90 000 000 000), նման արագության տակ շատ փոքր զանգվածը կարող է փոխակերպվել ահռելի էներգիայի։ Երբ ուրանի ատոմը ճեղքվում է, առաջ են գալիս երկու ավելի փոքր ատոմներ։ Բայց այն կորցնում է իր զանգվածի 0,1 տոկոսը։ Այդ աննշան զանգվածը փոխակերպվում է ահռելի էներգիայի։
էներգիայի անջատումը
Եթե 450 գ զանգվածով ցանկացած նյութը վերածվի էներգիայի, այն հավասար կլինի
◼ 11 միլիարդ կվտ/ժ։
◼ Այդքանը բավարար է Երկիրը մեքենայով 180 000 անգամ,
◼ իսկ խոշոր նավթատար նավով 400 անգամ անցնելու համար։
◼ Այդքան զորություն է պետք, որպեսզի ԱՄՆ–ը մեկ օր ապահովվի էլեկտրականությամբ։
Հակառակը նույնպես հնարավոր է։ Ահռելի զորություն է պետք մեկ ատոմ «ստեղծելու» համար։
[Նկար 13–րդ էջի վրա]
Որքան ավելի արագ ենք շարժվում, այնքան ավելի դանդաղ է ընթանում ժամանակը
[Նկար 13–րդ էջի վրա]
Երկրի արբանյակներում տեղադրված ժամացույցները աշխատում են այլ արագությամբ, քան թե երկրի վրա գտնվողները։ Եթե դրանք չուղղեն՝ հաշվի առնելով հարաբերականության օրենքը, GPS–ի ուղարկած ազդակները կլինեն ապարդյուն
[Նկար. թույլտվությամբ 12–րդ էջի վրա]
Einstein: Photo by Topical Press Agency/Getty Images; background: CERN photo, Geneva