¿Por qué decimos que Einstein es un gran científico?

Los logros científicos de Einstein Wu Zhongchao Einstein es el científico más grande de la historia después de Newton. Es un importante descubridor de la teoría especial de la relatividad. Hizo una contribución significativa a la creación de la teoría cuántica. Se le debe atribuir plenamente el establecimiento de la relatividad general, es decir, la teoría moderna de la gravedad. A finales del siglo XIX, Maxwell unificó con éxito la electricidad y el magnetismo en su teoría electromagnética. De sus ecuaciones dedujo que la velocidad de las ondas electromagnéticas que se propagan en el vacío es exactamente la velocidad de la luz, por lo que concluyó que las ondas de luz deberían ser una. tipo de ondas electromagnéticas. Maxwell sólo vivió hasta los cuarenta y ocho años debido a una enfermedad heredada en su familia, por lo que no vio el éxito del experimento de las ondas electromagnéticas. En el marco del espacio absoluto y el tiempo absoluto de Newton y el antiguo principio de relatividad de Galileo, sólo los objetos que se mueven a velocidad infinita tienen la misma velocidad, es decir, velocidad infinita, en un sistema de coordenadas que se mueve de manera relativamente uniforme. Se considera que la gravitación universal de Newton se transmite a una velocidad infinita, por lo que antes de Maxwell, la física newtoniana se consideraba autoconsistente y las ondas electromagnéticas se propagaban a una velocidad finita. En el antiguo marco de la relatividad, su velocidad variaría según el sistema de coordenadas. , de modo que sus ecuaciones sólo podían ser válidas en un sistema de coordenadas específico, que se consideraba en reposo con respecto a un medio llamado éter. Entonces la búsqueda de la existencia del éter se convirtió en tema de ciencia. Los resultados del experimento de Michelson-Morley negaron la existencia del éter. Einstein publicó un artículo titulado "Electrodinámica de objetos en movimiento" en 1905, señalando que si el tiempo y el espacio se combinan en un espacio-tiempo de cuatro dimensiones, y cuando el sistema de referencia se mueve a una velocidad relativamente uniforme, las coordenadas del espacio-tiempo siga la llamada transformación lineal de Loren, todas las leyes físicas, incluidas las ecuaciones de Maxwell, deberían adoptar la misma forma. En este caso, la existencia de éter sería completamente superflua. Si Einstein conocía el experimento de Michael Morley antes de publicar su teoría especial de la relatividad sigue siendo un misterio sin resolver en la historia de la ciencia. Este artículo abandonó la visión de Newton del espacio y el tiempo absolutos, lo que condujo a una revolución en la física. La contracción de escala, la lentitud del reloj y la paradoja de los gemelos derivadas de la transformación de Lorentz entran en conflicto con la intuición de las personas. La famosa fórmula de equivalencia masa-energía es la base teórica de la energía nuclear e incluso de las armas nucleares. En 1900, Planck propuso la teoría cuántica de la radiación para resolver el problema del desastre ultravioleta de la radiación del cuerpo negro, es decir, la radiación óptica debe tomar la forma de un paquete de ondas llamado cuántico. Pero fue sólo después de que Einstein propuso la teoría de los fotones que la gente aceptó verdaderamente que la luz puede existir en forma de partículas, es decir, fotones. Planck fue crítico del primer artículo de Einstein sobre la relatividad especial. Dado que las ondas de luz pueden existir como partículas, ¿pueden las partículas materiales, como los electrones, existir como ondas? Esta fue la idea de un estudiante de posgrado francés, de Broglie. Einstein inmediatamente apoyó esta hipótesis radical después de conocerla. Todos estos son preludios del descubrimiento de la teoría cuántica. Einstein ganó el Premio Nobel de Física por su teoría de los fotones. De hecho, la contribución de Einstein a la teoría de la relatividad es mucho más importante, pero el Comité del Premio Nobel se muestra cauteloso respecto de la relatividad radical. De hecho, el Premio Nobel nunca ha sido otorgado a un relativista teórico. A lo largo de su vida, Einstein nunca aceptó la teoría cuántica como la teoría última. Creía que la mecánica cuántica era sólo una teoría fenomenológica y que la teoría última debía ser decisiva. Sabemos que, tal como está, la mecánica cuántica no es autoconsistente. Todavía sufre la paradoja de Einstein-Roshon-Padolsky. Algunas investigaciones de los últimos años parecen haber aliviado en cierta medida la paradoja del gato de Schrödinger. Dirac combinó la relatividad especial con la mecánica cuántica y obtuvo una teoría cuántica de campos muy fructífera. La teoría cuántica de campos es el marco teórico que describe todas las partículas microscópicas. El concepto de antipartículas puede derivarse de la ecuación de Dirac. La electrodinámica cuántica puede describir la aniquilación, creación y transformación mutua de electrones, fotones y positrones. Luego se desarrolló la física de partículas contemporánea. Einstein dijo que si él no publicaba su teoría especial de la relatividad, alguien más lo haría dentro de cinco años. De hecho, Lorenz y Poincaré ya estaban muy cerca de este resultado en aquel momento. Es una pena que Lorenz no pudiera romper con la antigua visión del tiempo y el espacio, y Poincaré fue principalmente un matemático destacado. Por lo tanto, sólo Einstein, que tenía una visión aguda y un pensamiento profundo, fue responsable de esta tarea histórica. Vale la pena mencionar que Lorenz ya era un físico de fama mundial en ese momento, Poincaré fue el primer matemático en Francia, y después de que Einstein se graduó de la universidad, ni siquiera pudo encontrar un puesto como profesor de secundaria, por lo que dependió de amigos. para presentar sus talentos. Trabajó como empleado en la Oficina de Patentes de Berna. Continuó diciendo que si no hubiera publicado la teoría general de la relatividad en 1915, la gente habría tenido que esperar al menos cincuenta años. Esta estimación es muy razonable. La relatividad general es el resultado de la combinación de la relatividad especial y la gravedad. Uno de sus fundamentos experimentales es el experimento de caída libre de Galileo en la Torre Inclinada de Pisa, que es la equivalencia de masa gravitacional y masa inercial. Pero para explicar completamente su significado físico, la gente esperó trescientos años, es decir, esperando el descubrimiento de la relatividad general. Entonces, si no fuera por Einstein, sería muy posible esperar otros cincuenta años. Cuando hojeamos el sexto volumen de las obras completas de Einstein, podemos ver los numerosos intentos fallidos que hizo, que son los primeros pasos de la razón humana. Él cree que el campo gravitacional es diferente de otros campos materiales. Está representado por la curvatura del espacio-tiempo. La materia curva el espacio-tiempo, y el espacio-tiempo es el portador de la materia. ondas gravitacionales. El llamado principio de la relatividad general es que las leyes físicas toman la misma forma para cualquier transformación de coordenadas, mientras que el principio de la relatividad especial es que las leyes físicas solo toman la misma forma para cualquier transformación lineal de Lorentz.

El campo gravitacional se rige por las llamadas ecuaciones de Einstein. Es no lineal y diferente de todas las ecuaciones de campo anteriores. Así pues, las ecuaciones de movimiento de la materia están implícitas en las ecuaciones de Einstein. La ecuación del campo gravitacional es una ecuación diferencial parcial hiperbólica de segundo orden con restricciones elípticas, con el espacio y el tiempo como variables independientes y la métrica como variable dependiente. Su complejidad y belleza dejan una impresión duradera en cualquiera que haya tratado con él. En el marco de la relatividad general, Einstein realizó cálculos como el corrimiento al rojo gravitacional, la precesión del perihelio de Mercurio y la refracción de la luz por campos gravitacionales. Su predicción sobre la refracción de la luz cerca del campo gravitacional del Sol se confirmó con la observación del eclipse solar de África Occidental de 1919. Sus ecuaciones eran tan difíciles de resolver que utilizó sólo soluciones aproximadas en estos cálculos, confiando principalmente en sus incomparables conocimientos físicos. La solución exacta a la simetría esférica, la solución de Schwartz, se encontró sólo después de eso. Usó las ecuaciones del campo gravitacional para estudiar el universo entero por primera vez, creando una nueva disciplina de cosmología teórica. Desafortunadamente, debido a que el concepto de un universo estable está tan profundamente arraigado, rechazó la solución del universo en evolución. Por esta razón, también introdujo una constante cosmológica en la ecuación de campo, ¡de esta manera la humanidad perdió una importante oportunidad de predicción científica! En 1929, Hubble observó la relación lineal entre el desplazamiento hacia el rojo de los espectros de las galaxias y la distancia, que es la llamada ley de Hubble. La gente atribuye el corrimiento al rojo a la expansión del universo y afirma que el universo fue creado por una gran explosión hace más de 10 mil millones de años. Esta es la llamada cosmología estándar del big bang. Sus ecuaciones de campo también aportan soluciones al colapso gravitacional de objetos compactos, la solución de Schwartz y su extensión, que son las soluciones que describen los agujeros negros. Pero Einstein creía que la materia no podía ser tan compacta y escribió que eso era absurdo. Sin embargo, la historia ha demostrado que los agujeros negros son los objetos más importantes en astrofísica. En los últimos años, las observaciones astronómicas han hecho creer en general que hay enormes agujeros negros en los centros de las galaxias. De hecho, el universo mismo y los agujeros negros son los temas más maravillosos de la física teórica. Si dejamos de lado el universo y los agujeros negros, ¡la brillantez de la física disminuirá enormemente! Einstein hizo contribuciones clave al movimiento browniano, la teoría de la radiación que subyace al mecanismo del láser, las estadísticas de Bose-Einstein y sus fenómenos de condensación. El debate entre él y Bohr sobre la mecánica cuántica fue un acontecimiento prolongado y de gran alcance en la historia de la ciencia. Creía firmemente que todas las interacciones de la naturaleza podían unificarse en un solo efecto. ¡La teoría del campo unificado es el diamante de la corona de la ciencia! Las teorías contemporáneas de supersimetría, supergravedad y supercuerdas son intentos en el camino hacia la teoría del campo unificado. La teoría de la relatividad ha logrado grandes avances en los últimos cuarenta años, especialmente la teoría clásica de la relatividad se ha convertido en una disciplina madura. El avance de la teoría de la relatividad en los tiempos modernos se atribuye principalmente a Penrose y Hawking. Penrose utilizó análisis global y herramientas topológicas para dar a los cálculos relativistas profundos significados físicos distintos. El diagrama de Penrose que lleva su nombre es tan importante para el espacio y el tiempo como lo es el diagrama de Feynman para la física de partículas. Hawking y Penrose juntos demostraron el extraño teorema de la victoria. Demostró de forma independiente el teorema del área del agujero negro y que el área del horizonte de sucesos del agujero negro representa la entropía del agujero negro. Su teoría de la evaporación del agujero negro unifica la teoría cuántica de campos, la relatividad general y la física estadística. La magnificencia de su teoría es como la luz de un Buda, deslumbrante. Su hipótesis ilimitada de la cosmología cuántica es una teoría científica que estudia la creación del universo. El autor cree que la mayor motivación que guió la carrera de Einstein y las siguientes generaciones de científicos no fue la riqueza, la fama u otros objetivos más nobles (especialmente porque la riqueza y la fama se pueden obtener por otros medios más rápidos). Sus principales motivaciones son la curiosidad científica y la estética científica. Podemos encontrar muchos ejemplos en la historia de cuántas personas sacrificaron su salud, riqueza y reputación mundanas precisamente por la ciencia. Pero todo lo que la gente tiene en el mundo, excepto la alegría del descubrimiento científico y la creación artística, se les puede privar.

¡La incansable búsqueda de la curiosidad y la belleza por parte de la humanidad conducirá a la humanidad a un futuro mejor! Escrito en vísperas del 120 cumpleaños de Einstein