განსაკუთრებული წელი აინშტაინის ცხოვრებაში

ოცდაექვსი წლის ალბერტ აინშტაინმა, რომელიც ბერნის (შვეიცარია) საპატენტო ბიუროში ტექნიკურ ექსპერტად მუშაობდა, 1905 წელს ოთხი სამეცნიერო ნაშრომი გამოაქვეყნა. ამ ნაშრომებმა რადიკალურად შეცვალა სამყაროზე ჩვენი წარმოდგენა — უმარტივესი სტრუქტურული ელემენტებიდან დაწყებული, ურთულესი გალაქტიკებით დამთავრებული. ზოგმა მისმა ნაშრომმა ხელი შეუწყო მრავალ ისეთ გამოგონებას, რამაც უკანასკნელი 100 წლის განმავლობაში მნიშვნელოვნად შეცვალა ჩვენი ცხოვრება.

„თანამედროვე ფიზიკაში თითქმის არ არსებობს მნიშვნელოვანი ფუნდამენტალური იდეა, აინშტაინის ნაშრომებთან რომ არ ჰქონდეს საერთო“, — თქვა ნობელის პრემიის ლაურეატმა ფიზიკის დარგში იზიდორ რაბიმ. მაინც რა აღმოაჩინა აინშტაინმა საუკუნის წინ?

სინათლის ამოუხსნელი საიდუმლოებები

1905 წლის მარტში გამოქვეყნებულმა აინშტაინის ნაშრომმა ფარდა ახადა სინათლის ბუნების ზოგიერთ საიდუმლოებას. მანამდე მეცნიერებმა უკვე იცოდნენ, რომ სინათლის ნაკადი სივრცეში ტბაზე მოლივლივე ტალღის მსგავსად ვრცელდებოდა. მაგრამ ტალღურმა თეორიამ ვერ ახსნა, რატომ წარმოქმნიდა ულტრაიისფერი სხივები ელექტრულ დენს გარკვეულ ლითონებთან შეჯახებისას, ხოლო ინფრაწითელი სხივები — არა. აინშტაინმა კარგად ახსნა ეს მოვლენა, რასაც ფოტოეფექტი უწოდა.

აინშტაინი ამტკიცებდა, რომ ზოგჯერ სინათლე შეიძლება მივიჩნიოთ როგორც ენერგიის ნაწილაკების ნაკადი, რასაც მოგვიანებით ფოტონები ეწოდა. როდესაც ფოტონებს სათანადო ენერგია ან ფერი აქვთ, მათ შეუძლიათ გარკვეული ლითონის ატომებიდან ელექტრონების ამოფრქვევა (ინფრაწითელი სხივების ფოტონები ძალიან სუსტია და არ შეუძლიათ ამის გაკეთება). შედეგად გამტარში წარმოიქმნება ელექტრული დენი. ფოტოეფექტმა მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანა თანამედროვე ტექნიკის განვითარებაში. მაგალითად, გამოიგონეს იკონოსკოპი (სატელევიზიო გადამცემი ელექრონულ-სხივური მილაკი, რომელიც გამოიყენება გადაცემული გამოსახულების ელექტროსიგნალებად გარდაქმნის მიზნით) და ექსპონომეტრი (ხელსაწყო, რომელსაც იყენებენ ფოტო და კინოგადაღებისას). აგრეთვე, ფოტოელემენტების მეშვეობით შესაძლებელია მზის ენერგიის ელექტრულ ენერგიად გარდაქმნა.

ალბერტ აინშტაინს სინათლის ბუნების ახსნისთვის 1921 წელს ნობელის პრემია მიენიჭა. მისი ნაშრომის წყალობით საფუძველი ჩაეყარა მეცნიერების ახალ დარგს — კვანტურ თეორიას. თავის მხრივ, კვანტური თეორიის საფუძველზე მატერიასა და ენერგიასთან დაკავშირებული უამრავი ახალი თეორია ჩამოყალიბდა. მათ შორის ბირთვული მეცნიერება, ელექტრონიკა და ნანოტექნოლოგია.

მტვრის ნაწილაკების „ცეკვა“

1905 წელს აინშტაინმა ატომებსა და მოლეკულებსაც მიაპყრო ყურადღება. მან თეორიულად ახსნა წყალზე მოტივტივე ყვავილის  მტვრის ნაწილაკების მოძრაობა. 1827 წელს ბიოლოგი რობერტ ბროუნი მიკროსკოპით წყლის წვეთზე შეტივტივებულ ყვავილის მტვერს ათვალიერებდა და დაინახა, რომ მტვრის ნაწილაკები განუწყვეტლივ წინ და უკან მოძრაობდა. მან ნაწილაკების „ცეკვას“ ბროუნის მოძრაობა უწოდა, თუმცა ვერ ახსნა, რა იყო ამ მოძრაობის მიზეზი.

1905 წლის მაისში გამოქვეყნებულ ნაშრომში აინშტაინმა ახსნა, რომ ბროუნის ნაწილაკების მოძრაობა სითხის მოლეკულების ქაოსური მოძრაობითა და მტვრის ნაწილაკებთან შეჯახების შედეგად ხდებოდა. მან არა მარტო წყლის მოლეკულების ზომა გამოთვალა, არამედ წყლის მოლეკულის შემადგენელი ატომების მახასიათებლებიც განსაზღვრა. მოგვიანებით სხვა მეცნიერებმა თავიანთ გამოკვლევებს საფუძვლად აინშტაინის ეს მოსაზრებები დაუდეს და იმ დასკვნამდე მივიდნენ, რომ ატომი ნამდვილად არსებობს. თანამედროვე ფიზიკაც იმ აზრს ემყარება, რომ ნივთიერება ატომებისგან შედგება.

დრო ფარდობითია

ამავე წლის ივნისში გამოქვეყნებული აინშტაინის ფარდობითობის თეორია არ ეთანხმებოდა მეცნიერების, მაგალითად ისააკ ნიუტონის, მოსაზრებას იმის თაობაზე, რომ მთელ სამყაროში დრო უცვლელი იყო. ამ საკითხზე აინშტაინის თეორია, რომელიც დღეს საყოველთაოდ მიღებულია, საკმაოდ უცნაური ჩანს.

მაგალითად, წარმოიდგინეთ, რომ თქვენ და თქვენმა მეგობარმა ზუსტად ერთნაირად გაასწორეთ მაჯის საათები. შემდეგ თქვენი მეგობარი მსოფლიოს გარშემო იწყებს თვითმფრინავით მოგზაურობას, თქვენ კი სახლში რჩებით. მისი დაბრუნების შემდეგ თუ საათებს შეამოწმებთ, აღმოჩნდება, რომ მეგობრის საათი დროის მცირე ინტერვალით უკანაა. თქვენი აზრით, მეგობრის საათი ჩამორჩა. ცხადია, ჩვეულებრივ პირობებში, დედამიწაზე საათებს შორის ცვლილება ძალიან უმნიშვნელო იქნება. მაგრამ, როდესაც სხეულის მოძრაობის სიჩქარე სინათლის სიჩქარის მიმართულებით იზრდება, არა მარტო დრო მცირდება მნიშვნელოვნად, არამედ სხეულიც უფრო პატარა ხდება, ხოლო მასა იზრდება. აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორია მდგომარეობს იმაში, რომ ათვლის ნებისმიერ ინერციულ სისტემაში სინათლის სიჩქარეა მუდმივი და არა დრო.

ფორმულა, რომელმაც მსოფლიო შეცვალა

აინშტაინმა 1905 წლის სექტემბერში გამოაქვეყნა კიდევ ერთი ნაშრომი, რომელიც ფარდობითობის სპეციალური თეორიის მათემატიკურ დანამატად იქნა მიჩნეული. მასში შედიოდა ფორმულა E=mc², რაც მოკლედ გადმოსცემდა აინშტაინის მიღწევებს. ამ ფორმულის თანახმად, ატომის დაშლის შედეგად მიღებული ენერგია უდრის სხეულის მასისა და სინათლის სიჩქარის კვადრატის ნამრავლს.

აინშტაინისა და სხვა მეცნიერების კვლევა-ძიების წყალობით კაცობრიობამ უფრო მეტი გაიგო სამყაროს ბუნების შესახებ. მიუხედავად ამისა, ბოლომდე მაინც ვერ ვწვდებით სამყაროს საიდუმლოებებს. ძველ დროში მცხოვრები იობის სიტყვები დღესაც მართლდება. შემოქმედის საქმეებზე საუბრისას მან თავმდაბლურად აღიარა: „აი, მისი გზების კიდეები, მასზე ჩურჩულით გვესმის!“ (იობი 26:14, აქ).

[დიაგრამა⁄სურათები 27 გვერდზე]

(იხილეთ პუბლიკაცია)

სინათლისთვის დამახასიათებელია როგორც ტალღური, ისე კორპუსკულური თვისებები. ამ აღმოჩენამ შესაძლებელი გახადა მზის ენერგიაზე მომუშავე კალკულატორებისა და ციფრულ აპარატებში სინათლის მგრძნობიარე ელემენტების შექმნა.

[დიაგრამა⁄სურათები 28 გვერდზე]

(იხილეთ პუბლიკაცია)

ბროუნის ნაწილაკების მოძრაობაზე დაკვირვებით ატომების არსებობა დამტკიცდა.

[დიაგრამა⁄სურათები 28 გვერდზე]

(სრული ტექსტი იხილეთ პუბლიკაციაში)

E სხეულის ენერგია

= უდრის

m სხეულის მასისა და

c² სინათლის სიჩქარის კვადრატის ნამრავლს

c² ნიშნავს c გამრავლებული c-ზე, ანუ 300 000 კმ/წმ გამრავლებული 300 000 კმ/წმ-ზე.

იმის გამო, რომ c² ძალიან დიდი ციფრია (90 000 000 000), სხეულის მასის მცირე მოცულობა უზარმაზარ ენერგიად გარდაიქმნება. როდესაც ურანიუმის ატომი იყოფა, ის სწრაფად გარდაიქმნება ორ უფრო მცირე ზომის ატომად; ამავე დროს ის კარგავს მასის 0,1 პროცენტს. ეს უმცირესი ზომის ატომი გამოყოფს უზარმაზარ ენერგიას.

გამოთავისუფლებული ენერგია

ნებისმიერი ნივთიერება, რომლის მასაც მხოლოდ ერთი გირვანქაა (დაახლოებით 450 გრამი), მთლიანად გარდაიქმნება ენერგიად:

▪ რომელიც ტოლია 11 მილიარდი კილოვატი საათის.

▪ რომელიც საჭიროა დედამიწის გარშემო მანქანით 180 000-ჯერ შემოსავლელად.

▪ რომელიც საჭიროა იმისათვის, რომ უდიდესმა ტანკერმა დედამიწას 400-ჯერ შემოუაროს.

▪ რომელსაც მთელი შეერთებული შტატები ერთ დღეში მოიხმარს.

ასე ხდება უკუპროცესის დროსაც. ერთი ატომის შექმნას უზარმაზარი ენერგია სჭირდება.

[სურათები 28 გვერდზე]

რაც უფრო სწრაფად მოძრაობთ, დრო მით უფრო ნელა გადის.

[სურათი 28 გვერდზე]

საათები, რომლებიც არ იმყოფება ადგილმდებარეობის განმსაზღვრელი გლობალური სატელიტური სისტემის (გსს) არეალში, უფრო ნელა მუშაობს, ვიდრე დედამიწაზე არსებული საათები. აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის გარეშე გსს-სიგნალი უსარგებლო იქნებოდა.

[სურათის საავტორო უფლებები 27 გვერდზე]

Einstein: Photo by Topical Press Agency/Getty Images; background: CERN photo, Geneva