¿Cómo explicar los problemas de interpretación en Copenhague en términos sencillos?
La ley de equivalencia fotoquímica fue propuesta en 1912.
En noviembre de 1915 se propuso la forma completa de la ecuación gravitacional de la relatividad general, explicando con éxito el movimiento del perihelio de Mercurio.
En marzo de 1916, completé mi artículo resumido "Fundamentos de la Relatividad General". En mayo propuso la hipótesis de que el universo es finito e ilimitado. En agosto completó la teoría cuántica de la radiación, resumió el desarrollo de la teoría cuántica y propuso la teoría de la emisión estimulada.
Una vez, un periodista estadounidense le preguntó a Einstein el secreto de su éxito. Él respondió: "Ya en 1901, cuando yo era un joven de 22 años, ya había descubierto la fórmula del éxito. Puedo contarles el secreto de esta fórmula, que es A=X+Y+Z. a es éxito, X es trabajar duro, Y es saber descansar y Z es decir tonterías. ¡Esta fórmula me resulta útil y creo que le será útil a mucha gente."
El establecimiento de la teoría especial de la relatividad: Hace ya 16 años, Einstein aprendí en un libro que la luz es una onda electromagnética muy rápida. Tiene una idea. Si una persona se mueve a la velocidad de la luz, ¿qué tipo de escena mundial verá? No verá la luz avanzando, sino sólo el campo electromagnético que oscila en el espacio pero permanece estancado. ¿Es esto posible?
En relación con esto quería discutir el llamado problema del éter relacionado con las ondas de luz. La palabra éter proviene del griego y se utiliza para referirse a los elementos básicos que componen los objetos del cielo. Descartes lo introdujo por primera vez en la ciencia en el siglo XVII como medio para transmitir luz. Más tarde, Huygens desarrolló aún más la teoría del éter y creía que el medio por el que se transportaban las ondas de luz era el éter, que debería llenar todo el espacio, incluido el vacío, y penetrar en la materia ordinaria. A diferencia de la visión de Huygens, Newton propuso la teoría de partículas de la luz. Newton creía que un cuerpo luminoso emite una corriente de partículas que se mueven en línea recta y el impacto de una corriente de partículas en la retina provoca la visión. La teoría de las partículas de Newton fue popular en el siglo XVIII, pero la teoría de las ondas fue popular en el siglo XIX y la teoría del éter se desarrolló enormemente. La opinión en ese momento era que la propagación de las ondas depende del medio, porque la luz se puede propagar en el vacío, y el medio para la propagación de las ondas de luz es el éter que llena todo el espacio, también llamado éter de luz. Al mismo tiempo, floreció el electromagnetismo. Con los esfuerzos de Maxwell, Hertz y otros, se formó una teoría dinámica madura de los fenómenos electromagnéticos, la electrodinámica, que unificó la luz y los fenómenos electromagnéticos en la teoría y la práctica, y consideró la luz como ondas electromagnéticas dentro de un cierto rango de frecuencia. de la luz y la teoría electromagnética. El éter no sólo es portador de ondas luminosas, sino también de campos electromagnéticos. Hasta finales de 2019, la gente intentó buscar éter, pero nunca se encontró ningún éter en los experimentos.
Pero la electrodinámica encontró un gran problema, que era inconsistente con el principio de relatividad seguido por la mecánica newtoniana. La idea del principio de relatividad existía ya en la época de Galileo y Newton. El desarrollo del electromagnetismo se incluyó originalmente en el marco de la mecánica newtoniana, pero surgieron dificultades para explicar el proceso electromagnético de los objetos en movimiento. Según la teoría de Maxwell, la velocidad de las ondas electromagnéticas en el vacío, es decir, la velocidad de la luz, es constante. Pero según el principio de suma de velocidades de la mecánica newtoniana, la velocidad de la luz en diferentes sistemas inerciales es diferente, lo que plantea una pregunta: ¿el principio de relatividad aplicable a la mecánica se aplica al electromagnetismo? Por ejemplo, hay dos coches, uno se acerca y el otro se aleja. Ves las luces del coche que tienes delante acercándose y las luces del coche que tienes detrás a lo lejos. Según la teoría de Maxwell, la velocidad de ambas luces es la misma y la velocidad del coche no influye en ello. Pero según la teoría de Galileo, las medidas de estos dos objetos son diferentes.
El automóvil que avanza hacia usted acelerará la luz emitida, es decir, la velocidad de la luz del automóvil que va delante = velocidad de la luz + velocidad de la luz que sale del automóvil es más lenta, porque la velocidad de la luz detrás del automóvil = velocidad; de la luz - velocidad de la luz. Las afirmaciones de Maxwell y Galileo sobre la velocidad son claramente opuestas. ¿Cómo solucionamos este desacuerdo?
La física teórica alcanzó su apogeo en el siglo XIX, pero también contuvo una enorme crisis. El descubrimiento de Neptuno mostró el poder teórico incomparable de la mecánica newtoniana. La unidad del electromagnetismo y la mecánica dio a la física una integridad formal, y fue conocida como "un majestuoso sistema arquitectónico y un palacio hermoso y conmovedor". En la mente de la gente, la física clásica ha alcanzado un estado cercano a la perfección. El famoso físico alemán Max Planck le dijo a su maestro cuando era joven que quería dedicarse a la física teórica. El profesor le aconsejó: "Joven, la física es una ciencia terminada y no se desarrollará más. Es una lástima que haya dedicado su vida a esta materia".
Einstein parecía ser el tipo que va a construye un nuevo edificio de física. Durante su estancia en la Oficina de Patentes de Berna, Einstein prestó gran atención a los avances más avanzados en física, pensó profundamente sobre muchos temas y formó sus propios puntos de vista únicos. Durante sus diez años de exploración, Einstein estudió detenidamente la teoría electromagnética de Maxwell, especialmente la electrodinámica desarrollada y elaborada por Hertz y Lorentz. Einstein creía firmemente que la teoría electromagnética era completamente correcta, pero había un problema que lo inquietaba: la existencia del marco de referencia absoluto del éter. Leyó muchos libros y descubrió que todos los experimentos que demostraban la existencia del éter habían fracasado. Después de la investigación, Einstein descubrió que el éter no tenía ningún significado práctico en la teoría de Lorentz excepto como carga del sistema de referencia absoluto y del campo electromagnético. Entonces pensó: ¿Es necesario el sistema de referencia absoluto del éter? ¿Es necesario cargar el campo electromagnético?
A Einstein le gustaba leer obras filosóficas y absorber el alimento ideológico de la filosofía. Creía en la unidad y la coherencia lógica del mundo. El principio de relatividad ha sido ampliamente probado en mecánica, pero no puede establecerse en electrodinámica. Einstein cuestionó la inconsistencia lógica entre los dos sistemas teóricos de la física. Creía que el principio de la relatividad debería ser universalmente cierto, por lo que para cada sistema inercial la teoría electromagnética debería tener la misma forma, pero aquí surge el problema de la velocidad de la luz. Si la velocidad de la luz es constante o variable se ha convertido en la cuestión principal de si el principio de la relatividad es universalmente válido. Los físicos de esa época creían generalmente en el éter, es decir, que existía un sistema de referencia absoluto, que estaba influenciado por el concepto de espacio absoluto de Newton. A finales de 19, Mach criticó la visión absoluta de Newton sobre el espacio y el tiempo en "Desarrollo de la mecánica", lo que dejó una profunda impresión en Einstein. Un día de mayo de 1905, Einstein y un amigo Bezos discutieron este problema que había sido explorado durante diez años. Bezo elaboró sus puntos de vista en términos de machismo y lo discutieron extensamente. De repente, Einstein se dio cuenta de algo. Fue a casa y pensó en ello una y otra vez, y finalmente lo descubrió. Al día siguiente volvió a la casa de Bezo y le dijo: gracias, mi problema ha sido solucionado. Resulta que Einstein tenía una cosa clara: no existe una definición absoluta del tiempo y existe una relación inseparable entre el tiempo y la velocidad de las señales luminosas. Encontró la llave de la cerradura y, después de cinco semanas de arduo trabajo, Einstein demostró la teoría especial de la relatividad.
El 30 de junio de 1905, el "Anuario Alemán de Física" aceptó el artículo de Einstein "Sobre la electrodinámica de los objetos en movimiento" y lo publicó en septiembre del mismo año. Este artículo es el primer artículo sobre la teoría especial de la relatividad y contiene las ideas básicas y el contenido de la teoría especial de la relatividad. La relatividad especial se basa en dos principios: el principio de la relatividad y el principio de la velocidad constante de la luz. El punto de partida de Einstein para resolver problemas fue su firme creencia en el principio de la relatividad. Galileo fue el primero en desarrollar la idea del principio de relatividad, pero no dio una definición clara de tiempo y espacio. Newton también habló de la teoría de la relatividad cuando estableció el sistema mecánico, pero también definió el espacio absoluto, el tiempo absoluto y el movimiento absoluto. Se contradice en este tema. Einstein desarrolló en gran medida los principios de la relatividad. En su opinión, no existe un espacio absolutamente estático ni un tiempo absolutamente inmutable. Todo el tiempo y el espacio están ligados a objetos en movimiento. Para cualquier sistema de referencia y sistema de coordenadas, solo existe espacio y tiempo que pertenecen a este sistema de referencia y sistema de coordenadas. Para todos los sistemas inerciales, las leyes físicas expresadas por el espacio y el tiempo del sistema de referencia son las mismas en forma. Este es el principio de relatividad. Estrictamente hablando, es el principio de relatividad en un sentido estricto. En este artículo, Einstein no habló mucho sobre la velocidad constante de la luz como base de su principio básico.
Propuso que la velocidad de la luz permanece constante, lo cual era una suposición audaz basada en los requisitos de la teoría electromagnética y el principio de la relatividad. Este artículo es el resultado de muchos años de reflexión de Einstein sobre el éter y la electrodinámica. También estableció una nueva teoría del espacio-tiempo desde la perspectiva de la relatividad y dio una forma completa de la electrodinámica de los objetos en movimiento basada en esta nueva teoría del espacio-tiempo. El éter ya no es necesario, la deriva del éter no existe.
¿Qué es la relatividad de la simultaneidad? ¿Cómo sabemos que eventos en dos lugares diferentes están sucediendo al mismo tiempo? Generalmente confirmamos mediante señales. Para poder conocer la simultaneidad de eventos en diferentes lugares debemos conocer la velocidad de transmisión de la señal, pero ¿cómo medir esta velocidad? Tenemos que medir la distancia espacial entre dos lugares y el tiempo que tarda la señal en viajar. Medir distancias en el espacio es fácil, pero el problema radica en medir el tiempo. Debemos suponer que hay un reloj alineado en cada ubicación y que el tiempo de propagación de la señal se puede conocer a partir de las lecturas de ambos relojes. Pero, ¿cómo sabemos que los relojes de diferentes lugares son correctos? La respuesta es que se necesita otra señal. ¿Puede esta señal configurar el reloj correctamente? Si seguimos el pensamiento anterior, necesita una nueva señal, por lo que retrocederá infinitamente y no se puede confirmar la simultaneidad en diferentes lugares. Pero una cosa está clara: la simultaneidad debe estar asociada a una señal, de lo contrario no tiene sentido decir que estas dos cosas sucedieron al mismo tiempo.
Las señales luminosas pueden ser las señales más adecuadas para los relojes, pero la velocidad de la luz no es infinita, lo que lleva a la novedosa conclusión de que dos cosas suceden simultáneamente para un observador estacionario y para un observador en movimiento. suceder al mismo tiempo. Imaginemos un tren de alta velocidad que viaja a una velocidad cercana a la de la luz. Cuando el tren pasó por el andén, A se paró en el andén. Dos relámpagos aparecieron frente a los ojos de A, uno en el extremo delantero del tren y el otro en la parte trasera, dejando huellas en ambos extremos del tren y correspondientes. partes de la plataforma. Mediante la medición, la distancia entre A y los dos extremos del tren es igual. La conclusión es que A vio dos relámpagos al mismo tiempo. Por lo tanto, para A, las dos señales luminosas recibidas recorren la misma distancia en el mismo intervalo de tiempo, llegando a su ubicación al mismo tiempo. Estas dos cosas deben suceder al mismo tiempo y al mismo tiempo. Pero para B en el centro del tren, la situación es diferente. Debido a que B se mueve con el tren de alta velocidad, primero interceptará la señal frontal que se le transmite y luego recibirá la señal óptica trasera. Para B, estos dos eventos son diferentes al mismo tiempo. En otras palabras, la simultaneidad no es absoluta sino que depende del estado de movimiento del observador. Esta conclusión niega el marco del tiempo absoluto y del espacio absoluto basado en la mecánica newtoniana.
La teoría de la relatividad sostiene que la velocidad de la luz es constante en todos los sistemas de referencia inerciales y es la velocidad máxima a la que se mueven los objetos. Debido a los efectos relativistas, la longitud de un objeto en movimiento se acortará y el tiempo de un objeto en movimiento se dilatará. Pero debido a los problemas que surgen en la vida diaria, la velocidad del movimiento es muy baja (en comparación con la velocidad de la luz) y no se pueden observar efectos relativistas.
Einstein estableció la mecánica relativista basándose en cambiar completamente la visión del espacio y el tiempo, señalando que la masa aumenta con la velocidad, y cuando la velocidad se acerca a la velocidad de la luz, la masa tiende al infinito. También dio una famosa relación masa-energía: E = MC ^ 2, que jugó un papel rector en el desarrollo posterior de la energía atómica.
El establecimiento de la teoría general de la relatividad;
En 1905, Einstein publicó el primer artículo sobre la teoría especial de la relatividad, que no suscitó inmediatamente una gran respuesta. Pero Planck, la autoridad alemana en física, se dio cuenta de su artículo y creyó que el trabajo de Einstein era comparable al de Copérnico. Fue precisamente gracias a la promoción de Planck que la teoría de la relatividad se convirtió rápidamente en un tema de investigación y discusión, y Einstein también atrajo la atención de la comunidad académica.
En 1907, Einstein siguió el consejo de sus amigos y presentó su famoso artículo para postularse para el puesto de profesor no permanente en el Instituto Federal de Tecnología, pero la respuesta que recibió fue que el artículo no podía entenderse. Aunque Einstein era muy conocido en la comunidad física alemana, en Suiza no pudo encontrar un puesto docente en una universidad y muchos personajes famosos comenzaron a quejarse de él. En 1908, Einstein finalmente consiguió el puesto de profesor no titular y al año siguiente se convirtió en profesor asociado. En 1912, Einstein se convirtió en profesor y en 1913, por invitación de Planck, se convirtió en director del recién creado Instituto de Física del Kaiser Wilhelm y en profesor de la Universidad de Berlín.
Al mismo tiempo, Einstein estaba considerando ampliar la teoría aceptada de la relatividad. Para él, había dos preguntas incómodas. El primero es la cuestión de la gravedad. La relatividad especial es correcta para las leyes físicas de la mecánica, la termodinámica y la electrodinámica, pero no puede explicar el problema de la gravitación universal.
La teoría de la gravedad de Newton es a distancia. La interacción gravitacional entre dos objetos se transmite instantáneamente, es decir, a una velocidad infinita. Esto entra en conflicto con la visión de campo en la que se basa la teoría de la relatividad y el límite de la velocidad de la luz. El segundo problema son los marcos no inerciales. La relatividad especial, al igual que las leyes físicas anteriores, sólo se aplica a los marcos inerciales. Pero, de hecho, es difícil encontrar un verdadero sistema inercial. Lógicamente hablando, todas las leyes naturales no deberían limitarse a los sistemas inerciales, y también deben considerarse los sistemas no inerciales. La relatividad especial difícilmente puede explicar la llamada paradoja de los gemelos. La paradoja es que hay dos hermanos gemelos. Mi hermano viaja en una nave espacial a una velocidad cercana a la de la luz. Según los efectos de la relatividad, un reloj que se mueve a gran velocidad se ralentiza. Cuando el hermano mayor regresó, el hermano mayor se había vuelto muy viejo, porque la tierra había pasado por décadas. Según el principio de relatividad, la nave espacial se mueve a gran velocidad en relación con la Tierra, y la Tierra también se mueve a gran velocidad en relación con la nave espacial. El hermano menor parece más joven que el hermano mayor, y el hermano mayor debería parecer más joven. Esta pregunta simplemente no puede responderse. De hecho, la teoría de la relatividad especial sólo se ocupa del movimiento lineal uniforme. Mi hermano tuvo que pasar por un proceso de movimiento de velocidad variable antes de poder regresar. Mientras la gente estaba ocupada entendiendo la teoría especial de la relatividad, Einstein estaba llegando a un acuerdo con la finalización de la relatividad general.
En 1907, Einstein escribió un largo artículo sobre la teoría especial de la relatividad, "Sobre los principios de la relatividad y las conclusiones extraídas de ellos". En este artículo, Einstein mencionó por primera vez el principio de equivalencia y, desde entonces, sus ideas sobre el principio de equivalencia han seguido desarrollándose. Basándose en la ley natural de que la masa inercial es proporcional a la masa gravitacional, propuso que un campo gravitacional uniforme dentro de un volumen infinitesimal puede reemplazar completamente el marco de referencia del movimiento acelerado. Einstein también propuso la idea de una caja cerrada: no importa qué método se utilice, un observador en una caja cerrada no puede determinar si todavía está en un campo gravitacional o en un espacio que no tiene campo gravitacional pero que está acelerando. Este es el punto de vista más comúnmente utilizado para explicar el principio de equivalencia. La igualdad de la masa inercial y la masa gravitacional es un corolario natural del principio de equivalencia.
En junio de 1915438+01, Einstein presentó cuatro artículos a la Academia de Ciencias de Prusia. En estos cuatro artículos, propuso nuevas ideas, demostró la precesión del perihelio de Mercurio y dio la ecuación correcta del campo gravitacional. En este punto, los problemas básicos de la relatividad general se resolvieron y nació la relatividad general. En 1916, Einstein completó su extenso artículo "Fundamentos de la Relatividad General". En este artículo, Einstein llamó por primera vez relatividad especial a la teoría de la relatividad que alguna vez se aplicó a los marcos inerciales, y al principio de que sólo las leyes físicas de los marcos inerciales son iguales a los principios de la relatividad especial como relatividad especial, y afirmó además los principios de relatividad general: Para cualquier sistema de referencia en movimiento, las leyes de la física deben cumplirse.
La teoría general de la relatividad de Einstein cree que el espacio y el tiempo serán curvados debido a la existencia de materia, y que el campo gravitacional es en realidad un espacio y un tiempo curvos. La teoría de Einstein de que el espacio está curvado por la gravedad del Sol explica muy bien los inexplicables 43 segundos de precesión del perihelio de Mercurio. La segunda predicción de la relatividad general es el corrimiento al rojo gravitacional, es decir, el espectro se mueve hacia el extremo rojo en un fuerte campo gravitacional, lo cual fue confirmado por los astrónomos en la década de 1920. La tercera predicción de la relatividad general es que los campos gravitacionales desvían la luz. El campo gravitacional más cercano a la Tierra es el campo gravitacional del sol. Einstein predijo que si la luz de una estrella lejana atravesara la superficie del sol, se desviaría durante 1,7 segundos. En 1919, con el apoyo del astrónomo británico Eddington, Gran Bretaña envió dos expediciones para observar un eclipse solar total en dos lugares. Después de un estudio cuidadoso, la conclusión final fue que la luz de las estrellas se desviaba alrededor del sol durante 1,7 segundos. La Royal Society y la Royal Astronomical Society leyeron oficialmente el informe de observación, confirmando que las conclusiones de la relatividad general son correctas. En la reunión, el famoso físico y presidente de la Royal Society, Tang Musun, dijo: "Este es el logro más significativo en la teoría de la gravedad desde la época de Newton" y "la teoría de la relatividad de Einstein es uno de los mayores logros del pensamiento humano". Einstein se convirtió en una figura periodística. En 1916, escribió un libro popular sobre la teoría de la relatividad, "Introducción a la teoría general y especial de la relatividad". En 1922, se había reimpreso 40 veces, se había traducido a más de una docena de idiomas y había circulado ampliamente.
La importancia de la teoría de la relatividad:
La teoría especial de la relatividad y la teoría general de la relatividad se han establecido durante mucho tiempo. Ha resistido la prueba de la práctica y la historia y es una verdad reconocida. La teoría de la relatividad ha tenido una gran influencia en el desarrollo de la física moderna y del pensamiento humano moderno. La teoría de la relatividad unifica lógicamente la física clásica y hace de la física clásica un sistema científico completo.
Sobre la base de los principios de la relatividad especial, la relatividad especial unifica la mecánica newtoniana y la electrodinámica de Maxwell, señalando que ambas obedecen a los principios de la relatividad especial y son covariantes de la transformación de Lorentz, mientras que la mecánica newtoniana es sólo un buen método para el movimiento a baja velocidad. de objetos. Leyes de aproximación. Sobre la base de la covarianza general, la teoría general de la relatividad estableció la relación entre la longitud inercial local y el coeficiente de referencia universal a través del principio de equivalencia, obtuvo la forma covariante general de todas las leyes físicas y estableció la teoría covariante general de la gravedad, mientras que la teoría newtoniana La gravedad La teoría es sólo una primera aproximación a la misma. Esto resuelve fundamentalmente el problema de que la física se limitara a coeficientes de inercia en el pasado y está organizado de manera lógica y razonable. La teoría de la relatividad examina estrictamente los conceptos básicos de la física como el tiempo, el espacio, la materia y el movimiento, y proporciona una visión científica y sistemática del tiempo, el espacio y la materia, haciendo así de la física un sistema científico lógicamente completo.
La teoría especial de la relatividad da las leyes del movimiento de objetos a alta velocidad, propone que la masa y la energía son equivalentes y da la relación entre masa y energía. Estos dos resultados no son obvios para objetos macroscópicos que se mueven a bajas velocidades, pero son extremadamente importantes en el estudio de partículas microscópicas. Debido a que la velocidad de las partículas microscópicas es generalmente relativamente rápida, y algunas se acercan o incluso alcanzan la velocidad de la luz, la física de partículas es inseparable de la teoría de la relatividad. La relación masa-energía no sólo crea las condiciones necesarias para el establecimiento y desarrollo de la teoría cuántica, sino que también proporciona la base para el desarrollo y aplicación de la física nuclear.
A la mayoría de los físicos del planeta de aquella época, incluido Lorenz, el fundador de la relación de transformación relativista, les resultó difícil aceptar estos nuevos conceptos introducidos por Einstein. Algunas personas incluso dijeron que "en aquel momento sólo había dos personas y media en el mundo que entendían la teoría de la relatividad". Los obstáculos derivados de antiguas formas de pensar impidieron que esta nueva teoría física se convirtiera en familiar para los físicos hasta una generación más tarde. Incluso cuando la Real Academia Sueca de Ciencias concedió a Einstein el Premio Nobel de Física en 1922, sólo lo dijo "por su contribución a la física teórica, y más aún por su descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico". en Física Los premios académicos se otorgaron sin mencionar la teoría de la relatividad de Einstein.
E=mc^2
La ley de la inmortalidad de la materia se refiere a la inmortalidad de la masa de la materia; la ley de conservación de la energía trata sobre la conservación de la energía de la materia. (Ley de Conservación de la Información)
Aunque estas dos leyes se han descubierto una tras otra, la gente piensa que son dos leyes no relacionadas, cada una de las cuales explica diferentes leyes de la naturaleza. Algunas personas incluso piensan que la ley de la inmortalidad de la materia es una ley química y la ley de conservación de la energía es una ley física, pertenecientes a diferentes categorías científicas.
Einstein creía que la masa de la materia es una medida de inercia, y la energía es una medida del movimiento; la energía y la masa no están aisladas entre sí, sino que están interconectadas y son inseparables. Un cambio en la masa de un objeto cambiará su energía y un cambio en su energía cambiará su masa.
Einstein propuso la famosa fórmula masa-energía en la teoría especial de la relatividad: e = MC^2 (donde e representa la energía del objeto, m representa la masa del objeto y c representa la velocidad de luz, es decir, 3×10 8m/s).
Al principio mucha gente se opuso a la teoría de Einstein, e incluso algunos físicos famosos de la época expresaron dudas sobre el artículo del joven. Pero con el desarrollo de la ciencia, una gran cantidad de experimentos científicos demostraron que la teoría de Einstein era correcta. Einstein se convirtió en un científico de fama mundial y el científico más grande del mundo en el siglo XX.
La fórmula de relación masa-energía de Einstein explica correctamente varias reacciones nucleares: Tomando como ejemplo el helio 4, su núcleo atómico está compuesto por dos protones y dos neutrones. En principio, la masa del núcleo de helio 4 es igual a la suma de las masas de dos protones y dos neutrones. De hecho, la aritmética no funciona. ¡La masa de un núcleo de helio es 0,0302 unidades de masa atómica menor que la suma de las masas de dos protones y dos neutrones [57]! ¿Por qué es esto? Porque cuando dos núcleos de deuterio (cada deuterio contiene 1 protón y 1 neutrón) se fusionan en un núcleo de helio 4, se libera una gran cantidad de energía atómica. Cuando se produce 1 g de helio de 4 átomos, se libera aproximadamente 2,7×10 12 julios de energía atómica. Debido a esto, la masa del núcleo de helio 4 disminuye.
Este ejemplo ilustra vívidamente que cuando dos núcleos de deuterón se fusionan en un núcleo de helio 4, parece que la masa no se conserva, es decir, la masa del núcleo de helio 4 no es igual a la suma de las masas de los dos núcleos de deuterón.
Sin embargo, calculada utilizando la fórmula de la relación masa-energía, la masa perdida por el núcleo de helio 4 es exactamente igual a la masa perdida por la energía atómica liberada durante la reacción.
De esta manera, Einstein desarrolló la esencia de la ley de la inmortalidad de la materia y la ley de conservación de la energía desde una perspectiva más nueva, señaló la estrecha relación entre las dos leyes y avanzó en la comprensión de la humanidad. de la naturaleza.
Efecto fotoeléctrico
Cuando la luz incide sobre determinadas sustancias, las propiedades eléctricas de esas sustancias cambian. Este fenómeno de cambio fotoeléctrico se denomina colectivamente efecto fotoeléctrico.
El efecto fotoeléctrico se puede dividir en emisión de fotoelectrones, efecto de fotoconductividad y efecto fotovoltaico. El primer fenómeno ocurre en la superficie de un objeto y también se llama efecto fotoeléctrico externo. Los dos últimos fenómenos ocurren dentro de los objetos y se denominan efectos fotoeléctricos internos.
Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico en 1887, y Einstein fue el primero en explicarlo con éxito. El efecto de los electrones emitidos por una superficie metálica bajo irradiación de luz se llama fotoelectrones. Solo cuando la longitud de onda de la luz es menor que un cierto valor crítico, se pueden emitir electrones, que es la longitud de onda límite, y la frecuencia de la luz correspondiente se denomina frecuencia límite. El valor crítico depende del material metálico y la energía del electrón emitido depende de la longitud de onda de la luz, independientemente de la intensidad de la luz, y no puede explicarse por la fluctuación de la luz. También existe una contradicción con la fluctuación de la luz, que es el carácter instantáneo del efecto fotoeléctrico. Según la teoría de la fluctuación, si la luz incidente es débil y el tiempo de irradiación es largo, los electrones del metal pueden acumular suficiente energía y salir volando de la superficie del metal. Pero el hecho es que mientras la frecuencia de la luz sea superior a la frecuencia límite del metal, independientemente del brillo de la luz, la generación de fotones es casi instantánea, no más de diez menos nueve segundos. La interpretación correcta es que la luz debe consistir en unidades de energía estrictamente definidas (es decir, fotones o cuantos de luz) que estén relacionadas con la longitud de onda.
En el efecto fotoeléctrico, la dirección de emisión de los electrones no es completamente direccional, sino que se emite mayoritariamente perpendicular a la superficie del metal, independientemente de la dirección de iluminación. La luz es una onda electromagnética, pero es un campo electromagnético ortogonal que oscila a alta frecuencia. La amplitud es muy pequeña y no afecta la dirección de emisión de los electrones.
En 1905, Einstein propuso la hipótesis del fotón y explicó con éxito el efecto fotoeléctrico, lo que le valió el Premio Nobel de Física en 1921.
"Dios no juega a los dados"
Einstein fue uno de los impulsores de la mecánica cuántica, pero no quedó satisfecho con su desarrollo posterior. Einstein siempre ha creído que "la mecánica cuántica (la interpretación de Copenhague encabezada por Born: "Básicamente, la descripción de los sistemas cuánticos es probabilística. La probabilidad de un evento es el cuadrado absoluto de la función de onda") no es completa", pero sufrió de la falta de un buen modelo explicativo conducirá al famoso grito negativo de "¡Dios no juega a los dados"! De hecho, la intuición de Einstein es correcta y la explicación cuántica determinista es la "explicación cuántica" real y fundamental. Einstein no aceptó la mecánica cuántica como teoría completa hasta su muerte. Einstein tiene otro dicho famoso: "¿La luna sólo existe cuando la miras?"
La constante cosmológica
Cuando Einstein propuso la teoría de la relatividad, utilizó la constante cosmológica ( Para explicar la existencia de un universo estático con densidad de materia distinta de cero, introdujo un término proporcional al tensor métrico en la ecuación del campo gravitacional, representado por el símbolo λ. Esta constante de proporcionalidad es muy pequeña y puede ignorarse en el momento. escala galáctica (no cuenta). λ tiene significado solo en la escala del universo, por eso se le llama valor constante de antigravedad) y se incluye en su ecuación. Él cree que existe un tipo de antigravedad que puede equilibrarse con la gravedad y hacer que el universo se vuelva finitamente estacionario. Cuando Hubble se lo mostró con orgullo a Einstein en el telescopio, Einstein se sintió mortificado. Dijo: "Este es el error más grande que he cometido en mi vida". ¡El universo se está expandiendo! Hubble y otros creen que la antigravedad no existe y que la tasa de expansión es cada vez más lenta debido a la fuerza gravitacional entre las galaxias.
Entonces, ¿Einstein estaba completamente equivocado? No, hay una fuerza de torsión entre galaxias que hace que el universo siga expandiéndose, que es la energía oscura. Hace siete mil millones de años, "conquistaron" la materia oscura y se convirtieron en los amos del universo. Las últimas investigaciones muestran que la materia oscura y la energía oscura representan aproximadamente el 96% de la masa del universo (sólo masa real, no materia virtual). Parece que la expansión del universo seguirá acelerándose hasta colapsar y morir. (Actualmente existen otras opiniones, que son controvertidas). Aunque existe la constante cosmológica, el valor de la antigravedad supera con creces al de la gravedad. No es de extrañar que el obstinado físico discutiera con Bohr sobre mecánica cuántica: "¡Dios no juega a los dados!" "No le digas a Dios cómo decidir el destino del universo". Linde dijo con humor: "Ahora finalmente entiendo por qué él (Einstein). A ) le gustó mucho esta teoría y muchos años después seguía estudiando la constante cosmológica.
La constante cosmológica sigue siendo una de las cuestiones más importantes de la física actual. ”