Cyfroteka.pl

klikaj i czytaj online

Cyfro
Czytomierz
01327 041667 15607251 na godz. na dobę w sumie
Giganci Teorii Względności - ebook/pdf
Giganci Teorii Względności - ebook/pdf
Autor: Liczba stron: 124
Wydawca: Self Publishing Język publikacji: polski
ISBN: 978-83-272-3359-2 Data wydania:
Lektor:
Kategoria: ebooki >> naukowe i akademickie >> encyklopedie
Porównaj ceny (książka, ebook, audiobook).

Prezentowana encyklopedia zawiera 144 portrety prekursorów, twórców i propagatorów teorii względności oraz informacje o wkładzie wniesionym przez nich w powstanie i rozwój tej dziedziny fizyki. Zamieszczono spis wszystkich prac Einsteina dotyczących szczególnej i ogólnej teorii względności oraz jednolitej teorii pola.

Znajdź podobne książki Ostatnio czytane w tej kategorii

Darmowy fragment publikacji:

Zbigniew Osiak GIGANCI TEORII WZGLĘDNOŚCI 1 2 Zbigniew Osiak (Tekst) GIGAҭCI (PREKURSORZY, TWÓRCY I PROPAGATORZY) TEORII WZGLĘDҭOŚCI Małgorzata Osiak (Portrety) 3 © Copyright by Zbigniew Osiak (text) and Małgorzata Osiak (illustrations) Wszelkie prawa zastrzeżone. Rozpowszechnianie i kopiowanie całości lub części publikacji zabronione bez pisemnej zgody autora tekstu i autorki ilustracji. Portret autora zamieszczony na okładkach przedniej i tylnej Rafał Pudło Wydawnictwo: Self Publishing ISBN: 978-83-272-3359-2 e-mail: zbigniew.osiak@live.com 4 SPIS TREŚCI Strona tytułowa 3 Strona praw autorskich 4 Teoria względności i jej kulisy 6 Teoria względności 7 • Postulaty teorii względności 7 • 30 czerwca 1905 uważany jest za datę powstania szczególnej teorii względności 7 • 25 listopada 1915 uważany jest za datę powstania ogólnej teorii względności 7 • Podstawowe równania teorii względności 7 • Podstawowe wyniki STW 7 • OTW i grawitacja 7 • Podstawowe wyniki OTW 8 • Wybrane testy STW 8 • Wybrane testy OTW 8 • Niefortunna nazwa 8 • Bardzo krótka historia teorii względności 9 • Czy to co zmierzyłem jest tym co chciałem zmierzyć? 9 Słowniczek podstawowych pojęć 10 Kulisy teorii względności 12 • Dlaczego Einstein nie był kobietą? 12 • Kto odkrył transformacje Lorentza? 12 • Einstein a Poincaré 12 • Einstein a Hilbert 12 • Einstein a de Sitter 12 • Einstein a Kaluza 12 • Einstein a Friedman 13 • Pechowcy 13 • Szczęściarze 13 • Stchórzyli 14 • Nie dane im było ... 14 • Wielcy fizycy nie czytają prac kolegów 14 Portrety prekursorów teorii względności 15 Portrety twórców i propagatorów teorii względności 39 Albert Einstein 89 • Portret Alberta Einsteina 90 • Notka biograficzna 91 • Główne wyniki 91 Spis prac Einsteina dotyczących STW i OTW oraz jednolitej teorii pola 92 Alfabetyczny spis portretów 115 Chronologiczny spis portretów 119 5 TEORIA WZGLĘDҭOŚCI I JEJ KULISY 6 TEORIA WZGLĘDҭOŚCI Postulaty teorii względności Szczególna Teoria Względności (STW) bada wnioski wynikające z założeń, że: • Maksymalna wartość prędkości rozchodzenia się sygnałów w próżni jest taka sama we wszystkich inercjalnych układach odniesienia. • Definicje wielkości fizycznych oraz prawa (równania) fizyki można tak sformułować, aby ich ogólne postacie były takie same we wszystkich układach inercjalnych. W Ogólnej Teorii Względności (OTW) powyższe dwa postulaty rozszerza się na dowolne uk- łady odniesienia i dodatkowo przyjmuje się, że: • Metryka czasoprzestrzeni jest zależna od rozkładu gęstości energii wszelakiej postaci (w tym gęstości energii równoważnej masie oraz ciśnienia). • Masa inercyjna jest równa masie grawitacyjnej. 30 czerwca 1905 uważany jest za datę powstania szczególnej teorii względności W tym dniu do redakcji czasopisma Annalen der Physik wpłynęła praca Einsteina Zur Elekro- dynamik bewegter Körper (O elektrodynamice poruszającego się ciała) [praca 1]. 25 listopada 1915 uważany jest za datę powstania ogólnej teorii względności W tym dniu na posiedzeniu Królewskiej Pruskiej Akademii Nauk w Berlinie Einstein przed- stawił pracę Die Feldgleichungen der Gravitation (Równania pola grawitacyjnego) [praca 37]. Doniesienie to zakończyło trwający osiem lat etap tworzenia ogólnej teorii względności, zostały w nim podane poprawne równania pola grawitacyjnego. Podstawowe równania teorii względności Podstawowymi równaniami w STW są transformacje Lorentza, a w OTW – równania pola. W obu teoriach równania ruchu oraz równania Maxwella zostały zapisane w postaci współ- zmienniczej. Wymagało to przedefiniowania większości pojęć znanych w fizyce przed pow- staniem teorii względności. Podstawowe wyniki STW • Analiza pojęcia równoczesności zdarzeń • Relatywistyczna dylatacja czasu • Relatywistyczna kontrakcja długości • Relatywistyczne równania ruchu • Wzory transformacyjne dla prędkości, pędu, przyspieszenia, siły oraz innych wielkości • Równoważność masy i energii • Wzory transformacyjne dla wielkości charakteryzujących pole elektromagnetyczne i jego źródła • Poprzeczny efekt Dopplera OTW i grawitacja W ramach OTW pole grawitacyjne można scharakteryzować dziesięcioma wielkościami bę- dącymi niezależnymi składowymi tensora metrycznego. Wielkości te są rozwiązaniami rów- nań pola Einsteina, które opisują deformacje czasoprzestrzeni spowodowane przez masy, ene- rgie i ciśnienia. Swobodne cząstki poruszają się w przestrzeni po torach, którym w czaso- przestrzeni odpowiadają linie geodezyjne. Oddziaływania grawitacyjne nie są siłami! 7 Podstawowe wyniki OTW • Grawitacyjna dyfrakcja światła • Grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni • Obrót peryhelium planety • Kołysanie się orbity planety • Grawitacyjna dylatacja czasu • Grawitacyjna kontrakcja odległości • Równania ruchu swobodnej cząstki w zdeformowanej czasoprzestrzeni • Różne modele kosmologiczne rozszerzającego się wszechświata • Czarne dziury • Fale grawitacyjne • Uogólnione równania Maxwella opisujące wpływ pola grawitacyjnego na przebieg zjawisk elektromagnetycznych Wybrane testy STW • Doświadczenie Ivesa-Stilwella (1938 i 1941) – eksperymentalne potwierdzenie poprzeczne- go efektu Dopplera • Zjawisko wydłużenia czasu życia poruszających się cząstek elementarnych • Zjawisko anihilacji pary cząstka antycząstka • Zjawisko kreacji pary cząstka antycząstka • Defekt masy • Reakcja rozszczepienia • Reakcja termojądrowa (fuzja) Wybrane testy OTW • Ugięcie promieni świetlnych przelatujących w pobliżu Słońca • Obrót peryhelium Merkurego • Doświadczenie Pounda-Rebki (1960) – pomiar przesunięcia linii widmowych w polu grawi- tacyjnym Ziemi • Doświadczenie Shapiro (1964) – wykazanie, że czas przelotu sygnału radarowego na trasie Ziemia-Wenus (Merkury)-Ziemia w pobliżu Słońca jest dłuższy niż czas przelotu z dala od Słońca • Pośredni (astronomiczny) dowód istnienia fal grawitacyjnych ҭiefortunna nazwa • Teoria względności powinna mieć inną nazwę ze względu na badane w jej ramach zagadnie- nia. Powinna nazywać się teorią współzmienniczości i niezmienniczości. • Szczególna teoria względności bada współzmienniczość równań i niezmienniki w układach inercjalnych w nieobecności pola grawitacyjnego. • Ogólna teoria względności bada współzmienniczość równań i niezmienniki w dowolnych układach odniesienia w obecności pola grawitacyjnego. • Planck nazwał (1906) teorię Einsteina zasadą względności [das Prinzip der Relativität]. • Einstein używał nazw zasada względności [das Relativitätsprinzip] oraz teoria względności [die Relativitätstheorie]. • W 1914 Einstein wprowadził nazwę ogólna teoria względności [die allgemeine Relativitäts- theorie] dla opracowywanej przez niego ogólnie współzmienniczej teorii grawitacji [praca 29]. • W 1916 Einstein zaproponował nazwę szczególna teoria względności [die spezielle Relativi- tätstheorie] dla teorii sformułowanej przez niego w 1905 [praca 38]. 8 Bardzo krótka historia teorii względności • Riemann wprowadził pojęcie wielowymiarowej zakrzywionej przestrzeni (rozmaitości), któ- ra może być zdeformowana (ściśnięta lub rozciągnięta) w stosunku do płaskiej przestrzeni. • Christoffel, Ricci-Curbastro, Levi-Civita i Grossmann stworzyli podstawy rachunku tenso- rowego, który jest językiem teorii względności. • Michelson i Eötvös wykonali doświadczenia, których wyniki stanowią potwierdzenie zało- żeń STW i OTW. • Lorentz znalazł transformacje, względem których równania Maxwella są współzmiennicze. • Einstein i Poincaré niezależnie od siebie opublikowali prace o STW. • Należy podkreślić, że Einstein pracując nad STW nie wiedział o doświadczeniu Michelsona i nie znał pracy Lorentza o transformacjach. Uwaga ta nie odnosi się do Poincaré, który za- proponował nazwę transformacje Lorentza, nadając im jednocześnie poprawną postać. • Minkowski postulował, aby trójwymiarową przestrzeń i czas połączyć w czterowymiarową czasoprzestrzeń. Umożliwiło to zapisanie równań STW w eleganckiej postaci i ułatwiło Ein- steinowi sformułowanie OTW. • Einstein przewidział na podstawie OTW grawitacyjną dyfrakcję, grawitacyjne przesunięciu ku czerwieni, istnienie fal grawitacyjnych, wyjaśnił obrót orbity Merkurego oraz zapropono- wał pierwszy model kosmologiczny wszechświata. • Hilbert niezależnie od Einsteina podał poprawną postać równań pola. • Eddington przeprowadził obserwacje ugięcia promieni świetlnych, które jednoznacznie pot- wierdziły słuszność wniosku wynikającego z OTW. • De Sitter, Schwarzschild, Friedman, Weyl, Tolman, Gödel i Kerr znaleźli dokładne rozwią- zania równań pola dla najbardziej realnych przypadków. • Cartan zauważył, że przestrzeń może ulegać skręceniu. Rozszerzył OTW tak, aby równania pola opisywały wszystkie możliwe deformacje czasoprzestrzeni. • Kaluza podjął próbę unifikacji grawitacji i elektromagnetyzmu w ramach pięciowymiarowej teorii. • Hubble odkrył ucieczkę galaktyk, co stanowiło dowód słuszności teorii Friedmana rozsze- rzającego się wszechświata. • Penzias i Wilson zarejestrowali mikrofalowe promieniowanie tła, uwiarygodniając tym sa- mym teorię Wielkiego Wybuchu lansowaną przez Lemaître. • Oppenheimer opisał grawitacyjny kolaps, dało to początek burzliwemu rozwojowi fizyki czarnych dziur. • Penrose i Hawking przeanalizowali zagadnienie osobliwości w czasoprzestrzeni. • Guth stworzył teorię inflacji, która wyjaśniała ówczesne problemy związane z Wielkim Wy- buchem. • Einsteinowi zawdzięczamy głęboką, spójną i konsekwentną rewizję pojęć przestrzeni i czasu dokonaną w ramach STW i OTW. Czy to co zmierzyłem jest tym co chciałem zmierzyć? Teoria względności zajmuje się badaniem wpływu przebiegu zjawiska na akt pomiaru, a me- chanika kwantowa – wpływem aktu pomiaru na przebieg zjawiska. Z takiego punku widzenia są one nierozerwalnie ze sobą związane i stanowią punkt wyjścia dla powstającej dopiero te- orii pomiarów [nie mylić z istniejącą już od dawna teorią błędów pomiarowych]. Przedmio- tem badań teorii pomiarów jest odpowiedź na tytułowe pytanie. 9 SŁOWҭICZEK PODSTAWOWYCH POJĘĆ • Czarna dziura: ciało kuliste, dla którego stosunek masy do promienia jest większy od stosunku kwadratu wartości prędkości światła w próżni do podwojonej wartości stałej grawitacyjnej. • Czas własny: odstęp czasu między dwoma zdarzeniami, zachodzącymi w tym samym miejscu inercjalnego układu odniesienia, zmierzony zegarem znajdującym się w tym miejscu. • Fale grawitacyjne: zaburzenia pola grawitacyjnego rozchodzące się w przestrzeni z prędkością o wartości równej wartości prędkości światła w próżni. • Gęstość energii: wielkość fizyczna mierzona w dżulach na metr sześcienny. Przykładem tej wielkości jest ciś- nienie. • Grawitacyjna dyfrakcja: zjawisko polegające na ugięciu promieni świetlnych przelatujących w pobliżu Słońca lub in- nej gwiazdy. • Grawitacyjna dylatacja czasu: zjawisko polegające na tym, że odległość czasowa między dwoma blisko siebie położonymi punktami czasoprzestrzeni jest tym większa, im słabsze jest pole grawitacyjne. • Grawitacyjna kontrakcja odległości: zjawisko polegające na tym, że odległość przestrzenna między dwoma blisko siebie położo- nymi punktami czasoprzestrzeni jest tym mniejsza, im słabsze jest pole grawitacyjne. • Grawitacyjne przesuniecie ku czerwieni: zjawisko polegające na tym, że widmo światła docierającego do Ziemi, ze źródła znajdujące- go się na masywnym obiekcie nieruchomym względem Ziemi, jest przesunięte ku czerwieni w stosunku do widma światła emitowanego z identycznego źródła znajdującego się na Ziemi. • Grawitacyjny kolaps: ciągłe kurczenie się dostatecznie masywnej gwiazdy po wyczerpaniu się w niej wszystkich termojądrowych źródeł energii. • Linia geodezyjna: najkrótsza linia łącząca dwa punkty w danej przestrzeni. • Masa grawitacyjna: masa ciała, rozumiana jako miara jego zdolności do oddziaływania grawitacyjnego z innymi ciałami. • Masa inercjalna: masa ciała, rozumiana jako miara jego bezwładności. • Metryka: wyrażenie określające odległość między dwoma punktami danej przestrzeni. • Niezmiennik danych transformacji: wielkość skalarna, której wartość jest taka sama we wszystkich układach współrzędnych nale- żących do zbioru układów o ustalonych własnościach. Wartość niezmiennika nie ulega zmia- nie po dokonaniu transformacji współrzędnych pozwalających na przejście między tymi ukła- dami. W teorii względności podstawowymi niezmiennikami są maksymalna wartość prędkoś- ci rozchodzenia się sygnałów, masa oraz ładunek elektryczny. • Poprzeczny efekt Dopplera: zjawisko polegające na pozornej zmianie częstotliwości źródła światła spowodowanej wzglę- dnym ruchem obserwatora i źródła w przypadku gdy źródło światła porusza się prostopadle do kierunku obserwacji. 10 • Relatywistyczna dylatacja czasu: zjawisko polegające na tym, że odstęp czasu między dwoma danymi zdarzeniami zachodzą- cymi w poruszającym się układzie inercjalnym, zmierzony przez spoczywającego obserwato- ra zegarami znajdującymi się w jego układzie w miejscach zachodzenia tych zdarzeń, jest większy od czasu własnego. Przy czym, odległość czasoprzestrzenna między tymi zdarzenia- mi jest dla wszystkich inercjalnych obserwatorów taka sama. • Relatywistyczna kontrakcja długości: zjawisko polegające na tym, że pomiar długości pręta poruszającego się względem obserwa- tora daje wynik mniejszy od długości pręta spoczywającego względem obserwatora. • Równania pola: równania opisujące w OTW metrykę czasoprzestrzeni. Są to równania różniczkowe łączące składowe tensora metrycznego ze składowymi tensora energii-pędu. Rozwiązanie dziesięciu równań pola Einsteina, przy zadanych dziesięciu składowych tensora energii-pędu, polega na znalezieniu dziesięciu składowych tensora metrycznego spełniających te równania. • Równanie relatywistyczne: równanie, w którym uwzględniony jest wpływ dużych wartości prędkości (porównywalnych z wartością prędkości światła w próżni w układach inercjalnych) na przebieg zjawiska. • Równania ruchu: równania opisujące ruch cząstki, układu cząstek lub bryły sztywnej pod wpływem działają- cych na nie sił lub momentów sił. • Równanie współzmiennicze względem danych transformacji: równanie, którego ogólna postać jest taka sama we wszystkich układach współrzędnych nale- żących do zbioru układów o ustalonych własnościach. Inaczej mówiąc, ogólna postać współ- zmienniczego równania nie ulega zmianie po dokonaniu transformacji współrzędnych pozwa- lających na przejście między tymi układami. • Równoważność masy i energii: masie ciała, spoczywającego względem inercjalnego układu odniesienia, równoważna jest energia będąca iloczynem masy i kwadratu wartości prędkości światła w próżni. • Tensor energii-pędu: tensor drugiego rzędu o dziesięciu niezależnych składowych zawierających informacje o źródłach pola grawitacyjnego. • Tensor metryczny: tensor drugiego rzędu o dziesięciu niezależnych składowych będących współczynnikami w wyrażeniu określającym kwadrat odległości czasoprzestrzennej dwóch blisko siebie poło- żonych zdarzeń. • Tensor n-tego rzędu: n4 liczb wielkość, dla określenia której należy podać w czterowymiarowej czasoprzestrzeni ( ) nazywanych składowymi (współrzędnymi) tensora n-tego rzędu. Przy zmia- nie układu współrzędnych składowe tensora transformują się według ściśle określonych wzo- rów. • Transformacje Lorentza: relacje między kartezjańskimi współrzędnymi danego punktu czasoprzestrzeni wyznaczonymi w dwóch różnych inercjalnych układach odniesienia. • Układ inercjalny: układ, w którym swobodna cząstka pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostaj- nym prostoliniowym wtedy i tylko wtedy, gdy suma działających na nią sił zewnętrznych jest równa zeru. • Zdarzenie: punkt czasoprzestrzeni. L,3 ,2 ,1 ,0 n = 11 KULISY TEORII WZGLĘDҭOŚCI Dlaczego Einstein nie był kobietą? Odpowiedź na to pytanie stanie się jasna, gdy prześledzimy przebieg kariery naukowej ró- wieśnicy Einsteina, wybitnej matematyczki niemieckiej, jaką była Amalie Emmy Noether (1882-1935). • Ojcem Emmy był Max Noether (1844-1921), znany matematyk niemiecki, rektor Uniwersy- tetu w Erlangen. Jego córka, zgodnie z ówcześnie panującym prawem, mogła studiować w la- tach 1900-1903 jedynie bez matrykulacji, uczęszczając jako wolna słuchaczka na wykłady z lingwistyki i matematyki. • 1904 przyznano kobietom prawo do studiowania na uniwersytetach. • W 1919 przyznano kobietom prawo do habilitacji. Kto odkrył transformacje Lorentza? • Poprawną postać transformacji nie zmieniających postaci równań Maxwella znaleźli w 1905 niezależnie od siebie Einstein i Poincaré, który nazwał je transformacjami Lorentza. • Voigt otrzymał w 1887 transformacje, podobne do przekształceń Lorentza, nie zmieniające postaci równania falowego. • Larmor zaproponował w 1900, cztery lata wcześniej niż Lorentz, relatywistyczne przeksz- tałcenia współrzędnych przestrzennych i czasu nie zmieniające postaci równań Maxwella. Przekształcenia podane przez Larmora i Lorentza były identyczne, zawierały ten sam błąd. Einstein a Poincaré • Einstein i Poincaré niemal równocześnie sformułowali szczególną teorię względności. Wyniki opublikowali odpowiednio 30 czerwca i 23 lipca 1905. • Podstawowa różnica między ich pracami polegała na interpretacji wniosków wynikających z transformacji Lorentza. Einstein uważał, że wskutek ruchu układu odniesienia deformacji ulegają czas i przestrzeń. Poincaré twierdził, że deformacje dotyczą ciał materialnych. Einstein a Hilbert • 20 listopada 1915 na posiedzeniu Królewskiego Towarzystwa Naukowego w Getyndze Hil- bert przedstawił ogólnie współzmiennicze równania pola grawitacyjnego, wyprowadzając je z zasady wariacyjnej. • 25 listopada 1915 na posiedzeniu Królewskiej Pruskiej Akademii Nauk w Berlinie Einstein również zaprezentował poprawne równania pola. Einstein a de Sitter • 24 czerwca 1916 na posiedzeniu Królewskiej Akademii Nauk w Amsterdamie de Sitter po- dał powszechnie obecnie stosowaną postać równań pola grawitacyjnego. • 10 kwietnia 1919 na posiedzeniu Królewskiej Pruskiej Akademii Nauk w Berlinie Einstein po raz pierwszy wykorzystał równania pola grawitacyjnego w postaci zaproponowanej przez de Sittera. Einstein a Kaluza • Kaluza dokonał w 1921 unifikacji pola grawitacyjnego i elektromagnetycznego w ramach pięciowymiarowej przestrzeni. Einstein początkowo odniósł się sceptycznie do koncepcji Ka- luzy. Później rozwinął jego pomysł w 10 pracach opublikowanych w latach 1923-1941. 12 Einstein a Friedman • Einstein zbyt impulsywnie zareagował na teorię Friedmana. W polemicznej bardzo krótkiej notatce w 1922 stwierdził między innymi: Wyniki dotyczące niestacjonarnego świata, zawarte w pracy Friedmana, wydają mi się podej- rzane. W rzeczywistości okazuje się, że podane w niej rozwiązanie nie spełnia równań pola. • Kilka miesięcy później w 1923 twórca OTW, odwołał swoje błędne poglądy dotyczące te- orii Friedmana: W poprzedniej uwadze poddałem krytyce pracę wymienioną wyżej. Jednakże moja krytyka, jak się przekonałem z listu Friedmana, dostarczonego mi przez pana Krutkowa, oparta była na błędzie w obliczeniach. Uważam, że wyniki Friedmanna są prawidłowe i przedstawiają no- wy świat. Okazuje się, że równania pola dopuszczają na równi ze statycznymi także dynamicz- ne (tzn. zmienne w czasie) sferycznie symetryczne rozwiązania dla struktury przestrzeni. • W 1931 Einstein wyznał, że bardziej przykrej pomyłki, niż dotyczącej oceny pracy Friedma- na, w swoim życiu nie popełnił. Pechowcy • János Bolyai (1802-1860) niezależnie od Łobaczewskiego, ale sześć lat później, odkrył (1832) geometrię nieeuklidesową. • Larmor zaproponował w 1900, cztery lata wcześniej niż Lorentz, przekształcenia współrzęd- nych przestrzennych i czasu nie zmieniające postaci równań Maxwella. Poincaré nazwał je w 1905 transformacjami Lorentza. • Poincaré prawie równocześnie z Einsteinem sformułował szczególną teorię względności, ogłaszając ją w języku francuskim we włoskim czasopiśmie matematycznym. • Hilbert tydzień wcześniej niż Einstein przedstawił ogólnie współzmiennicze równania pola grawitacyjnego. • Dlaczego więc za twórcę teorii względności powszechnie uważa się Einsteina? Odpowiedź jest prosta, ten genialny uczony poświęcił tematyce szeroko pojętej teorii względności przez pięćdziesiąt lat około stu pięćdziesięciu prac i wiele książek. • Johannes Droste (1886-1963), wychodząc z koncepcji Einsteina, że pole grawitacyjne ma charakter tensorowy, zaproponował 30 grudnia 1914 w układzie współrzędnych kartezjań- skich postać tensora metrycznego czasoprzestrzeni w przypadku punktowej masy źródłowej. Przedstawił 27 maja 1916 zewnętrzne rozwiązanie próżniowych równań pola Einsteina dla punktowej masy źródłowej. Analogiczne rozwiązanie podał Karl Schwarzschild 13 stycznia 1916. Wyniki Droste’go nie zostały wtedy zauważone. • Lemaître niezależnie od Friedmana podał pięć lat później (1927) rozwiązanie równań pola Einsteina opisujące rozszerzający się wszechświat. Wyniki opublikował w języku francuskim w belgijskim czasopiśmie. • Komitet Nagrody Nobla pominął Freda Hoyle’a (1915-2001), gdy nagradzano W. A. Fowle- ra w 1983 za wkład do pracy zespołu B2FH. [E. Margaret Burbridge, G. R. Burbidge, Wil- liam A. Fowler, F. Hoyle: Synthesis of the Elements in Stars. Reviews of Modern Physics 29 (1957) 547-650.] • Burnell (Susan) Jocelyn Bell (ur. 1943), będąc doktorantką Hewisha, odkryła w 1967 pier- wszego pulsara. Za co jej promotor otrzymał w 1974 Nagrodę Nobla z fizyki. Szczęściarze • Penzias i Wilson przypadkowo odkryli w 1965 mikrofalowe promieniowanie tła, początko- wo sądząc, że rejestrują szumy układu pomiarowego. 13 Stchórzyli • Giovanni Girolamo Saccheri (1667-1733), usiłując udowodnić nie wprost postulat o równo- ległych, otrzymał według niego bardzo dziwne wyniki. Był pierwszym matematykiem, który mógł sformułować geometrię nieeuklidesową w 1733. • Gauss odkrył geometrię nieeuklidesową, ale nie opublikował wyników w obawie, że nie zostaną zaakceptowane. ҭie dane im było ... • Riemann, Minkowski, Schwarzschild, Friedman – tym co łączy tych wielkich uczonych, którzy współtworzyli teorię względności, jest przedwczesna śmierć każdego z nich wkrótce po ogłoszeniu ich teorii. Nie dane im było cieszyć się sławą na jaką zasłużyli. Wielcy fizycy nie czytają prac kolegów • Wielcy fizycy nie czytają prac swoich kolegów. Mogą zatem więcej czasu poświęcić na nie- zależne twórcze myślenie, pozostawiając historykom nauki dociekania dotyczące pierwszeń- stwa dokonania danego odkrycia. • Einstein nie znał teoretycznych prac Larmora (1900) i Lorentza (1904) o transformacjach współrzędnych przestrzennych i czasu nie zmieniających postaci równań Maxwella a także doświadczalnych prac Michelsona (1881) oraz Michelsona i Morley’a (1887). • Lemaître niezależnie od Friedmana podał pięć lat później (1927) rozwiązanie równań pola Einsteina opisujące rozszerzający się wszechświat. • Landau utrzymywał stałe naukowe kontakty z wieloma uczniami i kolegami. Były one dla Lwa Dawidowicza także źródłem informacji. Oryginalna cecha stylu jego pracy polegała na tym, że od 1935 prawie nie czytał sam artykułów oraz książek. Tym niemniej zawsze oriento- wał się we wszystkich nowinkach w fizyce. Wiedzę czerpał z licznych dyskusji podczas wyk- ładów na prowadzonym przez niego seminarium. • R. A. Alpher i R. C. Hermann oszacowali w 1948 obecną temperaturę mikrofalowego pro- mieniowania tła na około 5 K. [R. A. Alpher R. Herman: Evolution of the Universe. Nature 162, 4124 (November 13, 1948) 774-775.] Penzias i Wilson, w doniesieniu z 1965 o odkry- ciu mikrofalowego promieniowania tła, nie zacytowali pracy Alphera i Hermanna. Miesiąc po otrzymaniu przez Penziasa i Wilsona Nagrody Nobla w 1978 Alpher doznał ataku serca. 14 PORTRETY PREKURSORÓW TEORII WZGLĘDҭOŚCI 15 KOPERҭIK, Mikołaj (1473-1543), polski astronom, matematyk, ekonomista i lekarz •Zaproponował (1543) do opisu ruchu planet i Słońca układ heliocentryczny. •Zwrócił jako pierwszy uwagę na względność ru- chu i rolę układu odniesienia. BRUҭO, Giordano (1548-1600), włoski filozof •Wyrokiem Inkwizycji 17 lutego 1600 w Rzymie został spalony na stosie za popieranie poglądów Kopernika. 16 GALILEI, Galileo [Galileusz] (1564-1642), włoski fizyk, matematyk, astronom i filozof •Sformułował (1632, 1638) zasadę względności. •Zwrócił uwagę na rolę doświadczenia w fizyce. •Wyrokiem Inkwizycji został skazany (1633) na bezterminowy areszt domowy za popieranie helio- centrycznej teorii Kopernika. Zasada względności W układach inercjalnych wszystkie zjawiska z za- kresu mechaniki przebiegają tak samo. KEPLER, Johannes (1571-1630), niemiecki astronom i matematyk •Odkrył (1609, 1619) trzy prawa rządzące ruchem planet na podstawie danych obserwacyjnych zeb- ranych przez astronoma Tychona de Brahego (1546-1601), którego był asystentem. 17 DESCARTES, René du Perron [Kartezjusz] (1596-1650), francuski filozof, fizyk, matema- tyk i fizjolog •Przekonywał, że językiem nauki powinna być matematyka. •Największym jego osiągnięciem było wprowa- dzenie (1637) pojęcia układu współrzędnych. •Precyzyjne sformułował (1644) zasadę bezwład- ności. Zasada bezwładności Istnieje układ odniesienia (zwany układem iner- cjalnym), w którym ciało pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem jednostajnym prostolinio- wym, gdy nie działa na to ciało żadna siła lub siły działające znoszą się. ҭEWTOҭ, Sir Isaac (1643-1727), angielski fizyk i matematyk •Sformułował (1687) prawo grawitacji. •Stworzył (1687) podstawy mechaniki. 18 RØMER, Ole (lub Olaus) Christensen (1644-1710), duński astronom •Na podstawie obserwacji księżyców Jowisza do- szedł do wniosku (1675), że prędkość światła ma skończoną wartość. BRADLEY, James (1693-1762), angielski astronom •Odkrył (1728) zjawisko aberracji światła gwiazd. •Obliczył (1728) wartość prędkości światła z po- miaru kąta aberracji. •Zaobserwował (1728) i opisał (1748) oscylacyjny ruch osi Ziemi, towarzyszący jej precesji, nazywa- jąc go nutacją. 19 EULER, Leonhard (1707-1783), szwajcarski matematyk, fizyk i astronom •Sformułował na gruncie rachunku wariacyjnego zasadę najmniejszego działania, według której cząstki poruszają się po trajektoriach, wzdłuż któ- rych działanie jest najmniejsze. •Jest jednym z twórców hydrodynamiki (równa- nia Eulera) (1757). Trzy równania Eulera bilansujące pęd cieczy dos- konałej oraz równanie bilansu energii, po odpo- wiednim uogólnieniu, można zapisać w postaci znikającej dywergencji z tensora energii-pędu. Po znalezieniu tensora krzywizny o znikającej dywer- gencji, Einstein nadał równaniom pola grawitacyj- nego niezwykle elegancką postać. G Gdyby Euler nie sformułował wcześniej równań bilansujących pęd cieczy, ktoś inny musiałby to zrobić przed powstaniem OTW. κ−= ik T ik ALEMBERT, Jean Le Rond d’ (1717-1783), francuski matematyk, fizyk, encyklopedysta i filozof •Sformułował (1743) „zasadę d’Alemberta”, poz- walającą opisywać ruchy ciał z więzami. Rola więzów ruchu może okazać się nader istotną w OTW. •Z d’Alemberta (dalambercjan). jego nazwiskiem związany jest operator Ciekawostki •Był nieślubnym dzieckiem markizy de Tencin i hrabiego Destouches-Canon. Wychowywał się w rodzinie zastępczej, pod dyskretną opieką swe- go biologicznego ojca. 20 LAGRAҭGE, Joseph Louis de (1736-1813), francuski matematyk •Stworzył (1788) mechanikę analityczną – rów- nania Lagrange’a (funkcja Lagrange’a, lagran- żjan). •Rozwinął rachunek wariacyjny. •Badając problem trzech ciał, znalazł pięć punk- tów leżących w płaszczyźnie orbity ziemskiej (zwanych punktami Lagrange’a) takich, że satelita umieszczony w dowolnym z tych punktów będzie obiegał Słońce w płaszczyźnie orbity ziemskiej w ciągu roku. Bez prac Lagrange’a, Hamiltona, Jacobiego nie pojawiłyby się eleganckie sformułowania STW i OTW, startujące z zasady najmniejszego działa- nia, jakie można znaleźć u Plancka, Hilberta oraz w wyrafinowanej postaci w kultowym podręczni- ku Landaua i Lifszica – „Teoria pola”. LAPLACE, Marquise Pierre Simon de (1749-1827), francuski astronom, fizyk i matematyk •Zawdzięczamy mu między innymi: operator La- place’a (laplasjan) związany z pojęciem potencjału (1785) i wzór na rozwinięcie Laplace’a wyznacz- nika według wierszy lub według kolumn. •Potencjał pola elektrycznego (grawitacyjnego) poza obszarem źródłowych ładunków (mas) speł- nia równanie Laplace’a. •Uważany jest za twórcę naukowej kosmologii. 21 LEGEҭDRE, Adrien Marie (1752-1833), francuski matematyk •Wprowadzone przez niego wielomiany są niez- wykle przydatne przy rozwijaniu funkcji w szeregi potęgowe. Potencjał pola elektrycznego (grawitacyjnego), którego źródłem jest dowolny rozkład ładunków (mas), można przedstawić w postaci szeregu za- wierającego człony: monopolowy, dipolowy, kwa- drupolowy, oktupolowy itd. OLBERS, Heinrich Wilhelm Matthias (1758-1840), niemiecki astronom i lekarz •Sformułował (1826) paradoks fotometryczny, zwany paradoksem Olbersa: „Skoro wszechświat jest statyczny, jednorodny i nieskończony w cza- sie i przestrzeni, to dlaczego niebo w nocy jest cie- mne?”. Paradoks ten został rozwiązany dopiero prawie sto lat później w ramach teorii rozszerzającego się wszechświata Friedmana i bazującej na niej hipo- tezie Wielkiego Wybuchu. Niebo w nocy jest cie- mne, ponieważ wiek wszechświata jest skończony i światło z odległych gwiazd jeszcze nie zdążyło dotrzeć do nas, a ponadto jego widmo jest przesu- nięte ku czerwieni. Olbers próbował wytłumaczyć go, przyjmując, że materia międzygwiezdna poch- łania zdążające ku Ziemi światło. Ciekawostki •Szwajcarski astronom Jean-Philippe Loys de Chéseaux (1718-1751) sformułował paradoks cie- mnego nieba nocnego już w 1774. 22
Pobierz darmowy fragment (pdf)

Gdzie kupić całą publikację:

Giganci Teorii Względności
Autor:

Opinie na temat publikacji:


Inne popularne pozycje z tej kategorii:


Czytaj również:


Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką: