wtorek, 16 luty 2021 16:55

Albert Einstein i jego "Rok Cudów"

Przeszło sto lat temu Albert Einstein ukończył pracę naukową, która miała zmienić świat. Jego radykalne spojrzenie na naturę światła pomogło Einsteinowi przeistoczyć się z nieznanego urzędnika patentowego w geniusza stojącego w centrum dwudziestowiecznej fizyki.

Naukowcy nazywają rok 1905 Rokiem Cudów Alberta Einsteina - annus mirabilis. W ciągu kilku miesięcy Einstein napisał serię prac, które zmieniły sposób, w jaki postrzegamy wszechświat. Zawierały one, przykładowo, jego teorię szczególnej względności i słynne równanie E=mc².

Pierwsza praca opisywała jego cząsteczkową teorię światła, która stała się jednym z fundamentów współczesnej fizyki. Jak głosi legenda, Einstein był urzędnikiem w urzędzie patentowym, gdy wymyślił swoje radykalne teorie - ale był także doktorantem, który spędzał wolny czas, debatując z przyjaciółmi nad najnowszymi odkryciami fizyki.

W marcowym artykule z 1905 roku Einstein bezpośrednio zakwestionował ortodoksję fizyki - ortodoksję, która rosła i umacniała się przez ponad wiek, ortodoksję, która opierała się na eksperymentach i daleko idącej teorii.

Wszyscy fizycy w 1905 roku wiedzieli, czym jest światło. Niezależnie od tego, czy pochodziło ze Słońca, czy z żarówki, wiadomo było, że światło jest falą, to znaczy ciągiem jednakowo rozłożonych grzbietów oddzielonych jednakowo rozłożonymi rynnami, gdzie odległość między grzbietami (lub rynnami) określa kolor światła. Wszyscy uczeni wiedzieli bez wątpienia, że światło ma swój początek w źródle, rozchodzi się równomiernie i w sposób ciągły po całej dostępnej mu przestrzeni i rozchodzi się z miejsca na miejsce w postaci elektromagnetycznych grzbietów i koryt. Światło nazwano falą elektromagnetyczną lub, ogólniej, promieniowaniem elektromagnetycznym. W 1905 roku falowa natura światła była faktem stwierdzonym, niepodważalnym.

W obliczu tej powszechnie obowiązującej wiedzy Einstein zaproponował, że światło nie jest falą ciągłą, lecz składa się ze zlokalizowanych cząstek. Jak napisał Einstein we wstępie do swojej marcowej pracy: "Zgodnie z założeniem, które należy tu rozważyć, kiedy promień światła rozchodzi się z jakiegoś punktu, energia nie jest rozprowadzana w sposób ciągły po coraz większych przestrzeniach, ale składa się ze skończonej liczby kwantów energii, które są zlokalizowane w punktach przestrzeni, poruszają się bez podziału i mogą być absorbowane lub generowane tylko jako całość".

Zdanie to zostało nazwane "najbardziej 'rewolucyjnym' zdaniem napisanym przez fizyka XX wieku".

Einstein przewidział wpływ swojej pracy. W maju 1905 roku, zanim praca ukazała się drukiem, poinformował swojego przyjaciela Conrada Habichta, że nadchodząca praca na temat własności światła będzie "niezwykle rewolucyjna". Ze współczesnej perspektywy co najmniej trzy prace Einsteina z 1905 roku były podobnie nowatorskie, ale wówczas dla Einsteina tylko "założenie rozważane tutaj [w pracy marcowej]" stanowiło ostre zerwanie z ustaloną tradycją. Było ono rewolucyjne w tamtym czasie i takie pozostaje nadal. W czerwcu 1906 roku przyszły fizyk Max von Laue, laureat Nagrody Nobla, napisał do Einsteina jednoznacznie zaprzeczając jego założeniu:

"Kiedy na początku swojej ostatniej pracy formułuje Pan swoje heurystyczne stanowisko, że energia promieniowania może być pochłaniana i emitowana tylko w określonych skończonych kwantach, nie mam żadnych zastrzeżeń. Wszystkie Pańskie zastosowania również zgadzają się z tym sformułowaniem. Teraz nie jest to cecha procesów elektromagnetycznych w próżni, ale raczej emitującej lub absorbującej materii, a zatem promieniowanie nie składa się z kwantów światła, jak to jest napisanena stronie 6. Pańskiej pierwszej pracy - raczej tylko wtedy, gdy wymienia energię z materią, zachowuje się tak, jakby się z nich składało."

Von Laue był najwyraźniej skłonny przyznać, że w procesie emisji i absorpcji światła były zaangażowane kwanty, ale poza tym był nieugięty: światło podróżowało przez próżnię przestrzeni jako fala, a nie jako kwanty. Laue nie był w swoim przekonaniu odosobniony. W 1905 r. rozmiar odejścia Einsteina od usankcjonowanych przekonań na temat światła był tak niepokojący, że jego cząsteczkowa teoria światła nie została zaakceptowana przez dwie kolejne dekady.

Źródło: NPR.org

Free Joomla! template by L.THEME