Ајнштајнова изузетна година

ЈЕДАН 26-годишњи службеник завода за патенте по имену Алберт Ајнштајн објавио је 1905. године четири научна рада која су променила наше разумевање космоса — и то почев од његових најситнијих елемената па до највећих галаксија. Неки од тих научних радова су уједно постали одскочна даска за многе корисне проналаске који су се појавили током протеклих сто година.

„У модерној физици скоро да и нема темељне поставке која се барем делимично не заснива на Ајнштајновим достигнућима“, рекао је Исидор Раби, добитник Нобелове награде за физику. Шта је то Ајнштајн открио пре једног века?

Разоткривање тајни светлости

У научном раду који је објављен у марту 1905, Ајнштајн је открио неке дотад непознате чињенице о природи светлости. Научници су знали да се светлост, док путује кроз простор, понаша слично таласима на површини језера. Међутим, таласна теорија није могла да објасни зашто извесни метали производе струју када су изложени плавој светлости, док то није случај када се ради о црвеној светлости. Ајнштајнов рад је помогао да се разуме ова појава, позната као фотоелектрични ефекат.

Ајнштајн је сматрао да се светлост може схватити и као низ малих „пакета“ енергије који су касније названи фотони. Фотони светлости који поседују одређени ниво енергије, то јест одређену боју, могу да избаце електроне из атома неких метала. (Фотони црвене светлости сувише су слаби да произведу тај ефекат.) Ова интеракција доводи до тога да кроз проводник почиње да тече електрична струја. Модерни проналасци као што су детектори светлости у ТВ камерама, соларне ћелије и фотосветломери заснивају се на Ајнштајновом опису фотоелектричног ефекта.

Ајнштајн је за своје објашњење природе светлости 1921. године добио Нобелову награду за физику. Његов рад је помогао да се отвори пут за ново научно поље, квантну теорију. Квантна теорија је постала темељ мноштва нових грана науке као што су нуклеарна физика, електроника и нанотехнологија.

Зашто полен „плеше“

Ајнштајн се 1905. бавио и атомима и молекулима. Пружио је једно теоретско објашњење њиховог утицаја на сићушна зрнца полена у води. Биолог Роберт Браун је 1827. помоћу микроскопа посматрао зрнца полена  у води и запазио је да се она насумично крећу у различитим правцима. Он је тај „плес“ полена назвао Брауново кретање, али није могао да објасни шта га проузрокује.

У својој студији објављеној у мају 1905, Ајнштајн је указао на то да је Брауново кретање последица вибрације молекула воде који се сударају са зрнцима полена. Осим што је израчунао величину молекула воде, предвидео је и специфичне карактеристике њихових атома. Други научници су користили његове претпоставке као темељ за даљња истраживања, отклањајући тиме сумњу у погледу постојања атома. Модерна физика се заснива на схватању да је материја сачињена од атома.

Време је релативно

Ајнштајнова специјална теорија релативитета, која је објављена у јуну 1905, косила се с веровањем научника као што је Исак Њутн, наиме да је проток времена константан у читавој васиони. Поставке Ајнштајнове теорије, која је сада општеприхваћена, изгледају врло необично.

Замислите, на пример, да сте ви и ваш пријатељ савршено ускладили своје часовнике. Ваш пријатељ затим лети око света, док ви остајете код куће. Када се он врати, његов часовник ће незнатно каснити за вашим. Из ваше перспективе, за вашег пријатеља који је путовао време је спорије протицало. Наравно, када се ради о брзини којом се људи крећу, та разлика је бесконачно мала. Међутим, како се брзина кретања приближава брзини светлости, не само што време знатно успорава, већ и објекти постају мањи, а њихова маса се повећава. Према Ајнштајновој теорији, у свемиру није константно време, већ брзина светлости.

Формула која је изменила свет

У септембру 1905, Ајнштајн је објавио још један научни рад који је требало да буде математичка допуна његовој специјалној теорији релативитета. У њему се налазила формула која сада представља синоним за његово целокупно дело: E=mc⁠². Према овој једначини, количина енергије која се ослобађа цепањем једног атома једнака је губитку његове масе помноженом с квадратом брзине светлости.

Захваљујући труду научника као што је Ајнштајн, човечанство је сазнало много о природи свемира. И поред тога, целокупно људско знање још увек се може упоредити са оним што је описао Јов у древно доба. Говорећи о Створитељевим делима, он је понизно признао: „Ето, то су само обриси путева његових, тек тихи шапат који до нас допире!“ (Јов 26:14, NW).

[Дијаграм/Слике на 20. страни]

(Види публикацију)

Светлост се понаша двојако — као талас и као честица. На том открићу заснивају се соларни дигитрони и светлосни сензори у дигиталним фотоапаратима

[Дијаграм/Слике на 21. страни]

(Види публикацију)

Хаотично кретање сићушних честица, познато као Брауново кретање, помогло је научницима да докажу постојање атома

[Дијаграм/Слике на 21. страни]

(За комплетан текст, види публикацију)

Е Енергија

= је једнака

м маси

с⁠² помноженој са брзином светлости на квадрат

с⁠² значи с пута с, то јест 299 792 километра у секунди пута 299 792 километра у секунди

Будући да је с⁠² изузетно велики број (89 875 243 264 км⁠²/сек⁠²), јасно је да се мала количина материје може претворити у невероватну количину енергије. Када се поцепа један атом уранијума, он брзо формира два мања атома, али и губи око 0,1 посто своје масе, при чему се та крајње мала количина масе претвара у огромну количину енергије

Ослобађање енергије

Само килограм било које материје претворене у енергију представља приближан еквивалент за:

◼ 25 милијарди киловат-часова

◼ енергију с којом би аутомобил могао да обиђе око наше планете 400 000 пута

◼ енергију потребну да највећи нафтни танкер 900 пута оплови око света

◼ електричну енергију која се у Сједињеним Државама потроши за два дана

Исто важи и у супротном случају — потребна је огромна количина енергије да би се „материјализовао“ само један атом

[Слике на 21. страни]

Што је већа брзина којом путујете, време тече спорије

[Слика на 21. страни]

Часовници који се налазе на сателитима Система за глобално позиционирање (GPS) не откуцавају истом брзином као часовници на Земљи. Уколико се то одступање које је последица релативитета не би исправило, сигнали са тих сателита били би бескорисни

[Извори слика на 20. страни]

Ајнштајн: Photo by Topical Press Agency/Getty Images; позадина: CERN photo, Geneva