2008-02-06

1905, Annus Mirabilis - partea întâi

În urmă cu o sută de ani, Einstein a publicat cinci articole ştiinţifice care au condus la schimbări revoluţionare în modul nostru de înţelegere a proprietăţilor spaţiului, timpului şi a lumii microscopice. Cele trei revoluţii aduse de Einstein în fizică, sunt enumerate şi detaliate mai jos. Este vorba despre mişcarea browniană (sau teoria cinetică a atomilor), relativitatea şi teoria cuantică. 


Categorie: Referate
Postată de: Adrian Buzatu

Ca student, Einstein spunea că nu simţea problemele importante din matematică, în timp ce în fizică el avea întotdeauna simţul a ceea ce este cu adevărat semnificativ. Cu certitudine, Einstein a dovedit acest lucru în anul 1905. În acest an miraculous, el a realizat trei lucruri absolut minunate. Mai întâi, el a adus contribuţii majore la teoria cinetică clasică a atomilor şi moleculelor. Apoi, el a rezolvat conflictul aparent dintre mecanica clasică şi optica şi electrodinamica corpurilor în mişcare. Nu în ultimul rând, el a pus fundaţia teoriei cuantice a luminii.

(Articol tradus de Irina Joantă din revista "Symmetry", din februarie 2005, originalul putând fi găsit aici, iar traducerea lui de la fizicaparticulelor.ro putând fi găsită aici, autorul acestui articol fiind John Stachel. John Stachel este Professor Emeritus de Fizică şi director al Centrului de Studii ale lui Einstein, de la Universitatea din Boston. El este editor fondator al Colecţiei de Articole Complete a lui Albert Einstein, autor al cărţii ”Einstein de la ‘B’ la ‘Z’”, a editat „Einstein’s Miraculous Year” (Anul Miraculos al lui Einstein), ce curpinde traduceri adnotate ale tuturor articolelor scrise de Einstein în 1905.)


Teoria cinetică

Chiar şi în ziua de astăzi, cele două articole ale lui Einstein despre comportamentul molecular şi mişcarea browniană (oscilaţiile aleatoare ale unor particule mici, cum este praful în apă) sunt citate mai des decât celelalte articole ale sale din 1905 datorită mulţimii de aplicaţii practice ale formulelor sale pentru difuzie şi viscozitate. Lucrarea cu privire la mişcarea Browniană este de asemenea de un mare interes theoretic, deoarece este primul tratament matematic de succes al procesului stohastic (adică aleator).

Relativitatea

Oameni ca Lorentz şi Poincaré încercatâu să înţeleagă de ce eşuaseră tentativele experimentale de a observa “eterul”, despre care se presupunea că ar permea întregul spaţiu. Einstein şi-a dat seama că, încă din zilele lui Fresnel şi Fizeau, asemenea experimente au încercat să ne spună că modul tradiţional de a înţelege mişcarea nu mai funcţionează pentru viteze apropiate de viteza luminii. Era nevoie să se înlocuiască vechea mecanică, în care timpul era absolut, cu o mecanică nouă, în care viteza luminii e absolută, iar spaţiul şi timpul se comportă diferit din perspectiva unor observator în diferite stări ale mişcării.

A durat ani până când acest nou punct de vedere a învins. Într-adevăr, o privire asupra unui tratament din manuale a acestei teorii arată că aceasta încă nu a învins peste tot.

Teoria cuantică
 
Singurul articol din 1905 pe care Einstein însuşi l-a descris drept “revoluţionar” este cel despre teoria cuantică, care a introdus ideea că pot exista particule elementare de lumină, sau cuante de lumină. Pentru această lucrare asupra efectului fotoelectric Einstein a obţinut Premiul Nobel în anul 1921. În contrast cu tentativele lui Planck şi a altora de a „cârpi” teoriile clasice pentru a încorpora fenomenele cuantice, Einstein a declarat încă de la început că nici mecanica clasică, nici electrodinamica clasică, nu vor supravieţui revoluţiei cuantice. Conceptul său de cuantă de lumină a fost mai mult luat în râs, până când descoperirea din 1923 a efectului Compton (implicând difuzia luminii de către electroni) a făcut evidentă nevoia considerării teoriei cuantice a luminii.

Pe de altă parte, explicaţia lui Einstein din 1907 cu privire la anumite proprietăţi termale enigmatice până atunci ale solidelor cristaline, considerând moleculele cristalului drept oscilatori cuantici, a convins majoritatea fizicienilor de nevoia unei teorii a materiei, făcând ca teoria cuantică să devină un subiect major de cercetare, chiar înaintea apariţiei teoriei atomului de hidrogen a lui Bohr, din 1913.
 
Relativitatea generalizată

Deja în 1907 Einstein lucra la o extindere a teoriei relativităţii care să includă gravitaţia. El a realizat curând că gravitaţia şi inerţia sunt două părţi ale aceleiaşi monede şi echivalenţa lor este cheia înţelegerii gravitaţiei. Această înţelegere implică faptul că sistemele de referinţă inerţiale (adică cele care se miscă cu viteză constantă, neaccelerat), care îşi menţinuseră statusul privilegiat în teoria specială a relativităţii, trebuie să fie detronate. Pentru a include gravitaţia, teoria sa din 1905 a trebuit să facă loc unei teorii generalizate a relativităţii, în care nu există sisteme de referinţă privilegiate. Majoritatea fizicienilor nu a luat în serios aceasta şi a continuat să caute moduri de a unifica gravitaţia şi relativitatea restrânsă. Şi într-adevar, mulţi încă o fac!

Cu toate acestea, Einstein a perseverat, iar deja în 1915 dezvoltase o teorie a gravităţii în care toate structurile spaţiu-timp-ului erau obiecte dinamice, în contrast accentuat cu toate celelalte teorii ale fizicii, inclusiv cu teoriile cuantice dezvoltate ulterior. Toate acestea depind de nişte structuri fixe din fundalul format din spaţiu-timp, iar astfel de teorii precum teoriile cuantice sunt numite teorii dependente de fundal.
 
Spre o teorie cuantică a gravitaţiei

Tentativele de a crea o teorie cuantică a gravitaţiei trebuie să împace cumva relativitatea generală cu mecanica cuantică. Acestea se confruntă cu dilema următoare: este posibil să formulăm o teorie cuantică a gravitaţiei independentă de fundal, aşa cum sugerează relativitatea generală? Sau trebuie să renunţăm la independenţa de fundal pentru a cuantifica gravitaţia, aşa cum sugerează teoria cuantică?
 
Majoritatea fizicienilor, inclusiv cercetătorii în teoria corzilor, cred în această ultimă alternativă. Dar dacă cea dintâi se dovedeşte posibilă şi teoria rezultantă este utilă fizic, aşa cum susţinătorii gravitaţiei cuantice cu buclă (loop quantum gravity) au arătat că este motiv să sperăm, atunci formularea primei teorii fizice independente de fundal va fi cu siguranţă clasificată drept cea mai mare realizare a lui Einstein.

(Articol tradus de Irina Joantă din revista "Symmetry", din februarie 2005, originalul putând fi găsit aici, iar traducerea lui de la fizicaparticulelor.ro putând fi găsită aici, autorul acestui articol fiind John Stachel. John Stachel este Professor Emeritus de Fizică şi director al Centrului de Studii ale lui Einstein, de la Universitatea din Boston. El este editor fondator al Colecţiei de Articole Complete a lui Albert Einstein, autor al cărţii ”Einstein de la ‘B’ la ‘Z’”, a editat „Einstein’s Miraculous Year” (Anul Miraculos al lui Einstein), ce curpinde traduceri adnotate ale tuturor articolelor scrise de Einstein în 1905.)

Comentarii

  • April 9, 2008, 5:17 am - Laurentiu Pavelescu

    Intr-adevar un an reper pentru comunitatea stiintifica ...
    Problema pe care vreau sa o subliniez este ca MTU (Marea Teorie Unificata) are ca si obiectiv reunirea sub acelasi formalism matematic a celor patru forte fundamentale din natura (forta nucleara tare, nucleara slaba, electro-magnetica si gravitationala)IN SPATIU-TIMP cvadridimensional. Asta este provocarea ; problema este ca nimeni si nimic nu ne asigura ca la momentul zero (respectiv imediat dupa acesta), atunci cand dimensiunele "abia se nasteau", numarul 3+1 a fost cel care definea "intinderea" spatiala si cea temporala. Poate a fost 9+1, iar 6 din ele au ramas "atrofiate". Si astfel cautarile noastre sunt in van.

    In alta ordine de idei, nu suntem siguri nici macar de propriul formalism matematic (vezi teoria de incompletitudine a lui Kurt Godel, prieten bun de-al lui Einstein la Princeton, de altfel).

    Probleme sunt nenumarate si cred ca vor da de lucru suficient de mult comunitatii stiintifice de azi si de maine.

    Anul 2005 a reprezentat intr-adevar un moment cheie care ne-a schimbat complet modul de a intelege lumea.

Adaugă un comentariu

Adaugă un comentariu

This is a captcha-picture. It is used to prevent mass-access by robots. (see: www.captcha.net)
Codul din imagine:
Numele dvs.(*):
COMENTARIU. Sugestie: SALVATI inainte de a trimite! Eventual puteti selecta cu Ctrl-A si apoi copia cu Ctrl-C. Sistemul mai da erori, in special daca textul este lung!(*):
 

Aceasta pagina a fost vizitata de 24303 ori