Kiedy 1+1 nie daje 2? Poznaj genialne idee Alberta Einsteina w prostych słowach

Co dokładnie odkrył Albert Einstein, w jaki sposób została potwierdzona jego teoria i dlaczego bez niej nie działałaby żadna nawigacja? Przedstawiamy fragment książki „Po prostu Einstein”. Dowiesz się z niej wszystkiego, co zawsze chciałeś wiedzieć o odkryciach naukowca wszech czasów, ale wstydziłeś się zapytać.
Kiedy 1+1 nie daje 2? Poznaj genialne idee Alberta Einsteina w prostych słowach

„Ważne jest, by nigdy nie zaniechać zadawania pytań. Ciekawość charakteryzuje się swoją własną pierwotnością bytową. Nie można postąpić inaczej, jak tylko uniżenie podziwiać tajemnice wieczności i życia albo wspaniałą strukturę rzeczywistości. Wystarczy, jeśli spróbujemy każdego dnia uchwycić choć ułamek tej tajemnicy. Tej świętej ciekawości nie wolno nigdy utracić”.

Albert Einstein

 

Co kryje się pod pojęciami: zakrzywiony wszechświat, kwanty czy symultaniczność? Na czym polega względność czasu? I co właściwie oznacza E=mc2? Na te i wiele innych pytań odpowiada  najnowsza książka Rüdigera Vaasa, pt. „Po prostu Einstein. Genialne idee w prostych słowach”.

Vaas – dziennikarz naukowy, redaktor artykułów z zakresu astronomii  i fizyki w miesięczniku „Bild der Wissenschaft” oraz doświadczony znawca nowoczesnej kosmologii, na której temat publikuje własne filozoficzne artykuły oraz wygłasza wykłady na całym świecie – podjął się trudnego zadania:  wyjaśnił idee fizyka wszech czasów tak łatwo i przystępnie, jak to tylko możliwe.

Rzetelna wiedza, przykłady z życia, ilustracje i poczucie humor to to, co wyróżnia książkę „Po prostu Einstein”.  Autor omawia najważniejsze tezy z uwzględnieniem tła historycznego i osobowości Ein­steina.

„Po prostu Einstein” to kolejny tytuł po „Po prostu Hawking” Rüdigera Vaasa, który ukazuje się nakładem Wydawnictwa Bellona.  Atmosferę książki najlepiej oddaje krótki spot:

 

PRZECZYTAJ FRAGMENT KSIĄŻKI:

Trudny start

Wiosną 1902 roku widoki Alberta Einsteina na świetlaną przyszłość wyglądały raczej mizernie: był bezrobotny, bez środków do życia i stracił dziecko. W dodatku nie udało mu się zrobić kariery naukowej.

Nie spełniły się jego nadzieje na uzyskanie posady asystenta na politechnice w Zurychu, gdzie wcześniej studiował fizykę i matematykę. Bez odpowiedzi pozostały także jego podania o przyjęcie do pracy, wysłane do Niemiec, Holandii i Włoch. Wydawało się więc, że Albert nie ma już szans na zrobienie kariery naukowej. Musiał zarabiać na utrzymanie jako guwerner i korepetytor. Ojciec, po kilku bankructwach, nie mógł mu pomóc, zresztą wkrótce (jesienią tego roku) zmarł. Sfrustrowany Einstein już jako student skarżył się sio­strze, że „jest jedynie ciężarem dla rodziny. Byłoby znacznie lepiej, gdyby nie żył”.

Do tego doszła tragedia ludzka. Koleżanka ze studiów i przyjaciółka Einsteina Mileva Marić po raz drugi nie zdała egzaminów końcowych na uczelni i w dodatku spodziewała się dziecka. Jednakże młodzi nie mogli się pobrać z powo­du krytycznej sytuacji zawodowej i finansowej Alberta oraz gwałtownego sprzeciwu jego rodziców.

Mileva urodziła w domu swoich rodziców niedaleko No­wego Sadu w Serbii córkę, której Einstein nigdy nie zobaczył. Dziecko prawdopodobnie wcześnie zmarło albo zostało od­dane do adopcji.

 

Rewolucja w urzędzie patentowym

Potem jednak karta się odwróciła. W czerwcu 1902 roku Einstein otrzymał posadę w Szwajcarskim Urzędzie Patento­wym w Bernie jako „czcigodny związkowy urzędas” (jak sam mówił). Mógł wynająć lepsze mieszkanie, ożenić się z Milevą (w styczniu 1903 roku) i znowu poświęcić się fizyce. Bar­dzo korzystna była dla niego w tym czasie wymiana myśli z przyjaciółmi takimi jak: Maurice Solovine, Conrad Habicht i Michele Besso.

Do roku 1904, choć nie rozpoczął jeszcze kariery nauko­wej, opublikował już pięć fachowych artykułów w cenionym i poważanym w świecie nauki czasopiśmie „Annalen der Physik”. W roku 1905 – przez historyków nauki nazwanym jego „cudownym rokiem” – dwudziestosześcioletni Einstein napisał pięć kolejnych artykułów w ciągu sześciu miesięcy. Z perspektywy czasu można określić je jako gromy z jasnego nieba, które na zawsze zmieniły od razu trzy obszary fizyki.

Einstein udowodnił, że materia jest zbudowana z maleń­kich atomów i cząsteczek, co wtedy było jeszcze teorią kon­trowersyjną. Zauważył, że promieniowanie i energia nie wy­stępują w sposób ciągły, tylko w „porcjach”; to jedyna teza, którą sam uznawał za „radykalną”. Jego szczególna teoria względności stworzyła nowe ramy dla wszystkich teorii w fi­zyce. Tym samym zrewolucjonizował on potoczne i fizyczne pojmowanie przestrzeni i czasu oraz odkrył, że masa i ener­gia nie są z gruntu różne, lecz w pewnym sensie tożsame (jak dwie strony tego samego medalu). Nikt inny wcześniej nie poszerzył granic fizyki tak szybko i tak obszernie, opierając je na nowych – i do dzisiaj nośnych – podstawach. (…)

 

 

Kiedy 1+1 nie daje 2

W teorii względności 1+1 niekoniecznie równa się 2. W każdym razie nie wtedy, gdy chodzi o prędkości większe niż dozwolone przez policję. W życiu codziennym względ­ną prędkość dwóch obiektów wylicza się przez dodanie ich prędkości jednostkowych. Nie dotyczy to jednak prędkości bliskich prędkości światła. W przeciwnym razie strumień światła wystrzelony w przód przez statek kosmiczny poru­szający się prawie z prędkością światła mknąłby z niemal po­dwójną prędkością światła. A przecież zgodnie ze szczególną teorią względności wcale tak nie jest. Zastosowanie znajduje tu raczej nowa reguła: relatywistyczne twierdzenie o doda­waniu prędkości. Kodeks drogowy nie jest więc zagrożony, również piłki tenisowe można spokojnie posyłać w kierunku  przeciwnika bez konieczności studiowania szczególnej teorii względności.

A oto przykład zastosowania relatywistycznego twierdze­nia o dodawaniu. Załóżmy, że pociąg (jak zwykle spóźniony) porusza się z prędkością 200 kilometrów na godzinę w kie­runku stacji Stuttgart 21, a w nim zdenerwowany pasażer poszukujący konduktora biegnie z prędkością 5 kilometrów na godzinę względem pociągu w kierunku jego jazdy. Gdy­by obserwator stojący na nasypie kolejowym zechciał zmie­rzyć prędkość tego pasażera, nie wyniosłaby ona dokładnie 200+5=205 kilometrów na godzinę, tylko byłaby niższa za­ledwie o 0,17 nanometra na godzinę. Oznacza to, że zgod­nie z rachunkiem relatywistycznym pasażer w ciągu godzi­ny pokonałby odległość jedynie o dwa promienie atomowe większą niż według rachunku klasycznego. Taka minimalna różnica z pewnością nie byłaby przyczyną jego spóźnienia na pociąg, do którego miał się przesiąść, można zatem z po­wodzeniem ją pominąć. Natomiast wpływ twierdzenia o do­dawaniu prędkości zmienia się drastycznie przy bardzo du­żych prędkościach: gdyby wystrzelono pocisk z prędkością trzech czwartych prędkości światła z rakiety lecącej z taką samą prędkością, pocisk ten nie leciałby z prędkością równą 1,5 prędkości światła, tylko 96 procent tej prędkości. [Dla tych, których chcą wiedzieć więcej: nie obowiązuje tutaj wzór Vwzgl = V1 + V2, lecz Vwzgl = V1 + V2 / 1+ (V1V2/c2), przy czym Vwzgl to prędkość względna (relatywistyczna), V1 i V2 to poszczególne prędkości, a c to prędkość światła].

 

E = mc2 – ukryta spójność natury

Po opracowaniu szczególnej teorii względności Einstein zauważył, że ukazuje ona nie tylko fundamentalne zależności pomiędzy przestrzenią i czasem, ale również pomiędzy masą i energią. We wrześniu 1905 roku opublikował trzystronico­wy suplement, którego tytuł sformułował ostrożnie jako py­tanie: Czy bezwładność ciała zależy od zawartej w nim ener­gii? W tekście tym wykazał, że obiekt, który emituje energię, traci także masę. Na końcu artykułu napisał:

„Masa ciała jest miarą zawartej w nim energii. Nie jest wykluczone, że można będzie sprawdzić tę teo­rię w przypadku ciał, u których zawarta energia ulega dużym zmianom”.

Było to bardzo radykalne odkrycie. Obalało – albo relatywi­zowało – powszechne przekonanie o „zachowaniu masy”. W pu­blikacji z roku 1907 Einstein podsumował to takimi słowami: „Ten rezultat ma niezwykłe teoretyczne znaczenie, ponieważ masa i energia układu fizycznego występu­ją w nim jako zjawiska tego samego rodzaju”.

A to znaczy, że Einstein odkrył ukrytą do tej pory spój­ność natury i przedstawił ją w prostym równaniu: E = mc2.

Energia E i masa spoczynkowa m są jakby dwiema strona­mi tego samego medalu, powiązanymi ze sobą prędkością światła (w próżni) do kwadratu (litera c, od łacińskiego celeritas – prędkość). Masa jest więc po prostu określoną formą energii – tak brzmi zdumiewający wniosek teorii względności.

 

Więcej w:

Rüdiger Vaas,” Po prostu Einstein. Genialne idee w prostych słowach”, liczba stron 168, format 145x205mm, cena 34,90 zł, ISBN: 9788311158085