Yang Zhenning: Einstein'ın fırsatı ve vizyonu
Resim kaynağı: Visual China
Titanyum Ortam Notu: Bu makale Sina Technology "Bilim Ustası" makalesinden geliyor | Ünlü bir fizikçi, Fizikte Nobel Ödülü sahibi Yang Zhenning, Çin Bilimler Akademisi Akademisyeni, Ulusal Bilimler Akademisi Akademisyeni, Tsinghua Üniversitesi Profesörü
1905, genellikle Albert Einstein'ın "Annus Mirabilis" (Annus Mirabilis) olarak anılır. O yıl Einstein, fiziksel dünyanın temel kavramlarında (zaman, uzay, enerji, ışık ve madde) üç büyük devrim başlattı. 26 yaşında, meçhul bir patent ofisi çalışanı nasıl böylesine derin bir kavramsal değişikliğe neden olabilir ve böylelikle modern teknolojik çağın kapısını nasıl açabilir? Elbette hiç kimse bu soruya kesinlikle tam olarak cevap veremez. Ancak, onun bu tarihsel figür haline gelmesi için gerekli bazı faktörleri analiz edebiliriz.
Her şeyden önce, Einstein son derece şanslıydı: Doğru zamanda doğdu, fizik dünyası birçok krizle karşı karşıya kaldığında, yaratıcılığı zirvedeydi. Başka bir deyişle, Newton zamanından beri eşsiz bir fırsat olabilecek fizik sürecini yeniden yazma fırsatına sahip. Bu tür fırsatlar nadirdir. E.T. Bell'in "Matematik Adamı" (New York: Dover Yayınları, 1937) Lagrange'den (J. L. Lagrange, 1736-1813) alıntılanmıştır:
Newton gerçekten olağanüstü bir dahi olsa da, onun aynı zamanda en şanslı insan olduğunu kabul etmeliyiz: insanlığın dünyanın sistemini inşa etmek için sadece bir şansı vardır.
Burada Lagrange, önsözün üçüncü ve son cildinde Newtonun harika kitabı "Principia Mathematica" dan (Principia Mathematica) alıntı yaptı:
Şimdi dünya sisteminin çerçevesini göstermek istiyorum.
"Newton", William Blake, 1795-1805 "Newton", William Blake, 1795-1805
Lagrange, Newton'un fırsatını açıkça çok kıskanıyordu. Ancak Einstein'ın Newton hakkındaki kamuoyu değerlendirmesi bize farklı bir his verdi:
Neyse ki Newton, mutlu bir bilimsel çocukluk ... O sadece deneycilerin, teorisyenlerin ve mekaniklerin birleşimi değil, aynı zamanda bir yorum sanatçısı. Önümüzde güçlü, kendinden emin ve eşsiz.
Einstein, Newton tarafından 200 yıldan daha uzun bir süre önce yaratılan sistemi revize etme fırsatına sahipti. Ancak bu fırsat elbette çağdaş bilim adamlarına da açık. Nitekim, Michelson-Morley'in 1881'deki ilk deneyinden ve 1887'deki ikinci deneyinden bu yana, hareket sistemlerindeki elektrodinamik pek çok insanın üzerinde çalıştığı sıcak bir konu olmuştur. Şaşırtıcı bir şekilde, Einstein hala Zürih'te okurken bu konuyla çoktan ilgileniyordu. 1899'da daha sonraki karısı Mileva Mari'e şunları yazdı:
Helmholtz'un kitabını iade ettim ve Hertz'in elektrik enerjisi iletimi konusundaki çalışmalarını çok dikkatli bir şekilde tekrar okuyorum, çünkü Helmholtz'un elektrodinamikte en az eylem ilkesi tartışmasını daha önce anlamamıştım. Bugün anlaşıldığı şekliyle hareket eden nesnelerin elektrodinamiğinin gerçeklikle uyuşmadığına ve daha basit bir anlayış yolu olabileceğine giderek daha fazla ikna oldum. (Alıntı: Albert Einstein / Mileva Mari, The Love Letters, editörler Renn ve Schulmann, S. Smith, Princeton University Press, 1992 tarafından İngilizceye çevrilmiştir.)
Elektrik akımının manyetik etkisi ve hareketli yüklerin oluşturduğu manyetik alan, aslında görelilik etkisinin somutlaşmış halidir. "Hareketli Cismin Elektrodinamiği Üzerine" de Einstein tarafından yayınlanan özel görelilik konulu ilk makalenin konusudur.
Bu daha basit anlayış yolunu takip etti ve altı yıl sonra özel görelilik teorisine öncülük etti.
O dönem birçok bilim insanı da bu konuyla çok ilgileniyordu. Poincaré (L.H. Poincaré, 1854-1912) zamanın en büyük iki matematikçisinden biriydi ve o da aynı problemi inceliyordu. Aslında, görelilik teriminin mucidi Einstein değil, Poincaré idi. Poincarénin 1905te geçen yılki "Yeni Yüzyıl İçin Fizik" (İçinde: Yeni Bir Yüzyıl İçin Fizik, AIP Yayını Tarih, cilt 5, 1986) konuşması şu paragrafı içeriyordu:
Görelilik ilkesine göre, ister sabit bir gözlemci için, ister tekdüze hareket eden bir gözlemci için fiziksel olayların yasaları aynı olmalıdır. Bu şekilde, böyle bir hareket halinde olup olmadığımızı ayırt edemeyiz ve edemeyiz.
Bu paragraf sadece görelilik kavramını tanıtmakla kalmaz, aynı zamanda olağanüstü felsefi içgörüyü de gösterir. Bununla birlikte, Poincaré bu pasajın fiziksel anlamını tam olarak anlamadı: Aynı konuşmanın sonraki paragrafları, eşzamanlılığın temel ve devrimci göreliliği fikrini kavramada başarısız olduğunu kanıtladı.
Einstein, harika bir dönüşüm formülü yazan ilk kişi değildi:
Daha önce Lorentz (H.A. Lorentz, 1853-1928) bu formülü yazmıştı, dolayısıyla formül o zaman Lorentz'in adını almıştı ve şimdi de aynı. Ancak Lorentz, eşzamanlılığın göreliliği konusundaki devrimci fikri de kavrayamadı. 1915'te şunları yazdı:
Başarısızlığımın ana nedeni, yalnızca t değişkeninin gerçek zaman olarak kullanılabileceği ve yerel zamanımın t 'yalnızca yardımcı matematiksel bir miktar olarak kullanılabileceği fikrine sarılmış olmamdır. (Alıntı: Abraham Pais, Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein. Oxford: Oxford University Press, 1982, s. 167)
Bu, Lorenz'in matematiği olduğu ancak fiziğin olmadığı anlamına gelir; Poincaré'nin felsefesi vardır, ancak fiziği yoktur. İnsanlığın orijinal zaman kavramını sorgulamaya cüret eden, eşzamanlılığın göreceli olduğu konusunda ısrar eden ve böylece mikro dünyanın yeni fiziğinin kapısını açan kişi 26 yaşındaki Einstein'dı.
Bugün neredeyse tüm fizikçiler, Einstein'ın özel görelilik teorisini yarattığı konusunda hemfikir. Bu Poincaré ve Lorenz için adil mi? Bu konuyu tartışmak için önce A.N. Whitehead'den (1861-1947) alıntı yapalım:
Bilim tarihi bize gerçeğe çok yakın olmanın ve anlamını gerçekten anlamanın iki farklı şey olduğunu söyler. Her önemli teori, keşfeden önce insanlar tarafından söylenmiştir. (Bkz .: The Organization of Thought, Westport CT: Greenwood Press, 1974, s. 127)
Ne Lorenz ne de Poincaré o dönemin fırsatlarını yakalayamadı. O zamanın en önemli konularından biri olan hareket sistemlerinde elektrodinamik üzerinde çalıştılar. Ama hepsi asıl noktayı kaçırdılar çünkü Lorenz'in daha sonra kendisinin de söylediği gibi eski fikirlere sarıldılar. Einstein, zaman ve mekân konusunda daha özgür bir görüşe sahip olduğu için bu noktayı kaçırmadı.
Özgür algıya (özgür algılama) sahip olmak için, kişinin aynı konuyu hem yakından hem de uzaktan görebilmesi gerekir. Uzak algılama, herhangi bir araştırma çalışmasında belli bir mesafeyi korumanın gerekliliğini gösteren yaygın bir terimdir. Ancak uzun menzilli vizyon yeterli değildir, yakın menzilli keşifle birleştirilmelidir. Uzak ve yakından gözlemlerin sonuçlarını özgürce ayarlama, değerlendirme ve karşılaştırma özgürlüğünü oluşturan bu beceridir. Bu benzetmeye göre, Lorenz'in sadece yakın bir vizyona sahip olduğu için başarısız olduğunu ve Poincaré'nin sadece uzun mesafeli bir vizyona sahip olduğu için başarısız olduğunu söyleyebiliriz.
Büyük Çinli estetisyen Zhu Guangqian (1897-1986), sanatsal ve edebi yaratımda "psikolojik mesafenin" önemini vurguladı. Konseptinin yukarıda bahsedilen uzun mesafe vizyonuyla tutarlı olduğunu düşünüyorum, sadece farklı bir akademik alanda. Einstein'ın en yetkili bilimsel biyografisinde, Subtle is the Lord (yukarıda anılan A. Pais'in çalışması), yazar bu kelimeyi Einstein'ın karakterini tanımlamak için seçti: ayrılık ve üçüncü Bölüm şunlardan alıntı yaparak başlar:
Diğer insanlardan mesafenizi koruyun; yalnız, yalnız, yalnız. ("Oxford ingilizce sözlük")
Gerçekte, yalnızlık, uzaklık ve özgür görüş birbiriyle bağlantılı özelliklerdir ve tüm bilimsel, sanatsal ve edebi yaratıcı faaliyetlerde gerekli bir faktördür.
Fotoelektrik etki
Einstein'ın 1905'teki bir başka tarihsel başarısı, Mart ayında yazdığı "Işığın Üretimi ve Dönüşümü Hakkında Sezgisel Bakış Açısı Üzerine" (Işığın Üretimi ve Dönüşümü Hakkında Sezgisel Bakış Açısı Üzerine) adlı makalesi idi. Bu makale ilk kez ışığın hv ayrık enerjili bir kuantum olduğunu önermektedir. Sabit h, Planck tarafından 1900'de siyah cisim radyasyonu üzerine yaptığı cesur teorik araştırmada önerildi. Ancak önümüzdeki birkaç yıl içinde Planck çekingen oldu ve küçülmeye başladı.
1905'te Einstein sadece geri adım atmadı, aynı zamanda cesurca ışık kuantumları hakkında "ilham verici bir bakış açısı" ortaya koydu. Bu cesur görüş, şu birkaç cümleden de görülebileceği gibi, o zamanlar hiç takdir edilmedi: Sekiz yıl sonra, Planck, W.H. Nernst, Rubens ( Heinrich Rubens) ve Warburg (O.H. Warburg), Einstein'ı Prusya Bilimler Akademisi üyeliğine aday gösterdiler.
Kısacası Einstein'ın modern fizikte büyük bir katkı yapmadığı neredeyse hiçbir önemli problem olmadığını söyleyebiliriz. Elbette, yenilikçi düşüncede hedefi bazen kaçırır, örneğin ışık-kuantum varsayımı. Ama onu çok fazla eleştirmemeliyiz çünkü en doğru bilimde bile risk almadan gerçekten yeni bir bakış açısı ortaya koymak imkansızdır. (Bkz. A. Pais, yukarıda anılan, s. 382)
Bu öneri 1913'te yazılmıştır ve alay konusu olan ışık-kuantum hipotezi, Einstein'ın 1905'te cesurca önerdiği yukarıda bahsedilen fikre işaret eder. Bununla birlikte, Einstein bu alayları görmezden geldi ve fikirlerini ileriye taşımaya devam etti. 1916'dan 1917'ye kadar, ışık kuantumunun momentumunu belirledi ve ardından 1924'te Compton etkisinin çığır açan bir anlayışına dönüştü.
Işık kuantumunun devrimci bakış açısının tarihi şu şekilde özetlenebilir:
Einstein'ın E = h üzerine 1905 tarihli makalesi
Einstein'ın 1916'da P = E / c üzerine makalesi
1924 Compton etkisi
O yıllarda, 1924'te Compton etkisinin kurulmasından önce, Einstein tamamen izole edilmişti, çünkü ışık kuantumuna ilişkin derin görüşü fizik camiası tarafından kabul edilmiyordu.
1905 ile 1924 arasında, Einstein'ın araştırma ilgi alanları esas olarak genel görelilik üzerineydi. Bilimsel bir devrim olarak, genel görelilik insanlık tarihinde benzersizdir. Vizyonu muhteşem, güzel ve geniş, bu da müthiş kozmolojiyi doğurdu ve yalnızca bir kişi tarafından tasarlandı ve tamamlandı. Bütün bunlar bana "Eski Ahit" in yaratılış bölümünü hatırlatıyor (Einstein'ın kendisi Bu karşılaştırmayı düşündüm).
Tabii ki, Newton'un harika çalışması, özel görelilik ve kuantum mekaniği gibi diğer bilimsel devrimleri de doğal olarak düşünüyoruz. Fark: Newton'un çalışması gerçekten muhteşem, güzel ve geniş. Doğru. Ama ondan önce Galileo, Kepler ve daha önceki matematikçiler ve filozoflar vardı. O zamanlar evrensel çekim yasasını arayan tek kişi de o değildi. Özel görelilik ve kuantum mekaniği de geniş kapsamlı devrimlerdir. Ancak o zamanlar birçok kişi tarafından incelenen sıcak konulardı ve hiçbiri tek bir kişi tarafından yaratılmamıştı.
Genel görelilikle ilgili olarak, Einstein herhangi bir fırsatı değerlendirmedi, ancak onu yarattı. Tek başına, derin vizyonu, büyük vizyonu ile ve yedi veya sekiz yıllık yalnız mücadelenin ardından, düşünülemez ve harika bir sistem kurdu. Bu saf bir yaratımdır.
Genel görelilik, yerçekiminin uzay-zaman eğriliğinden geldiğine inanır Genel görelilik, yerçekiminin uzay-zaman eğriliğinden geldiğine inanır.
Genel görelilik, yerçekimi alanlarının geometrikleşmesini temsil eder. Doğal olarak, Einstein'ın elektromanyetik alanların geometrisini önermesine yol açtı. Böylece, tüm doğal kuvvetleri, yani birleşik alan teorisini geometrikleştirme fikri ortaya çıktı. Bu gelişme, hayatının ikinci yarısında araştırmalarının odak noktası oldu. Örneğin, 1949'dan 1950'ye kadar Princeton İleri Araştırma Merkezi'ndeki son seminerinde, elektromanyetik alan F'yu asimetrik ölçü g ile birleştirmeye çalıştı. Girişimi, aynı yöndeki önceki çabalarıyla aynıydı, ancak başarısız oldu.
Başarısızlığı nedeniyle ve 1920'lerin başından beri Einstein neredeyse tamamen bu araştırmaya odaklandığı ve katı hal fiziğindeki ve nükleer fiziğindeki yeni gelişmeleri görmezden geldiği için sık sık eleştiriliyor ve hatta eleştiriliyor. Yüzüne vurmak. Birleşik alan teorisine olan bağlılığı takıntı olarak tanımlanır. Bu tür eleştirilere bir örnek, Rabi'nin (I.Rabi, 1898-1988) 1979'da Princeton'da düzenlenen Einstein Yüzüncü Yıl Anıtı'nda söylediği şeydir:
Einsteinın 1903te veya 1902den 1917ye kadar yaptığı çalışmaları düşündüğünüzde, son derece renkli, çok yaratıcı, fiziğe çok yakın ve inanılmaz içgörülere sahip; ancak, matematik öğrenmeden önce, Özellikle çeşitli diferansiyel geometri formları döneminden sonra değişti.
Fikrini değiştirdi. Onun harika fizik fikri de değişti.
Haham haklı mı? Einstein değişti mi?
Cevap şu: Einstein gerçekten de değişti. Değişimin kanıtı onun 1933 Herbert Spencer Dersi, Teorik Fizik Yöntemi Üzerine (New Nork: Oxford University Press, 1933) 'de bulunabilir:
Teorik fiziğin aksiyom temeli deneyimden çıkarılamaz, özgürce yaratılmalıdır ... Deneyim, uygun matematiksel kavramlar önerebilir, ancak asla deneyimden çıkarılamaz ...
Ancak yaratıcılığın kaynağı matematiğe aittir. Bu nedenle, bir bakıma, basit düşünmenin, tıpkı kadimlerin hayal ettikleri gibi gerçeği yakalayabileceğini düşünüyorum.
Bu çok kısa tartışmalara katılıyor veya katılmıyor olsanız da, Einsteinın 1933te temel teorik fiziğin nasıl yapılacağına ilişkin fikirlerini güçlü bir şekilde tanımladıklarında hemfikir olmalısınız ve bu fikir, önceki fikirlerine kıyasla son derece büyüktür. Çeşitlilik.
Einstein'ın kendisi de bu değişimin çok farkındaydı. 70 yaşında yayınlanan "Otobiyografik Notlar" da şunları görüyoruz:
Bir öğrenci olarak, en karmaşık matematiksel yöntemlerle yakından bağlantılı olan fiziğin temel ilkelerine ilişkin derin bilgileri nasıl edineceğimi bilmiyorum. Uzun yıllar bağımsız bilimsel çalışmalardan sonra bunu yavaş yavaş anladım.
Açıktır ki, bu paragrafta "bağımsız bilimsel çalışma", onun 1908 ile 1915 yılları arasında genel görelilik yaratma konusundaki uzun vadeli mücadelesine atıfta bulunmaktadır. Uzun vadeli mücadele onu değiştirdi. Daha iyisi için değişti mi? Haham dedi ki: Hayır, yeni vizyonu boşuna bir saplantı haline geldi. Diyoruz ki: Yeni vizyonu, temel fiziğin gelecekteki gelişim sürecini yeniden yazdı. Einstein'ın ölümünden sonraki on yıllarda, arayışı teorik fizikteki temel araştırmaların ruhuna nüfuz etti.Bu onun cesaretinin, bağımsızlığının, inatçılığının ve derin vizyonunun kalıcı bir kanıtıdır.
Daha heyecan verici içerik için Titanium Media WeChat ID'yi (ID: taimeiti) takip edin veya Titanium Media Uygulamasını indirin
