Альберт Эйнштейн (1879–1955)
Великий физик родился в г. Ульме германского округа Вюртемберг в семье мелкого коммерсанта. Учился в католической народной школе в Ульме, а после переезда семьи в Мюнхен – в гимназии. В учебе предпочитал самостоятельные занятия по геометрии и чтение популярных книг по естествознанию, при этом сумел овладеть дифференциальным и интегральным исчислением. В 1895 г., не окончив гимназии, пытался поступить в Цюрихское федеральное высшее политехническое училище, но не сдал экзаменов по языкам и истории. Доучившись в кантональной школе в Аарау, без экзаменов поступил в Цюрихский политехникум, где много времени проводил в физических лабораториях и библиотеках, читая классические труды Г. Кирхгофа, Дж. Максвелла и Г. Гельмгольца.
После окончания политехникума он долго не мог найти работу, пока в 1902 г. не получил по протекции место технического эксперта в Бернском патентном бюро, где и проработал до 1907 г. В 1905 г. в немецком журнале Annalen der Physik вышли три работы Эйнштейна, принесшие ему всемирное признание и славу: «О движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты», «Об одной эвристической точке зрения, касающейся возникновения и превращения света», «К электродинамике движущихся тел». С этого момента возник пространственно-временной континуум специальной теории относительности, были с новых позиций объяснены фотоэффект и броуновское движение, а масса превратилась в форму энергии. Вначале Эйнштейн рассмотрел некоторые проблемы молекулярной физики, связанные со статистическим описанием теплового движения атомов и молекул, известного как броуновское. Так, он с помощью статистических методов показал, что между скоростью движения взвешенных частиц, их размерами и коэффициентами вязкости жидкостей существует экспериментально проверяемое количественное соотношение. Последующие его работы по теории света основывались на квантовой гипотезе М. Планка, выдвинутой им в 1900 г., и в них Эйнштейн рассматривал квантование самого потока света в его фотонной интерпретации. Так он объяснил фотоэффект, состоящий в выбивании электронов из металла световыми лучами и ранее не укладывавшийся в рамки волновой теории света. В том же 1905 г. была опубликована работа Эйнштейна, в которой излагалась специальная теория относительности (СТО), основанная на расширенном постулате относительности Галилея и принципе постоянства скорости света. Из СТО Эйнштейн вывел взаимосвязь между массой и энергией, которая позволила упростить законы сохранения в единый принцип постоянства массы и энергии в замкнутых системах при любых процессах. Сегодня этот закон составляет основу всей атомной физики.
В 1909 г. Эйнштейн получил место экстраординарного профессора на кафедре теоретической физики Цюрихского университета, а вскоре последовало почетное приглашение на кафедру теоретической физики пражского Немецкого университета. Там в 1911 г. на основе принципа относительности он заложил основы релятивистской теории тяготения, высказав мысль, что световые лучи должны отклоняться в поле тяготения, и изложив свои выводы в статье 1911 г. «О влиянии силы тяжести на распространение света». Проверка этих идей была сделана в 1919 г. английской астрофизической экспедицией А. Эддингтона, в общем подтвердившей выводы Эйнштейна.
Летом 1912 г. он возвратился в Цюрих на новую кафедру математической физики Высшей технической школы, где приступил к дальнейшему развитию математического аппарата теории относительности. Результатом совместных с его соучеником Марселем Гроссманом усилий стал фундаментальный труд – «Проект обобщенной теории относительности и теории тяготения» (1913). В том же году Эйнштейн был избран в берлинскую Академию наук и переехал в Берлин для работы в университете Гумбольдта, где в должности директора Физического института провел последующие 19 лет. Здесь он закончил общую теорию относительности (ОТО), показав, что гравитацию можно свести к изменению геометрии пространства-времени вокруг тяготеющих тел. В 1915 г. Эйнштейн попытался распространить ОТО на Вселенную в целом и получил модель замкнутого мира. В 1922 г. космологию Эйнштейна рассмотрел петербургский математик А. А. Фридман, придя к динамической модели, в которой радиус кривизны Вселенной возрастает во времени.
В 1921 г. Эйнштейн был удостоен Нобелевской премии по физике с формулировкой: «За основные работы в области теоретической физики, особенно за создание квантовой теории света».
В 1916–1917 гг. вышли работы, содержащие квантовую теорию излучения Эйнштейна. В них рассматривалась вероятность переходов между стационарными состояниями атома Бора – Резерфорда и выдвигалась идея индуцированного излучения. В дальнейшем это стало теоретической основой создания квантовых генераторов.
В конце 1920-х гг. разгорелась дискуссия вокруг «натурфилософских» основ квантовой физики, где Эйнштейн выступил против копенгагенской школы Н. Бора. Дискуссия продолжилась на Сольвеевских конгрессах 1927 и 1930 гг., где разгорелась полемика между Эйнштейном и Бором, продолжавшаяся долгие годы и так и не убедившая его в вероятностной природе квантовой механики. В конце 1920-х гг. Эйнштейн стал уделять все больше времени разработке единой теории поля, призванной объединить в одной модели электромагнитное и гравитационное поля. Однако на этом пути он так и не достиг решающего результата.
После прихода нацистов к власти в Германии в 1933 г. Эйнштейн заявил о своем выходе из берлинской Академии наук и отказался от немецкого гражданства. С октября 1933 г. он приступил к работе в принстонском Институте перспективных исследований; основной темой его работ стали попытки создания единой теории поля.
