Nagy Károly

Einstein hatása a 20. század fizikájára

Albert Einstein nevét általában a relativitáselmélettel kapcsolja össze a közvélemény, sokan nem is sejtik, hogy milyen sokoldalú szerepet játszott a 20. század fizikájának és tudományos gondolkodásának alakulásában. Hogy megértsük Einstein munkásságának forradalmi voltát, az előadás röviden bemutatja a fizika helyzetét a 19. század végén, majd áttekinti azokat a területeket, ahol Einstein eredményei új utakat nyitottak a fizika előtt. Felfedezései meghatározóak voltak a kvantumelmélet kialakulásában és fejlődésében, sőt ma is hatnak nemcsak a tudományos gondolkodásban, hanem az alkalmazások révén is. Azt a fizikai képet, amit a kvantumelmélet a mikrorészecskékről kialakított, nevezetesen, hogy ún. kettős, részecske- és hullámtermészetük van, Einstein találta ki a fény részecskéjére, a fotonra. Csak húsz évvel később, a kvantummechanika megalkotásakor derült ki, hogy ez a kép a mikrorészecskékre általában jellemző. Az ő munkásságán alapszik továbbá az atomenergia felszabadítása és a lézerek fizikai elmélete, az általános relativitás pedig a világegyetem szerkezetére és fejlődésére vonatkozó mai fizikai és kozmológiai kutatások alapját képezi.

I. 2005: A fizika éve
Albert Einstein 1905-ben öt olyan tudományos dolgozatot jelentetett meg, amelyek közül négy alapjaiban rengette meg a klasszikus fizika épületét. Ennek tiszteletére az ENSZ 2005-öt A fizika évének nyilvánította.

II. A fizika helyzete a 19. század végén
A 19. század vége felé úgy tűnt, hogy a fizika nagy kérdéseire a tudomány megnyugtató választ adott. A fizikusok képesek voltak a természeti jelenségek (bolygómozgások, elektromosság, mágnesesség, fényterjedés stb.) leírására, sőt, meg tudták jósolni kísérleteik kimenetelét. Ehhez fogható tudományos teljesítményre korábban nem volt példa az emberiség kultúrtörténetében.

III. Létezik-e abszolút vonatkoztatási rendszer?
A megismerés folyamatát háromszáz éven keresztül nem befolyásolta különösebben az az elvi kérdés, hogy létezik-e olyan vonatkoztatási rendszer, melynek kitüntetett szerepe van az összes többihez képest. Newton szerint az általa megfogalmazott mozgástörvények egy ilyen abszolút vonatkoztatási rendszerben érvényesek.

IV. A világéter-hipotézis
A kor tudósai azt gondolták, hogy a világmindenséget egy finom anyag, az ún. világéter tölti ki, amelynek rezgési állapota terjed tova az elektromágneses hullámban. A feltételezett éter összhangban volt a Newton-féle abszolút vonatkoztatási rendszer-elképzeléssel. Egy optikai kísérlet azonban megcáfolta a feltételezést.

V. A speciális relativitás elmélete
Einstein arra a következtetésre jutott, hogy éter nem létezik, következésképpen nincs kitüntetett vonatkoztatási rendszer sem. Gondolatmenetéből az is kiderül, hogy a hosszúság és az idő nem önmagukban létező fogalmak, hanem csak akkor nyernek fizikai értelmet, ha megmondjuk, hogy milyen mozgásállapotú rendszerre vonatkoztatjuk őket.

VI. A relativitáselmélet és a kvantummechanika
A mikrorészecskék fizikáját a 20. század másik nagy elmélete, a kvantummechanika írja le. Dirac angol elméleti fizikusnak sikerült a relativitáselmélet és a kvantummechanika összehangolása. A relativisztikus kvantummechanika még Dirac számára is meglepő eredményeket hozott.

VII. Az általános relativitás és a gravitáció
Einstein a gyorsuló vonatkoztatási rendszereket tanulmányozva hamar rájött, hogy ezek kapcsolatba hozhatók a gravitációs térrel. Tíz évi megfeszített munka eredményeként 1915-ben megszületett a gravitáció einsteini elmélete, az ún. általános relativitáselmélet.

VIII. Einstein Univerzuma
Einstein gravitációs téregyenleteit az Univerzumra alkalmazva az egyenleteknek olyan megoldását kapta, amely táguló Világegyetemet ír le. Ez nem fért össze Einsteinnek Istenről alkotott képével, mert szerinte Isten nem olyan világot teremtett, amely az idő múlásával fejlődik. Edwin Hubble amerikai csillagász azonban 1929-ben felfedezte, hogy az Univerzum valóban tágul az időben.

IX. A sugárzás kvantumelmélete
Einsteinnek sikerült a tapasztalattal megegyezően megmagyaráznia a fényelektromos jelenséget, amikor fénysugárral megvilágított fémlap felületéről elektronok lépnek ki. Einstein a fényelektromos jelenség elméleti magyarázatáért kapta meg 1921-ben a fizikai Nobel-díjat.

X. A relativitáselmélet teljessége
Einstein legnagyobb alkotása a relativitáselmélet. A megalkotása óta eltelt egy évszázad fizikai kutatásai csak megerősítették igaz voltát: egyetlen tétele és következménye sem szorult kiigazításra.

Tovább