אלברט איינשטיין

אלברט איינשטיין

14 במרץ 1879 תאריך לידה אולם, בבאדן-וירטמברג, גרמניה מקום לידה 18 באפריל 1955 תאריך פטירה פרינסטון, ארצות הברית מקום פטירה גרמניה, ארצות הברית מגורים פיזיקה תחום תורת היחסות ומכניקת הקוונטים ידוע בשל יהדות דת

נעוריו ותחילת דרכו איינשטיין נולד בעיר שבבאדן-וירטמברג, גרמניה ב 14 במרץ1879. אביו, הרמן, היה בעל מפעלאלקטרוכימי קטן שכשל בעסקיו. בילדותו למד לדבר בגיל מאוחר והוריו חששו כי בנם לקוי דיבור.

בהשפעת אמו (פאולינה, ששם משפחתה לפני הנישואים היה קוך) החל גם ללמוד נגינה בכינור. בגיל חמש חלה וכדי לשמח את לבו, התקין עבורו אביו מצפן פשוט. כבר אז, כך סיפר כעבור שנים, החל לחקור את צפונות חוקי הטבע.

בשנת 1889 עברה משפחתו להתגורר במינכן אשר בבוואריה בשל עסקיו של האב. בגימנסיה הצטיין בלימודי המתמטיקה והפיזיקה אך לא התעלה בלימודיו האחרים משום שכפו עליו לדקדק במקצועות בשיטות שלא היו לרוחו, ובפרט בלטינית.

מורהו ללטינית התנבא ש"צמח זה לעולם לא יעשה קמח". לימים יספר איינשטיין, שהיה זה נס של ממש שמשטר החינוך הקפדני לא הצליח לעקור את סקרנותו. אולם, אין נכונה המעשייה בדבר היותו תלמיד בינוני ומפר משמעת.

בשנת1894 עקרה המשפחה למילאנו. לאחר שהות קצרה באיטליה, עבר לשווייץ כדי ללמוד בבית הספר הקאנטונאלי שבאראו, וסיים את לימודיו במכון הטכנולוגי של ציריך (1896 - 1900). אחד ממרציו אשר סלד מאדישותו המופגנת של איינשטיין, כינהו "כלב עצלן" (לימים חזר בו והיה מתומכי רעיון תורת היחסות בראשיתה).

למחייתו התפרנס איינשטיין ממתן שיעורים במתמטיקה ובפיזיקה. לאחר קבלת אזרחות שווייצרית, עבד איינשטיין במשרד הפטנטים הממשלתי בברן משנת 1902 ועד 1908. בהיותו סטודנט בשנתו השנייה בלימודי המתמטיקה והפיזיקה, שמע על תוצאות ניסוי מיכלסון-מורלי (שבוצע על ידי צמד מדענים, ביניהם הפיזיקאי היהודי אלברט אברהם מיכלסון) שבו התגלה שמהירות האור לא משתנה למרות השינוי בתנועה היחסית של כדור הארץ לעומת ה"אתר" - מדיום מסתורי שבו רוטטים ומתקדמים הגלים האלקטרומגנטיים.

ניסוי זה סיקרן מאוד את איינשטיין יחד עם הסתירה הידועה שהייתה קיימת בין המכניקה הניוטונית לתורת החשמל והמגנטיות הקלאסית של ג'יימס קלרק מקסוול שהציקה לו מאוד. אלו היו בעיות היסוד שהביאו את איינשטיין לפיתוח תורת היחסות.

בשנת 1905 (שנת הפלאות - Annus Mirabilis) פרסם ארבעה מאמרים בשנתון הפיזיקה (Annalen der Physik), שהיה כתב העת המדעי החשוב של אותה תקופה, ואלה הסמיכוהו לתואר דוקטור מטעם הסנאט של אוניברסיטת ציריך:

:"על התנועה הנדרשת מהתורה הקינטית המולקולארית של החוםושל חלקיקים קטנים השוהים על פניו של נוזל במנוחה" - מאמר זה הסביר את התנועה של גזים וחלקיקי אבק הצפים בתוך נוזל, תופעה הידועה בשם תנועה בראונית.

: המאמר הניח את היסודות לתחום הפיזיקלי של מכניקה סטטיסטית וחיזק מאוד את האמונה בדבר ממשות קיומם של האטומים, שבאותו תקופה רבים ראו בהם רק פיקציות תאורטיות שימושיות. איינשטיין לא ידע על התופעה הנקראת תנועה בראונית בשעה שכתב את המאמר, אלא הציג את עבודתו כתוצאה תאורטית הנובעת מההנחה שיש סטיות מדידות משיווי המשקל התרמודינמי של לודוויג בולצמן

"על נקודת מבט היוריסטית בייצור והעברה של אור" - במאמר זה הציג איינשטיין את הקוונטיזציה של האור (כלומר: קרינה אלקטרומגנטית) וחלוקתו למנות אנרגיה בדידות, המתנהגות כמו חלקיקים (בניגוד לתאוריה הגלית ששלטה באותם ימים).

: איינשטיין הסיק זאת על סמך שיקולים תרמודינמיים כמותיים (חישובי אנטרופיה) ומאמרו של מקס פלאנק על קרינת גוף שחור.

למרות שזה היה חלק משני במאמר, עיקר פרסומו בא לו מכך שהוא בעצם הסביר את האפקט הפוטואלקטרי שהתגלה בניסוי פרנק-הרץ ובו מתכת פולטת אלקטרונים רק כאשר מוקרן עליה אור מעל תדירות סף מסוימת.

איינשטיין הסביר את התופעה באמצעות הטענה שהאנרגיה של האור באה במנות בדידות, "קוונטות", שנישאות על ידי פוטונים (חלקיקי אנרגיה אלקטרומגנטית חסרי מסה) ושהאנרגיה שכל פוטון נושא פרופורציונית לתדירות שלו.

ביחד עם המאמר של מקס פלנק בנוגע לקרינת גוף שחור, מאמר זה היווה את היסוד למכניקת הקוונטים ולתפיסה של דואליות גל-חלקיק של האור. על מאמר זה קיבל איינשטיין את פרס נובל לפיזיקה בשנת 1921.\

"על האלקטרודינמיקה של גופים נעים" במאמר זה הציג איינשטיין את תורת היחסות הפרטית. עד אז הייתה מקובלת בפיזיקה התאורטית רק תורת המכניקה של ניוטון, על פיה הזמן זורם באופן שווה בכל מקום ומקום ביקום. ברם, ניסויים שנערכו במאה ה-19 גילו כי התנהגות האור שונה מן התחזיות המקובלות, והתאוריה השלטת בפיזיקה החלה מתערערת.

: כפי ששם המאמר מרמז, מטרתה הראשונה של תורת היחסות הייתה לפתור את הסתירה שבתורה אלקטרומגנטית, בייחוד זו שנובעת מכוח לורנץ שבה יש התייחסות למהירות של החלקיק אך לא ברור בדיוק לאיזה מהירות מדובר (כלומר, ביחס לאיזה מערכת היא נמדדת).

יוצא שבמערכות ייחוס שונות - על החלקיק פועל כוח מגנטי שונה והוא יפתח תאוצה שונה! עוד לפני איינשטיין, פיזיקאי הולנדי בשם הנדריק לורנץ פיתח טרנספורמציות בין מערכות ייחוס שפותרות את הבעיה, אך הן "נתפרו" אמפירית במיוחד בשביל בעיה זו.

הגישה של איינשטיין הייתה הרבה יותר רדיקלית. הוא הגדיר מחדש מהו הזמן ומהו המרחב ובאמצעות שני פוסטולטים: אינווריאנטיותמהירות האור (כלומר: כל צופה, בכל מערכת ייחוס, ימדוד את מהירות האור כ c) ושמירות כל חוקי הפיזיקה תחת כל מערכות הייחוס האינרציאליות, הראה איינשטיין כיצד אפשר לגזור את טרנספורמציית לורנץ שקושרת ביחד את המרחב והזמן למרחב-זמן (את הצגתו של מרחב-הזמן כמרחב וקטורי בעל 4-ממדים ביצע חברו של איינשטיין,

המתמטיקאי היהודיהרמן מינקובסקי). תורת היחסות הפרטית הייתה מהפכנית מאחר והיא שינתה את כל התפיסות הקיימות לגבי זמן ומרחב, למשל: שני אירועים שקורים בו-זמנית במערכת אחת אינם קורים בו-זמנית במערכת ייחוס אחרת, התארכות הזמן והתקצרות האורך של גוף נע ועוד

הניגוד בין תורת היחסות לבין האינטואיציה הביאה לכמה פרדוקסים, כגון פרדוקס התאומים, שרובם נפתרים כאשר נזכרים באובדן הסימולטניות.

"האם האינרציה של גוף תלויה בתכולת האנרגיה שלו?" - במאמר זה ביסס איינשטיין את השקילות בין מסה לאנרגיה כמסקנה של תורת היחסות הפרטית, ובכך קבע למעשה שחוק שימור המסה וחוק שימור האנרגיה הם שתי פנים של אותו מטבע.

הסיכום הפופולרי והקצר ביותר של מאמר זה הוא המשוואה הנודעת E=mc² (אנרגיה שווה למכפלת המסה במהירות האור בריבוע).

הניסוח המדויק של משוואה זו שונה, והוא: m0 היא מסת המנוחה של החלקיק ו"גמא" הוא גורם לורנץ, התלוי במהירות החלקיק ושואף לאינסוף כאשר מהירות החלקיק שואפת למהירות האור ושווה ל 1 כאשר החלקיק במנוחה.

לנוסחה זו היו יישומים רבים, המרכזי שבהם הוא כמובן פצצת האטום והפקת אנרגיה באמצעות תהליכים גרעיניים.בשנת 1909 נתמנה לפרופסור חבר לפיזיקה עיונית באוניברסיטה של ציריך (מעמד נמוך יותר מזה של 'פרופסור מן-המניין') ולא היו לו אלא שני תלמידים קבועים.

בשנת 1914 מונה למנהל המכון לפיזיקה על שם הקיסר וילהלם באוניברסיטת הומבולדטברלין. אז גם נבחר לחבר באקדמיה הפרוסית הממלכתית למדעים וניתנה לו קצבה מספקת לפרנסתו, כדי שיוכל להקדיש את כל זמנו ומרצו למחקר, מבלי שתוטל עליו חובת ההוראה.

איינשטיין סבר שתורת היחסות הפרטית אינה שלמה. תורת היחסות הפרטית הייתה מוגבלת רק למערכות ייחוס אינרציאליות (כלומר: נעות במהירות קבועה אחת ביחס לשנייה) ולא דיברה על מערכות מואצות.

אלברט איינשטיין הסוף

אלברט איינשטיין