Albert Einstein | Saksalaissyntyinen yhdysvaltalainen tiedemies

Life

Varhainen elämä

Einstein syntyi 14. maaliskuuta 1879 Ulmissa, Württembergissä, Saksassa. Hänen perheensä oli juutalainen, mutta ei kovin uskonnollinen. Myöhemmin elämässään Einstein kuitenkin kiinnostui juutalaisuudestaan. Einstein alkoi puhua vasta 3-vuotiaana. Hänen nuoremman sisarensa Majan mukaan "hänellä oli niin suuria vaikeuksia kielen kanssa, että hänen lähipiirinsä pelkäsi, ettei hän koskaan oppisi". Kun Einstein oli noin 4-vuotias, hänen isänsä antoi hänelle magneettikompassin. Hän yritti kovasti ymmärtää, miten neula näytti liikkuvan itsestään niin, että se osoitti aina pohjoiseen. Neula oli suljetussa kotelossa, joten oli selvää, ettei mikään, kuten tuuli, voinut työntää neulaa ympäriinsä, ja silti se liikkui. Näin Einstein kiinnostui luonnontieteiden ja matematiikan opiskelusta. Kompassi antoi hänelle ideoita tieteen maailman tutkimiseen.

Kun hänestä tuli vanhempi, hän meni kouluun Sveitsiin. Valmistuttuaan hän sai töitä sikäläisestä patenttitoimistosta. Siellä työskennellessään hän kirjoitti artikkelit, jotka tekivät hänet tunnetuksi suurena tiedemiehenä.

Einstein avioitui 20-vuotiaan serbialaisen Mileva Marićin kanssa tammikuussa 1903.

Vuonna 1917 Einstein sairastui vakavasti sairauteen, joka melkein tappoi hänet, mutta onneksi hän selvisi hengissä. Hänen serkkunsa Elsa Löwenthal hoiti hänet takaisin terveeksi. Tämän jälkeen Einstein erosi Milevasta 14. helmikuuta 1919 ja avioitui Elsan kanssa 2. kesäkuuta 1919.

Lapset

Einsteinin ensimmäinen tytär oli Lieserl Einstein. Hän syntyi Novi Sadissa, Vojvodinassa, Itävalta-Unkarissa 27. tammikuuta 1902. Hän vietti ensimmäiset vuotensa serbialaisten isovanhempiensa hoivissa, koska hänen isänsä Albert ei halunnut viedä häntä Sveitsiin, jossa hänellä oli työtarjous patenttitoimistosta. Jotkut historioitsijat uskovat, että hän kuoli tulirokkoihin.

Einsteinin kaksi poikaa olivat Hans Albert Einstein ja Eduard Tete Einstein. Hans Albert syntyi Bernissä, Sveitsissä toukokuussa 1904. Hänestä tuli professori Berkeleyssä (Kalifornia). Eduard syntyi Zürichissä, Sveitsissä heinäkuussa 1910. Hän kuoli 55-vuotiaana aivohalvaukseen Zürichin psykiatrisessa yliopistollisessa sairaalassa "Burghölzli". Hän oli viettänyt elämänsä sairaaloissa ja sairaaloista pois skitsofreniansa vuoksi.

Myöhempi elämä

Keväällä 1914 hän muutti takaisin Saksaan, ja hänestä tuli Preussin akatemian varsinainen jäsen ja Kaiser-Wilhelm-Gesellschaftin vastaperustetun fysiikan instituutin johtaja. Hän asui Berliinissä ja sai yleisen suhteellisuusteorian valmiiksi marraskuussa 1915. Weimarin tasavallassa hän toimi poliittisesti sosialismin ja sionismin puolesta. Vuonna 1922 hän sai fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 1905 antamastaan valosähköisen ilmiön selityksestä. Sen jälkeen hän yritti muotoilla yleisen kenttäteorian, joka yhdistäisi gravitaation ja sähkömagnetismin, siinä kuitenkaan onnistumatta. Hän suhtautui varauksellisesti Heisenbergin (1925) ja Schrödingerin (1926) keksimään kvanttimekaniikkaan. Keväällä 1933 Einstein ja Elsa olivat matkalla Yhdysvalloissa, kun natsipuolue nousi valtaan. Natsit olivat rajusti antisemitistisiä. He kutsuivat Einsteinin suhteellisuusteoriaa "juutalaiseksi fysiikaksi", ja jotkut saksalaiset fyysikot aloittivat polemiikin hänen teorioitaan vastaan. Toiset, kuten Planck ja Heisenberg, puolustivat Einsteinia.

Palattuaan Belgiaan Einstein irtisanoutui Oostendeen lähettämässään kirjeessä Preussin akatemian palveluksesta natsien uhkailujen vuoksi. Einstein ja Elsa päättivät olla palaamatta Berliiniin ja muuttivat Princetoniin, New Jerseyn osavaltioon Yhdysvaltoihin, ja vuonna 1940 hänestä tuli Yhdysvaltain kansalainen.

Ennen toista maailmansotaa, elokuussa 1939, Einstein kirjoitti Leó Szilárdin ehdotuksesta Yhdysvaltain presidentille Franklin D. Rooseveltille, että Yhdysvaltojen pitäisi keksiä atomipommi, jotta natsihallitus ei voisi voittaa heitä. Hän allekirjoitti kirjeen. Hän ei kuitenkaan kuulunut Manhattan-projektiin, joka oli projekti, jossa atomipommi luotiin.

Einsteinille, joka oli juutalainen mutta ei Israelin kansalainen, tarjottiin presidentin virkaa vuonna 1952, mutta hän kieltäytyi siitä toteamalla: "Olen syvästi liikuttunut Israelin valtion tarjouksesta ja samalla surullinen ja häpeissäni siitä, etten voi hyväksyä sitä." Ehud Olmertin kerrottiin harkitsevan puheenjohtajuuden tarjoamista toiselle ei-israelilaiselle, Elie Wieselille, mutta hänen sanottiin olevan "hyvin kiinnostumaton".

Hän teki gravitaatiotutkimusta Institute for Advanced Study -instituutissa Princetonin yliopistossa New Jerseyssä, kunnes hän kuoli 18. huhtikuuta 1955 aortan aneurysman puhkeamiseen. Hän kirjoitti vielä tunteja ennen kuolemaansa kvanttifysiikasta. Hän sai Nobelin fysiikan palkinnon.

 

Valosähköinen vaikutus

Vuonna 1905 hän kehitti teorian, jonka mukaan valo koostuu pienistä hiukkasista, joita kutsutaan fotoneiksi ^ . Tämän teorian avulla hän pystyi selittämään valosähköisen ilmiön. Fotonin energiaa ja taajuutta kuvaava kaava on E = h f {\displaystyle E=hf} . Tämä tarkoittaa, että korkeamman taajuuden valossa on enemmän energiaa fotonia kohti.

Valosähköinen ilmiö tapahtuu, kun metallipintaan kohdistuva valo saa sen emittoimaan elektroneja. Klassisen aaltoteorian vaikeutena oli selittää, miksi tämä ilmiö näyttäisi esiintyvän vain korkeataajuisessa valossa, kuten UV-valossa, mutta ei matalataajuisessa valossa, kuten punaisessa tai infrapunassa. Einstein osoitti, että koska korkeamman taajuuden valossa on enemmän energiaa sisältäviä fotoneja, sillä on suurempi mahdollisuus pakottaa elektronit ulos metallista.

Einstein pystyi selittämään fotoneilla myös muita ilmiöitä, kuten fluoresenssin ja ionisaation. Vuonna 1921 hänelle myönnettiin Nobelin palkinto tästä löydöstä.

 

Suhteellisuusteoria

Einstein julkaisi erityisen suhteellisuusteorian vuonna 1905 julkaisussaan Liikkuvien kappaleiden sähködynamiikasta. Sen mukaan sekä etäisyys- että aikamittaukset muuttuvat lähellä valonnopeutta. Tämä tarkoittaa, että kun valonnopeutta (lähes 300 000 kilometriä sekunnissa) lähestytään, pituudet näyttävät lyhenevän ja kellot tikittävät hitaammin. Einsteinin mukaan erityinen suhteellisuusteoria perustuu kahteen ajatukseen. Ensimmäinen on se, että fysiikan lait ovat samat kaikille havaitsijoille, jotka eivät liiku toistensa suhteen.

Samaan suuntaan samalla nopeudella liikkuvien asioiden sanotaan olevan "inertiajärjestelmässä".

Samassa "kehyksessä" olevat ihmiset mittaavat, kuinka kauan jonkin asian tapahtuminen kestää. Heidän kellonsa pitävät samaa aikaa. Mutta toisessa "kehyksessä" heidän kellonsa kulkevat eri tahtia. Syy tähän on seuraava. Riippumatta siitä, miten havaitsija liikkuu, jos hän mittaa tuosta tähdestä tulevan valon nopeuden, se on aina sama luku.

Kuvittele, että astronautti olisi aivan yksin eri maailmankaikkeudessa. Siinä on vain astronautti ja avaruusalus. Liikkuuko hän? Seisooko hän paikallaan? Nuo kysymykset eivät merkitse mitään. Miksi? Koska kun sanomme, että liikumme, tarkoitamme, että voimme mitata etäisyytemme jostakin muusta eri aikoina. Jos numerot kasvavat, olemme etääntymässä. Jos numerot pienenevät, olemme siirtymässä lähemmäs. Liikkuminen edellyttää vähintään kahta asiaa. Lentokone voi liikkua useita satoja kilometrejä tunnissa, mutta matkustajat sanovat: "Minä vain istun tässä".

Oletetaan, että jotkut ihmiset ovat avaruusaluksella ja haluavat tehdä tarkan kellon. Toiseen päähän he laittavat peilin ja toiseen päähän yksinkertaisen koneen. Se ampuu yhden lyhyen valopurkauksen kohti peiliä ja odottaa sitten. Valo osuu peiliin ja kimpoaa takaisin. Kun se osuu koneessa olevaan valonilmaisimeen, kone sanoo: "Count = 1", se ampuu samanaikaisesti toisen lyhyen valopurskeen kohti peiliä, ja kun valo palaa takaisin, kone sanoo: "Count = 2". He päättävät, että tietty määrä kimpoamisia määritellään sekunniksi, ja he panevat koneen vaihtamaan sekuntilaskuria aina, kun se on havainnut kyseisen määrän kimpoamisia. Aina kun sekuntilaskuri muuttuu, se myös vilkuttaa valoa koneen alla olevasta luukusta. Joku ulkopuolinen voi siis nähdä valon vilkkuvan joka sekunti.

Jokainen peruskoululainen oppii kaavan d=rt (etäisyys on yhtä kuin nopeus kerrottuna ajalla). Tiedämme valon nopeuden, ja voimme helposti mitata koneen ja peilin välisen etäisyyden ja moninkertaistaa sen, jolloin saadaan valon kulkema matka. Meillä on siis sekä d että r, ja voimme helposti laskea t:n. Avaruusaluksella olevat ihmiset vertaavat uutta "valokelloaan" erilaisiin rannekelloihinsa ja muihin kelloihinsa, ja he ovat tyytyväisiä siihen, että he voivat mitata aikaa hyvin uudella valokellollaan.

Tämä avaruusalus sattuu kulkemaan hyvin nopeasti. He näkevät välähdyksen avaruusaluksen kellosta, ja sitten he näkevät toisen välähdyksen. Vain että välähdykset eivät tapahdu sekunnin välein. Ne tulevat hitaammin. Valo kulkee aina samalla nopeudella, d = rt. Siksi avaruusaluksen kello ei välähdä kerran sekunnissa ulkopuoliselle tarkkailijalle.

Erityinen suhteellisuusteoria liittää myös energian ja massan toisiinsa Albert Einsteinin kaavassa E=mc . ²

 
Molemmista tähdistä tulevan valon nopeus mitataan samaksi.  


Kuljettu matka on suhteutettu eri vertailustandardeihin.  


Valokello on nopeampi levossa ja hitaampi liikkeessä.  

Massa-energia-ekvivalenssi

E=mc² , jota kutsutaan myös massa-energia-ekvivalenssiksi, on yksi Einsteinin tunnetuimmista teoista. Se on kuuluisa fysiikan ja matematiikan yhtälö, joka osoittaa, mitä tapahtuu, kun massa muuttuu energiaksi tai energia muuttuu massaksi. Yhtälössä oleva "E" tarkoittaa energiaa. Energia on luku, joka annetaan esineille sen mukaan, kuinka paljon ne voivat muuttaa muita asioita. Esimerkiksi kananmunan päällä roikkuva tiili voi antaa kananmunalle niin paljon energiaa, että se rikkoutuu, mutta höyhen ei voi.

Energialla on kolme perusmuotoa: potentiaalienergia, liike-energia ja lepoenergia. Kaksi näistä energiamuodoista on nähtävissä edellä annetuissa esimerkeissä ja heilurin esimerkissä.

Tykin kuula roikkuu köyden varassa rautarenkaasta. Hevonen vetää tykinkuulaa oikealle puolelle. Kun tykinkuula päästetään irti, se liikkuu edestakaisin kaavion mukaisesti. Se tekisi näin ikuisesti, paitsi että köyden liike renkaassa ja hankautuminen muissa paikoissa aiheuttaa kitkaa, ja kitka vie koko ajan hieman energiaa. Jos jätämme huomiotta kitkan aiheuttamat häviöt, hevosen antama energia annetaan tykinkuulalle potentiaalienergiana. (Sillä on energiaa, koska se on korkealla ja voi pudota alas.) Kun tykinkuula heilahtaa alaspäin, se saa yhä enemmän nopeutta, joten mitä lähemmäs pohjaa se pääsee, sitä nopeammin se liikkuu ja sitä kovempaa se osuisi sinuun, jos seisoisit sen edessä. Sitten se hidastuu, kun sen liike-energia muuttuu takaisin potentiaalienergiaksi. "Kineettinen energia" tarkoittaa vain energiaa, joka jollakin on, koska se liikkuu. "Potentiaalienergia tarkoittaa vain energiaa, joka jollakin on, koska se on jossakin korkeammassa asemassa kuin jokin muu.

Kun energia siirtyy muodosta toiseen, energiamäärä pysyy aina samana. Sitä ei voida tehdä tai tuhota. Tätä sääntöä kutsutaan energian säilymislaiksi. Kun esimerkiksi heität palloa, energia siirtyy kädestäsi palloon, kun päästät sen irti. Mutta energia, joka oli kädessäsi, ja energia, joka on nyt pallossa, on sama määrä. Pitkään ihmiset luulivat, että energian säilyminen oli ainoa asia, josta oli syytä puhua.

Kun energia muuttuu massaksi, energian määrä ei pysy samana. Kun massa muuttuu energiaksi, energian määrä ei myöskään pysy samana. Aineen ja energian määrä pysyy kuitenkin samana. Energia muuttuu massaksi ja massa muuttuu energiaksi tavalla, joka määritellään Einsteinin yhtälössä E = mc² .

Einsteinin yhtälössä oleva "m" tarkoittaa massaa. Massa on aineen määrä, joka on jossakin kappaleessa. Jos tietäisit protonien ja neutronien lukumäärän jossakin aineessa, esimerkiksi tiilessä, voisit laskea sen kokonaismassan kaikkien protonien ja neutronien massojen summana. (Elektronit ovat niin pieniä, että ne ovat lähes merkityksettömiä.) Massat vetävät toisiaan puoleensa, ja hyvin suuri massa, kuten maapallon massa, vetää hyvin voimakkaasti lähellä olevia asioita puoleensa. Painaisit paljon enemmän Jupiterissa kuin Maassa, koska Jupiter on niin valtava. Kuu painaisi paljon vähemmän, koska sen massa on vain noin kuudesosa Maan massasta. Paino liittyy tiilen (tai ihmisen) massaan ja sen massaan, joka vetää tiiltä alas jousivaa'alla - ja joka voi olla pienempi kuin aurinkokunnan pienin kuu tai suurempi kuin aurinko.

Massa, ei paino, voidaan muuttaa energiaksi. Toinen tapa ilmaista tämä ajatus on sanoa, että aine voidaan muuttaa energiaksi. Massan yksikköjä käytetään mittaamaan jonkin aineen määrää. Massan tai aineen määrä jossakin määrittää, kuinka paljon energiaa kyseinen asia voidaan muuttaa energiaksi.

Energia voidaan myös muuttaa massaksi. Jos työntäisit lastenvaunuja hitaasti kävellen ja huomaisit, että niitä on helppo työntää, mutta jos työntäisit vaunuja nopeasti kävellen ja huomaisit, että niitä on vaikeampi liikuttaa, ihmettelisit, mikä lastenvaunuissa on vikana. Jos sitten yrittäisit juosta ja huomaisit, että lastenvaunujen liikuttaminen nopeammalla nopeudella olisi kuin työntäisi tiiliseinää vasten, olisit hyvin yllättynyt. Totuus on se, että kun jotakin liikutetaan, sen massa kasvaa. Ihmiset eivät tavallisesti huomaa tätä massan kasvua, koska siinä nopeudessa, jolla ihmiset tavallisesti liikkuvat, massan kasvu on lähes olematon.

Kun nopeudet lähestyvät valonnopeutta, massan muutoksia on mahdotonta olla huomaamatta. Peruskokemus, jonka me kaikki jaamme jokapäiväisessä elämässä, on se, että mitä kovempaa työnnämme jotakin asiaa, kuten autoa, sitä nopeammin saamme sen kulkemaan. Mutta kun työntämämme asia kulkee jo suurella osalla valonnopeudesta, huomaamme, että se saa jatkuvasti lisää massaa, joten sen saaminen nopeammaksi käy yhä vaikeammaksi ja vaikeammaksi. On mahdotonta saada mitään massaa kulkemaan valonnopeudella, koska se vaatisi ääretöntä energiaa.

Joskus massa muuttuu energiaksi. Yleisiä esimerkkejä alkuaineista, jotka tekevät tällaisia muutoksia, joita kutsumme radioaktiivisuudeksi, ovat radium ja uraani. Uraaniatomi voi menettää alfahiukkasen (heliumin atomiytimen) ja muuttua uudeksi alkuaineeksi, jolla on kevyempi ydin. Silloin tämä atomi lähettää kaksi elektronia, mutta se ei ole vielä stabiili. Se lähettää useita alfahiukkasia ja elektroneja, kunnes siitä tulee lopulta alkuaine Pb eli se, mitä me kutsumme lyijyksi. Heittämällä ulos kaikki nämä hiukkaset, joilla on massaa, se on pienentänyt omaa massaansa. Se on myös tuottanut energiaa.

Useimmissa radioaktiivisissa tapauksissa jonkin aineen koko massa ei muutu energiaksi. Atomipommissa uraani muuttuu kryptoniksi ja bariumiksi. Syntyvän kryptonin ja bariumin massa eroaa hieman alkuperäisen uraanin massasta, mutta muutoksesta vapautuva energia on valtava. Yksi tapa ilmaista tämä ajatus on kirjoittaa Einsteinin yhtälö seuraavasti:

E = (_muraani - mkrypton _{ja barium}) c² 

Yhtälössä oleva c² tarkoittaa valonnopeuden neliötä. Jonkin asian neliöiminen tarkoittaa sen kertomista itsellään, joten jos valon nopeus neliöitaisiin, se olisi 299 792 458 metriä sekunnissa kertaa 299 792 458 metriä sekunnissa, mikä on noin
(3-10⁸ )² = (9-10¹⁶ metriä² )/sekuntia² =
90 000 000 000 000 000 000 metriä² /sekuntia²
 Yhden kilogramman tuottama energia olisi siis:
E = 1 kg - 90.000.000.000.000.000.000 metriä² /sekuntia²
 E = 90.000.000.000.000.000.000 kg metriä² /sekuntia²
 tai
E = 90.000.000.000.000.000.000 joulea
tai
E = 90.000 terajoulea.

Hiroshiman yllä räjähtäneestä atomipommista vapautui noin 60 terajoulea. Noin kaksi kolmasosaa gramman radioaktiivisesta massasta on siis hävinnyt (muuttunut energiaksi), kun uraani muuttui kryptoniksi ja bariumiksi.

 
Kuva Einsteinista Nobel-palkinnon saamisen jälkeen, 1921.  


Albert Einstein, 1921  

BEC

Idea Bose-Einsteinin kondensaatista syntyi S. N. Bosen ja professori Einsteinin yhteistyön tuloksena. Einstein ei itse keksinyt sitä, vaan sen sijaan hän jalosti ideaa ja auttoi sen yleistymisessä.

 

Nollapiste-energia

Albert Einstein ja Otto Stern kehittivät nollapiste-energian käsitteen Saksassa vuonna 1913.

 

Momentti, massa ja energia

Klassisessa fysiikassa momentti selitetään yhtälöllä:

p = mv

jossa

p edustaa vauhtia

m edustaa massaa

v on nopeus (nopeus)

Kun Einstein yleisti klassista fysiikkaa sisällyttämällä siihen liikkuvan aineen nopeudesta johtuvan massan kasvun, hän päätyi yhtälöön, jonka mukaan energia koostuu kahdesta komponentista. Toiseen komponenttiin liittyy "lepomassa" ja toiseen komponenttiin liittyy impulssi, mutta impulssia ei ole määritelty klassisella tavalla. Yhtälössä on tyypillisesti nollaa suuremmat arvot molemmille komponenteille:

E² = (m₀ c² )² + (kpl) + (kpl)²

jossa

E edustaa hiukkasen energiaa

m₀ edustaa hiukkasen massaa, kun se ei liiku.

p edustaa hiukkasen liikkeessä olevaa liikemäärää.

c on valon nopeus.

Tästä yhtälöstä on kaksi erityistapausta.

Fotonilla ei ole lepomassaa, mutta sillä on vauhtia. (Peilistä heijastuva valo työntää peiliin voiman, joka voidaan mitata.) Fotonin tapauksessa, koska sen m₀ = 0, niin:

E² = 0 + (kpl)²

E = kpl

p = E/c

Fotonin energia voidaan laskea sen taajuuden ν tai aallonpituuden λ perusteella. Nämä liittyvät toisiinsa Planckin suhteella E = hν = hc/λ, jossa h on Planckin vakio (6,626×10⁻³⁴ joulesekuntia). Kun tiedät joko taajuuden tai aallonpituuden, voit laskea fotonin impulssin.

Kun kyseessä ovat liikkumattomat hiukkaset, joilla on massa, koska p = 0, niin:

E₀² = (m₀ c² )² + 0

joka on vain

E₀ = m₀ c²

Siksi Einsteinin yhtälössä käytettyä suureen "m₀ " kutsutaan joskus "lepomassaksi". ("0" muistuttaa meitä siitä, että puhumme energiasta ja massasta, kun nopeus on 0.) Tämä kuuluisa "massa-energiasuhteen" kaava (joka yleensä kirjoitetaan ilman "0"-merkkejä) viittaa siihen, että massassa on suuri määrä energiaa, joten ehkä voisimme muuttaa osan massasta käyttökelpoisempaan energiamuotoon. Ydinvoimateollisuus perustuu tähän ajatukseen.

Einstein sanoi, että ei ole hyvä idea käyttää klassista kaavaa, joka liittää impulssin nopeuteen, p = mv, vaan että jos joku haluaisi tehdä niin, hänen olisi käytettävä hiukkasen massaa m, joka muuttuu nopeuden mukana:

m_v² = m₀² / (1 - v² /c² ).

Tällöin voidaan sanoa, että E = mc² pätee myös liikkuville hiukkasille.

 
Albert Einsteinin patsas Israelin tiedeakatemiassa.  


Einstein myöhempinä vuosinaan, n. 1950-luku  

Yleinen suhteellisuusteoria

Osa artikkelisarjasta, joka käsittelee

Yleinen suhteellisuusteoria

G μ ν + Λ g μ ν = 8 π G c 4 T μ ν {\displaystyle G_{\mu \nu }+\Lambda g_{\mu \nu }={8\pi G \over c^{4}}T_{\mu \nu }}

·           Johdanto Historia Matemaattinen muotoilu ·           Testit

Peruskäsitteet Suhteellisuusperiaate Suhteellisuusteoria Viitekehys Inertiaaliviitekehys Lepokehys Keskipisteen kehys Ekvivalenssiperiaate Massa-energia-ekvivalenssi Erityinen suhteellisuusteoria Kaksinkertaisesti erityinen suhteellisuusteoria de Sitterin invariantti erityinen suhteellisuusteoria Maailman linja Riemannin geometria

Ilmiöt Gravitoelektromagnetismi Keplerin ongelma Painovoima Gravitaatiokenttä Gravitaatiokaivo Gravitaatiolinssi Gravitaatioaallot Gravitaatiopunasiirtymä Redshift Blueshift Ajan laajeneminen Gravitaatioajan laajeneminen Shapiron aikaviive Gravitaatiopotentiaali Painovoiman aiheuttama puristus Gravitaatiokollapsi Frame-dragging Geodeettinen vaikutus Gravitaatiosingulariteetti Tapahtumahorisontti Alaston singulariteetti Musta aukko Valkoinen aukko Avaruusaika Avaruus Aika Avaruusajan kaaviot Minkowskin avaruusaika Suljettu aikakäyrä (CTC) Madonreikä Ellisin madonreikä

Yhtälöt Formalismit Yhtälöt Linearisoitu painovoima Einsteinin kenttäyhtälöt Friedmann Geodesics Mathisson-Papapetrou-Dixon Hamilton-Jacobi-Einstein Kaarevuusinvariantti (yleinen suhteellisuusteoria) Lorentzian moninaisuus Formalismit ADM BSSN Newtonin jälkeinen Edistynyt teoria Kaluza-Kleinin teoria Kvanttigravitaatio Supergravitaatio

Ratkaisut Schwarzschild (sisätilat) Reissner-Nordström Gödel Kerr Kerr-Newman Kasner Lemaître-Tolman Taub-NUT Milne Robertson-Walker pp-aalto van Stockumin pöly Weyl-Lewis-Papapetrou Tyhjiöratkaisu (yleinen suhteellisuusteoria) Tyhjiöliuos

Tutkijat Einstein Lorentz Hilbert Poincaré Schwarzschild de Sitter Reissner Nordström Weyl Eddington Friedman Milne Zwicky Lemaître Gödel Wheeler Robertson Bardeen Walker Kerr Chandrasekhar Ehlers Penrose Hawking Raychaudhuri Taylor Hulse van Stockum Taub Newman Yau Thorne muut

Yleinen suhteellisuusteoria julkaistiin vuonna 1915, kymmenen vuotta sen jälkeen, kun erityinen suhteellisuusteoria oli luotu. Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria käyttää ajatusta avaruusajasta. Avaruusajalla tarkoitetaan sitä, että meillä on neliulotteinen maailmankaikkeus, jossa on kolme avaruusulottuvuutta (tila) ja yksi aikaulottuvuus (aika). Kaikki fysikaaliset tapahtumat tapahtuvat jossakin paikassa näiden kolmen avaruusulottuvuuden sisällä ja jollakin ajanhetkellä. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan mikä tahansa massa aiheuttaa avaruusajan käyristymisen, ja mikä tahansa muu massa seuraa näitä käyristymiä. Suurempi massa aiheuttaa enemmän kaareutumista. Tämä oli uusi tapa selittää gravitaatio (painovoima).

Yleinen suhteellisuusteoria selittää gravitaatiolinssi-ilmiön, joka tarkoittaa, että valo taipuu, kun se lähestyy massiivista kohdetta. Tämä selitys osoittautui oikeaksi auringonpimennyksen aikana, jolloin auringon taivuttama kaukaisista tähdistä tuleva tähtivalo voitiin mitata auringonpimennyksen pimeyden vuoksi.

Yleinen suhteellisuusteoria loi myös pohjan kosmologialle (teoriat maailmankaikkeutemme rakenteesta suurilla etäisyyksillä ja pitkiä aikoja). Einstein ajatteli, että maailmankaikkeus saattaa hieman kaartua sekä avaruudessa että ajassa, joten maailmankaikkeus on aina ollut olemassa ja tulee aina olemaan olemassa, ja että jos jokin esine kulkisi maailmankaikkeuden läpi törmäämättä mihinkään, se palaisi lähtöpaikalleen toisesta suunnasta hyvin pitkän ajan kuluttua. Hän jopa muutti yhtälöitään niin, että ne sisälsivät "kosmologisen vakion", jotta muuttumaton maailmankaikkeus olisi mahdollista saada matemaattiseen malliin. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan maailmankaikkeus voi myös levitä (kasvaa suuremmaksi ja vähemmän tiheäksi) ikuisesti, ja useimmat tiedemiehet ovat sitä mieltä, että tähtitiede on osoittanut, että näin tapahtuu. Kun Einstein tajusi, että hyvät mallit maailmankaikkeudesta olivat mahdollisia myös ilman kosmologista vakiota, hän kutsui kosmologisen vakion käyttöä "suurimmaksi virheekseen", ja kyseinen vakio jätetään usein pois teoriasta. Monet tiedemiehet ovat kuitenkin nykyään sitä mieltä, että kosmologinen vakio on välttämätön, jotta siihen mahtuu kaikki se, mitä nyt tiedämme maailmankaikkeudesta.

Suosittu kosmologian teoria on nimeltään alkuräjähdys. Alkuräjähdysteorian mukaan maailmankaikkeus syntyi 15 miljardia vuotta sitten niin sanotussa "gravitaatiosingulariteetissa". Tämä singulariteetti oli pieni, tiheä ja hyvin kuuma. Teorian mukaan kaikki nykyisin tuntemamme aine syntyi tästä pisteestä.

Einsteinilla itsellään ei ollut ajatusta "mustasta aukosta", mutta myöhemmät tutkijat käyttivät tätä nimeä universumissa olevasta kohteesta, joka taivuttaa avaruusaikaa niin paljon, ettei edes valo pääse siitä pois. He uskovat, että nämä erittäin tiheät kohteet muodostuvat, kun jättiläistähdet, jotka ovat vähintään kolme kertaa aurinkomme kokoisia, kuolevat. Tämä tapahtuma voi seurata niin sanottua supernovaa. Mustien aukkojen muodostuminen voi olla merkittävä gravitaatioaaltojen lähde, joten gravitaatioaaltojen todisteiden etsimisestä on tullut tärkeä tieteellinen tavoite.

 

Uskomukset

Monet tiedemiehet välittävät vain työstään, mutta Einstein puhui ja kirjoitti usein myös politiikasta ja maailmanrauhasta. Hän piti ajatuksista sosialismista ja siitä, että koko maailmassa olisi vain yksi hallitus. Hän työskenteli myös sionismin puolesta, joka pyrki luomaan uuden Israelin valtion.

Kollegansa L. E. J. Brouwerin yllyttämänä Einstein luki filosofi Eric Gutkindin kirjan Choose Life, joka käsitteli juutalaisen ilmestyksen ja nykymaailman välistä suhdetta. Tammikuun 3. päivänä 1954 Einstein lähetti Gutkindille seuraavan vastauksen: "Sana Jumala ei ole minulle muuta kuin inhimillisten heikkouksien ilmaus ja tuote, Raamattu kokoelma kunniallisia, mutta silti alkukantaisia legendoja, jotka ovat kuitenkin melko lapsellisia. ..... Minulle juutalainen uskonto, kuten kaikki muutkin uskonnot, on kaikkein lapsellisimpien taikauskojen ruumiillistuma."" Vuonna 2018 hänen kirjeensä Gutkindille myytiin 2,9 miljoonalla dollarilla.

Vaikka Einstein keksi monia ideoita, jotka auttoivat tiedemiehiä ymmärtämään maailmaa paljon paremmin, hän oli eri mieltä joistakin tieteellisistä teorioista, joista muut tiedemiehet pitivät. Kvanttimekaniikan teoria käsittelee asioita, jotka voivat tapahtua vain tietyillä todennäköisyyksillä, joita ei voida ennustaa tarkemmin, vaikka meillä olisi kuinka paljon tietoa. Tämä teoreettinen pyrkimys eroaa tilastollisesta mekaniikasta, jonka parissa Einstein teki tärkeää työtä. Einstein ei pitänyt kvanttiteorian siitä osasta, jossa kiellettiin mikään muu kuin todennäköisyys, että jokin asia osoittautuisi todeksi, kun se todella mitataan; hänen mielestään kaiken pitäisi olla mahdollista ennustaa, jos meillä on oikea teoria ja tarpeeksi tietoa. Hän sanoi kerran: "En usko, että Jumala pelaa noppaa maailmankaikkeuden kanssa." Hän sanoi kerran: "En usko, että Jumala pelaa noppaa maailmankaikkeuden kanssa."

Koska Einstein auttoi tiedettä niin paljon, hänen nimeään käytetään nykyään useista eri asioista. Hänen mukaansa on nimetty eräs fotokemiassa käytetty yksikkö. Se on yhtä suuri kuin Avogadron luku kerrottuna yhden valofotonien energialla. Myös kemiallinen alkuaine Einsteinium on nimetty tiedemiehen mukaan. Slangissa kutsumme joskus erittäin älykästä ihmistä "Einsteiniksi".

 

Kritiikki

Useimmat tiedemiehet ovat sitä mieltä, että Einsteinin erityiset ja yleiset suhteellisuusteoriat toimivat erittäin hyvin, ja he käyttävät näitä ajatuksia ja kaavoja omassa työssään. Einstein oli eri mieltä siitä, että kvanttimekaniikan ilmiöt voivat tapahtua puhtaasti sattumalta. Hän uskoi, että kaikille luonnonilmiöille on selitykset, joihin ei kuulu puhdas sattuma. Hän käytti suuren osan myöhemmästä elämästään yrittäessään löytää "yhtenäistä kenttäteoriaa", joka sisältäisi hänen yleisen suhteellisuusteoriansa, Maxwellin sähkömagnetismiteorian ja ehkä paremman kvanttiteorian. Useimmat tiedemiehet eivät usko, että hän onnistui tässä yrityksessä.