Život a dielo Alberta Einsteina

Život a dielo Alberta Einsteina  

„Moja vedecká činnosť nie je motivovaná ničím iným než neodolateľnou túžbou preniknúť do tajomstva prírody. Moja láska k poznaniu a túžba prispieť k zlepšeniu životných podmienok človeka sú tak späté s mojimi vedeckými záujmami.“ Albert Enstein
 
Úvod
Úryvok z vedcovho životopisu môžeme doplniť ešte o výrok : „ Len život, ktorý žijeme pre druhých stojí za to." Možno práve preto Einstein nazval svoj životopis nekrológom. Vylúčil z neho všetku históriu a ponechal len to, čo robí z jeho života element duchovnej histórie ľudstva.
 
Albert Einstein zasvätil svoj život vede, pokroku, usiloval sa o to, aby jeho výsledky slúžili ľudstvu. Bol nazývaný Koperníkom dvadsiateho storočia, dnes sa označuje za najväčšieho fyzika, aký kedy žil. Sú mu prisudzované geniálne vlastnosti, aj keď Einstein nikdy neuvažoval o svojej genialite. Každú snahu o pripojenie tohto epiteta k svojmu menu odmeňoval srdečným, detským smiechom. Úvahy o sebe patria podľa tohto fyzika do komplexu „len osobného", od ktorého sa génius odosobňuje stávajúc sa vyjadrením „ nadosobného procesu".
 
Metodika
Celú prácu sme vytvorili na základe prečítaných kníh, úryvkov z rôznych encyklopedických publikácií a z internetu. V práci opisujeme život a dielo jedného z najväčších fyzikov všetkých čias od jeho životopisu až po jeho najznámejšie teórie, ktoré zmenili pohľad na fyziku a vesmír okolo nás.
 
Životopis Alberta Ensteina
Albert Einstein sa narodil 14. marca 1879 v bavorskom Ulme. Jeho otec Hermann Einstein skončil gymnázium a chcel ísť študovať, lebo mal nadanie na matematiku. Miesto toho sa oženil s Paulinou Wolfovou, dcérou bohatého obchodníka s obilím. V rovnakom čase ako Albert sa narodila Hermannovmu bratancovi Rudolfovi dcéra Elsa, Einsteinova, neskoršia žena. Je nepravdivá fáma, podľa ktorej bol Einstein zaostalé dieťa. Pravdepodobne ju vymysleli nacisti, ktorí Einsteina na smrť nenávideli. Ak mal s niečím problémy, tak to bolo učenie cudzích jazykov.
 
Základný stupeň vzdelania mala na starosti v Nemecku cirkev. Židovská škola však bola ďaleko a vzhľadom k tomu, že Albertovmu otcovi obchody veľmi nešli, bola aj drahá. Preto musel navštevovať kresťanskú školu, kde sa po prvý krát stretol s antisemitskými náladami. Mladý Einstein už v pätnástich rokoch tak dokonale ovládal matematiku, že v mnohom predčil svojho profesora. Zásluhu na tom mal určite aj zvyk u Einsteinovcov, keď každý piatok pozývali na večeru mladého študenta z radov emigrantov. Tak sa mladý Albert zoznámil s Maxom Talmejom, poľským medikom, ktorý mu doporučoval knihy. Albertovi totiž už učebnice nestačili. Na Einsteina mala veľký vplyv Büchnerova kniha Sila a hmota. Všetky súčasné znalosti sa tu zjednotili v odmietaní akéhokoľvek náboženského princípu a v tvrdení o materiálnosti sveta. Na gymnáziu mu prekážalo nezmyselné bifľovanie učiva. Rok pred ukončením štúdia ho vyzvali, aby opustil gymnázium, lebo svojimi názormi podrýva u žiakov úctu k škole. Odsťahoval sa za rodinou do Milána, kde stratil nemeckú štátnu príslušnosť.
 
Prvý krát na prijímacích skúškach na zürišskom Polytechnickom inštitúte, škole, ktorá pripravovala  učiteľov matematiky a fyziky,nemal šťastie. Aj keď skúšky z matematiky a fyziky spravil takmer bezchybne, sklamal v prírodovede a jazykoch. Preto začal navštevovať Kantonálnu školu v Aarau. Na druhý pokus už bol prijatý bez prijímacích pohovorov. Zapísal sa na prednášky z matematiky, fyziky a na niektoré prednášky z filozofie, ekonómie a literatúry. Prednášky z fyziky nenavštevoval často, lebo jeho profesor Weber bol vynikajúci elektrotechnik, ale v teórií sa zameriaval na veci, ktoré už Einstein vedel. Preto sa venoval samoštúdiu prác Maxwella, Kirchhoffa, Boltzmanna a Herza. Ani prednášky z matematiky nenavštevoval pravidelne. Ale tu mu pomáhal spolužiak Marcel Grossmann, ktorý mu dával opisovať poznámky z prednášok. Toho neskôr Einstein poveril vypracovaním matematického aparátu teórie relativity. Mesačne dostával 100 frankov od svojich bohatých príbuzných v Janove. Pri ukončení sa jeho vysvedčenie vyzeralo takto ( šesťdielná stupnica): teoretická fyzika – 5, fyzikálne praktikum – 5, teória funkcií – 5,5, astronómia – 5, diplomová práca – 4,5, celková známka – 4,91. V roku 1900 skončil inštitút, ale ďalšie dva roky hľadal primerané zamestnanie.
 
Po intervencií svojho spolužiaka u svojho otca, šéfa Patentového úradu v Berne, získal miesto technického experta 3.triedy s nástupným platom 3500 frankov ročne. 6.1. 1903 si zobral bývalú spolužiačku Milevu Maričovú, emigrantku z Rakúsko – Uhorska.  Otec aj matka boli proti sobášu, ale otec mu dal nakoniec na smrteľnej posteli súhlas. Jeho pôsobenie v Berne sa dá porovnať s Newtonovým pôsobením v Wollsthorpe. Einstein tu vytvoril teóriu Brownovho pohybu, teóriu fotónov a špeciálnu teóriu relativity. Einstein dal do novín inzerát, v ktorom ponúkal doučovanie z fyziky. Ozval sa mu rumunský študent Maurice Solovin. Vzhľadom na spoločné záujmy založili spolu s Einsteinovým spolužiakom Habichtom Akadémiu Olympia. Bola to ich spoločnosť, kde študovali a vymieňali si názory na čokoľvek. Prvýkrát predstavil svoju ideu relativity kolegovi a budúcemu švagrovi M. Bessovi. Ten ju vypočul, bol ňou zaujatý a obrátil Einsteinovu pozornosť na mnoho ďalších bodov.
 
V 1904. sa Einsteinovi narodil syn Hans – Albert, ktorý neskôr študoval vZürichu, emigroval do USA, zaoberal sa hydraulikou a bol profesorom Kalifornskej univerzity. V roku 1905 uverejnil vo fyzikálnom časopise Annalen der Physik, okrem niekoľkých ďalších prác aj dnes už historickú štúdiu o elektrodynamike pohybujúcich sa telies, v ktorej vyslovil svoje objavené názory o špeciálnej teórii relativity. Presnými myšlienkami a matematickými vzťahmi dokázal, že newtonovská mechanika neplatí pre rýchlosti blízke rýchlosti svetla a že je preto potrebné opustiť klasickú predstavu o absolútnom nemennom stave a priestore.
 
„ Čas a priestor sú závislé od stavu jednotlivých objektov, na ich rýchlosti i na iných aspektoch..." dedukoval Einstein. Aj keď jeho teória nebola prijatá jednoznačne, otvorila mu dvere na Polytechnický Inštitút, jeho alma mater, kde získal miesto mimoriadneho profesora. Plat bol zhruba rovnaký ako v Berne, ale životné výdaje boli vyššie. Jeho žena teda varila domáce obedy pre študentov. V Zürichu stretol aj spolužiaka Grossmanna, s ktorým sa najčastejšie stretával. Spriatelil sa s dvomi profesormi – odborníkom na civilné právo Emilom Züricherom a historikom Alfredom Sternom. Veľmi dobré vzťahy udržiaval tiež so špecialistom na parné turbíny Aurelom Stodolom. Tu vydržal do roku 1911, kedy už ako otec dvoch synov prijal miesto stáleho profesora na pražskej nemeckej univerzite. Vzrastalo však jeho odlúčenie od manželky, ktorá bola patologicky žiarlivo podozrievavá. Praha upútala mysliteľa svojim starými domami, radnicou, kostolmi a vežami, zeleňou sadov a parkov. V roku sa zúčastnil Solvayanského kongresu. Stretol sa tu s Rutherfordom, Sklodowskou – Curie, Planckom, Nernstom a inými. Tu prišiel na to, že podstata teórie relativity ostala nepochopená. V Prahe sa však dlho neohrial.
 
Už v roku 1912 viedol ako riadny profesor fakultu, kde sám študoval. Prednášal v zimnom semestri 1912-13 analytickú mechaniku a termodynamiku, v letnom semestri 1913 mechaniku spojitého prostredia a kinetickú teóriu tepla a v zimnom semestri 1913-14 elektrinu a magnetizmus a geometrickú optiku. Okrem toho viedol aj týždenné kolokviá o fyzike. Keď potom odchádzal do Berlína ako svetoznámy vedec, mal len 35 rokov!!! V Berlíne bol na prianie Maxa Plancka a Waltera Nernsta, ktorí boli poverení výberom vedcov pre Ústav cisára Wilhelma, ktorý mal ambíciu stať sa najlepším sa svete. Einstein sa stal riaditeľom. Viedol seminár, ktorý navštevovali o.i. Max Planck, W. Nernst, M. von Laue, G. Herz, J. Frank, E. Schrödinger, l. Meitnerová. Znepokojovalo ho to, že stále pribúdalo ľudí, ochotných plniť akékoľvek zámery agresívneho štátu. Einstein o týchto ľuďoch povedal, že títo ľudia dostali mozog omylom, že by im stačila len miecha. Odchodom do Berlína sa však definitívne odlúčil od rodiny. V roku 1921 dostal Nobelovu cenu za fyziku, ale nie za teóriu relativity, ale za objav zákona fotoelektrického javu. Potvrdenie teórie relativity prišlo pri zatmení slnka 29. mája 1919. V tom istom roku sa rozviedol s zobral si Elsu Einsteinovú. V jeho berlínskom byte sa stretávali ľudia zo všetkých kútov sveta, všetkých záujmov, profesií a názorov. Čochvíľa však začalo priame štvanie proti teórii, a to hlavne v Nemecku. Najprv bola teória oslavovaná ako výplod nemeckého ducha, ale neskôr sa zostril boj a tak nečudo, že v časopise Der Stürmer vyšiel takýto článok pod názvom Boľševická fyzika: „ ... Pretože profesor Eintein je považovaný za nového Koperníka, mnohí univerzitní učitelia sa stali jeho obdivovateľmi. Keď budeme hovoriť bez obalu, ide o nízku vedeckú spleteninu, tak charakteristickú pre obraz, ktorý predstavuje súčasné obdobie, najtragickejšie zo všetkých politických období. Koniec koncov nie je prečo viniť pracujúcich z toho, že nasledujú Marxa, keď nemeckí profesori nasledujú Einsteinove výmysly." Akýsi Paul Weyland vytvoril špeciálnu organizáciu s cieľom bojovať s Einsteinovym vplyvom. V roku 1922 bol Einstein vyzvaný, aby vstúpil do Komisie intelektuálnej spolupráce Spoločnosti národov. Tu prešiel od pacifizmu ako inštinktívneho odporu voči každej krutosti k zreteľnej platforme boja proti vojne. V roku 1923 vystúpli z Komisie, lebo sa mu nepáčil postoj Spoločnosti v dobe okupácie Porúria. V istom denníku sa vyjadril že: „Spoločnosť nielenže nestelesňuje ideál internacionálnej organizácie, ale tento ideál priamo diskredituje". V roku 1925 podpísal spolu s Henrim Barbussom, H.G.Wellsom a Rabíndranáthom Thákurom výzvu všetkým národom o odzbrojení, sedem rokov neskôr sa stáva spolu s M. Gorkým a R. Rollandom a dalšími osobnosťami svetovej kultúry a vedy členom Stáleho výboru proti vojne. Einsteina sme prirovnali k Newtonovi, teraz ho prirovnáme k Galileimu. Tak ako Galileo, tak aj Albert, cestoval po svete, aby obhajoval svoje teórie. Navštívil Leiden, Prahu, Viedeň, Londýn, New York, Princetonskú univerzitu. Tu predniesol štyri prednášky, ktoré neskôr, už knižne vydané sa na dlhú dobu stali klasickým výkladom teórie relativity. Koncom novembra 1922 prišli Einsteinovci do Kobe. Einsteinove prednášky boli sťažené tým, že každé slovo bolo potrebné prekladať. Prvá prednáška trvala štyri hodiny. Tu ho zastihla správa o tom, že ho prijali do ruskej akadémie vied.
 
Z Japonska sa cez Palestínu a Španielsko dostal späť do Berlína. V júli 1923 odišiel do Švédska, aby prevzal Nobelovu cenu. Paradoxne za objav fotoelektrického javu. Celú sumu za cenu poslal Mileve, prvej žene. V roku 1928 začal pravidelne jazdiť do Davosu, kde sa u neho prejavili symptómy rozšíreného srdca. Našiel si tu pomocníčku, Helenu Ducasovú, ktorá bola jeho tajomníčkou do jeho posledných dní. V roku 1930 naňho doľahla skutočnosť, že jeho druhý syn Eduard trpel patologickou melanchóliou a psychiatri mu nevedeli pomôcť. V tom istom roku mu navrhli pôsobenie na Kalifornskom technologickom inštitúte. Mnoho stretnutí s novinármi aj oficiálnych prijatí, mal po ceste naňho pôsobilo depresívne. Keď  boli Einsteinovci  v observatóriu Mount – Wilson, Elsa sa spýtala, na čo slúži taký veľký teleskop. Odpoveď hovorila, že cieľ v spočíva v stanovení štruktúry vesmíru. Elsina odpoveď znela: „ Skutočne? Môj manžel to obyčajne robí na zadnej stránke starej obálky." Keď sa politická situácia v Nemecku vyostrovala, navštívil Einstein konferenciu o odzbrojení, kde všetkých očaril a udivil len svojou aurou, ešte predtým, než povedal jediné slovo. Na samotnej konferencií hovoril o potrebe skutočného odzbrojenia a nie o debatách o ňom. „ Evanjelium sily a útlaku, ktoré teraz panuje v Nemecku, ohrozuje slobodu európskeho kontinentu. Túto hrozbu neide odstrániť len morálnou silou, proti nej je nutné postaviť organizovanú moc." Túto múdru myšlienku už génius nepovedal v Nemecku, ale v Pasadene. Vracal sa sem už dlhšiu dobu ( Kalifornský technologický inštitút) na zimu. V roku 1932 sa nevrátil do Nemecka, ale do malej dedinky neďaleko Ostende v Belgicku. Tu navštívila Elsu jej priateľka, ktorá jej ukázala album sa nepriateľmi režimu, ktorý vydali nacisti. Einstein bol prvý a výpočet jeho „hriechov" začínal teóriou relativity. Pred tým však bola veta: „Ešte nebol obesený". Okrem toho vypísali na jeho hlavu odmenu 50000 mariek a verejne spálili všetky jeho knihy, zoštátnili majetok. Odtiaľ sa cez Anglicko dostal do Princetonu, kde začal pracovať v Inštitúte pre vyššie výskumy. Bol nespokojný, pretože bral peniaze a nemal žiadne pedagogické povinnosti. Vyčerpávali ho návštevy a prosby, lebo nepatril k mysliteľom, ktorí sa starali o ľudstvo, ale nezaujímal ich človek. V tridsiatych, štyridsiatych aj päťdesiatych rokoch stál Einstein bokom od toho, čo zaujímalo svetových fyzikov. Trápila ho totiž úloha kolosálna do všeobecnosti aj obtiažnosti. Chcel vypracovať unitárnu teóriu poľa, kde všetky interakcie častíc aj ich samotná existencia vyplývajú z jednotlivých zákonov.
 
V osobnom živote sa mu darilo čoraz menej. Žena Elsa, ktorú mu nič a nikdy nemohlo nahradiť, naraz zostarla po smrti staršej dcéry. Potom sa u nej prejavili patologické zmeny na očiach. Albert prenajal dom pri jazere neďaleko Montrealu, kde sa síce cítila lepšie, ale v roku 1936 zomrela a Einstein sa vrátil do Princetonu. Keď nik nechápal jeho myšlienky spojené s unitárnou teóriou poľa, začal čoraz častejšie myslieť na mŕtvych priateľov – Paula Ehrenfesta, Paula Langevina, Mariu Sklodowsku – Curie ale hlavne na Elsu. V roku 1939 za ním prišla sestra Maja. Ale už o sedem rokov bola „ na sklonku cesty, ktorá nevedie nikam." Keď v roku 1951 zomrela, ostali Einsteinovi už len dvaja blízki ľudia – Elsina dcéra Margot a Halena Ducasová.
 
V roku 1936 dostal štipendium na Princetonskej univerzite jeho priateľ Leopold Infeld. Aby mohol ostať aj po skončení ročného štipendia a odmietnutí jeho predĺženia, napísali spolu s Einsteinom populárnu knihu o logike základných fyzikálnych ideí. V roku 1938 bol Vývoj fyziky ( v Československu vydaný pod názvom Fyzika jako dobrodružstvo poznání) na svete. Aj keď Einstein pracoval na rukopise veľmi nadšene, hneď po jeho ukončení stratil záujem a vytlačenú knihu ani raz neotvoril.
 
V roku 1939 keď sa na obzore objavila hrozba ďalšej svetovej vojny, skupina vedcov vedomá si tohto dôsledku presvedčila Einsteina, aby prekonal svoje pacifické výhrady a svojou autritou podporil list prezidentovi Roosveltovi, v ktorom vedci naliehali, aby Spojené štáty americké odštartovali program jadrového výskumu. Úryvok z listu pre prezidenta Roosvelta: "V priebehu posledných štyroch mesiacov sa ukázalo - vďaka prácam Joliota vo Francúzku, aj Fermiho a Szilarda v Amerike - že bude pravdepodobne možné spustiť reťazovú jadrovú reakciu s veľkým množstvom uránu, pri ktorej sa vytvorí obrovské množstvo energie a veľa nových prvkov podobných rádiu. Dnes sa zdá takmer isté, že sa to može podariť už v bezprostrednej budúcnosti. Tento nový jav by tiež viedol k výrobe bômb a možnosti predstaviť - hoci s omnoho menšou istotou - že takto sa dajú vyrobiť mimoriadne účinné bomby nového typu."
 
Einstein bol zainteresovaný aj v boji proti atómovej bombe. Na základe údajov Szilarda a Wignera poukazoval na jej výrobu v nacistickom Nemecku. Napriek tomu, že napísal list prezidentovi Rooseveltovi, označil tento čin ako „ najsmutnejšiu spomienku života." Porážka Nemecka znamenala koniec obáv z napadnutia, vystriedal ho však strach z americkej výroby atómovej bomby. Dňa 12.4.1945 dostal Franklin Delano Roosevelt list, v ktorom ho Einstein varuje pred zničením japonských miest . Smolou bolo, že 12. apríla 1945 Franklin Delano Roosevelt nečakane zomrel. Udalosti, ktoré potom nastali na Einsteina veľmi doľahli. Einstein však kritizoval aj povojnové pomery v Amerike.
 
Od konca štyridsiatych rokov sa v jeho listoch objavujú zmienky o všeobecnej životnej únave. 13.4.1955 Einsteina hospitalizovali a navrhli mu operáciu - odmietol. Sedemnásteho ho navštívil syn Hans-Albert, ktorému sa sťažoval na problémy s matematickým aparátom unitárnej teórie poľa. V noci potom si jedna zo zdravotných sestier všimla, že Einstein ťažko dýcha. Pristúpila bližšie a počula, ako hovorí zopár slov po nemecky, ale nerozumela im. V tom okamihu Albert Einstein zomrel. Bolo 18. apríla 1955 jedna hodina dvadsať päť minút po polnoci. Práve zomrel jeden z najlepších ľudí, akí tu kedy žili. Pitva potvrdila, že zomrel na krvácanie z aorty do brušnej dutiny. Einstein si prial skromný pohreb. Miesto a čas vedelo len zopár najbližších. Popol bol rozptýlený vo vzduchu.
 
Albert Einstein, aj keď to znie veľmi učene, bol človek ako my. Mal svoje radosti, starosti, miloval a ... Nie teraz tu nebude nenávidel, lebo tohto citu tento velikán a génius svetovej vedy nebol schopný. Môžeme ďakovať vyšším silám, že ho obdarili obrovskou dávkou humanity a múdrosti, lebo ak by bol len inteligentný, ale bezcitný, mohlo to s nami skončiť  veľmi zle. Albert Einstein bol veľkou osobnosťou,  jeho dielo a myšlienky pretrvajú veky, aj keď patria do sféry „len osobného"...
  
Brownov pohyb (1905)
V roku 1827 pozoroval Brown pod mikroskopom kvetinový peľ plávajúci vo vode. Jednotlivé zrniečka peľu sa neustále neusporiadane pohybovali. Zrniečko peľu sa zakaždým posunulo o nepatrnú, zrakom nepostrehnuteľnú vzdialenosť behom nepatrného časového intervalu. Ak ho vyfotografujeme s dostatočne dlhou expozíciou, dostaneme škvrnu náhodne rozmazaného tvaru - výsledok toho, že sa zrniečko peľu dostalo veľakrát na rovnaké miesto pred objektív prístroja.
 
Einstein objasnil Brownov pohyb keď vyšiel z kinetickej teórie tepla; z obrazu molekúl, ktoré sa neusporiadane pohybujú a zrážajú. Einstein uvažoval o nevyhnuteľných fluktuáciách v neusporiadaných úderoch, ktoré telesu udeľujú obklopujúce molekuly. Pod fluktuáciou je potrebné chápať poruchu najpravdepodobnejšieho rozdelenia v čase a priestore (napr. pri hode mincou, čím menej krát hádžeme, tým častejšie sa bude vyskytovať porucha typu vo všetkých prípadoch padla hlava). Pri neusporiadanom pohybe molekúl môžepočet úderov na zrniečko z jednej strany značne prevýšiť druhý prípad. Ak je zrnko veľké, je takáto fluktuácia málo pravdepodobná (nárazy zodpovedajú najpravdepodobnejšiemu rozdeleniu). Čím je menšie, tým sa bude fluktuácia vyskytovať častejšie, bude existovať nadbytok nárazov na jednu stranu zrnka. Takáto nesymetria vyvoláva posun zrniečka, ktoré je možno vidieť pod mikroskopom.
 
Predstavme si veľkú nádrž s kvapalinou, v ktorej bolo dosiahnuté najpravdepodobnejšie rozdelenie teploty. Rýchlosť častíc je v celej nádrži približne rovnaká, v nádrži neprúdi kvapalina, neexistujú tu žiadne poruch pohybu molekúl. Neveľké, mikroskopické poruchy však stále nastávajú. Čím je nádrž menšia, tým sú poruchy viditeľnejšie. Zpôsobujú mikroskopické posunutie čiatočiek peľu v nádrži.
 
Teraz pridajme makroskopickú poruchu - zahrejme jeden kraj nádrže. Ak teraz pozorujeme Brownov pohyb zrniečok peľu, zistíme jeho nesymetriu. Posuny zodpovedajúce smeru prúdu (kvapalina s rozdielnou teplotou prúdi), ktoré sú spôsobené zahriatím, budú početnejšie než posuny opačného smeru. Po veľkom počte Brownových posunutí nezostávajú v blízkosti východiskového bodu, ale sa vzdialia do istej vzdialenosti po prúde, ktorý ich unáša.
 
Einstein sa vo svojej teórii Brownovho pohybu sústredil na dynamické, neštatistické zákonitosti Brownovho pohybu, to znamená vzvracal statický, štatistický Newtonov svet z jeho Princípov...

Špeciálna teória relativity
Začiatkom 20. storočia vládla vo svete fyziky myšlienka, že svet je veľký mechanický stroj, ktorý sa riadi Newtonovými zákonmi. Fyzici mali pocit, že už poznajú väčšinu základných zákonov a že na vysvetlenie všetkých javov stačí len tieto (známe) zákony aplikovať. Väčšina fyzikov si myslela, že už stačí objastniť len pár nejasností a všetky fyzikálne deje budeme poznať...
V tom sa na scéne objavil 26 ročný zväčša strapatý génius Albert Einstein so svojou špeciálnou teóriou relativity. Túto teóriu vytvoril práve pri skúmaní jednej nejasnosti ohľadom nesúladu Newtonových zákonov s teóriou svetla. To čo Einstein objavil však nebola len kozmetická úprava známych zákonov - vytvoril úplne nový pohľad na veličiny čas a priestor. Ako prvý takisto zaviedol pojem časopriestor. Vďaka tomu bolo možné konečne vysvetliť, že sa svetlo pohybuje konštantnou rýchlosťou bez ohladu na zdroj, či pozorovateľa. Vďaka tomu sa stal pojem prítomnosti, dĺžky časových intervalov či rozmery pohybujúceho sa telesa relatívne a závislé len od pozorovateľa. Teória relativity zničila zastaralú predstavu o fyzike, ktorá by dokázala vysvetliť všetko, čo sa na svete deje. Stará fyzika bola dobrá, väčšinou aj fungovala, ale nie vždy. Teória relativity ju opravuje len pri obrovských rýchlostiach alebo pri obrovskej energií. Pohľad na svet sa zmenil, roztrieštil sa. Našlo sa hneď niekoľko možných výkladov sveta, ktoré sa ešte ani dnes nepodarili poskladať do jedného - správneho.
 
Einstein sa snažil do svojej teórie zahrnúť aj popis gravitácie. Podarilo sa mu to a po 11 rokoch v roku 1916 vydal všeobecnú teóriu relativity. Gravitáciu v nej popísal ako zakrivenie času a priestoru. Doteraz čas a priestor pripomínali akési "javisko", na ktorom sa "odohrávala" fyzika. Všeobecnou teóriou relativity sa toto "javisko" stalo postavou, ktorá sa mení, deformuje podľa toho ako sa k nej správajú ostatný aktéri, pričom je ich pôsobenie obojstranné. Vlastnosti priestoru a času sa stali vedeckou záležitosťou.
 
Otázky o konečnosti a nekonečnosti vesmíru, o plynutí času v iných častiach vesmíru, o tom či sa mení alebo nemení boli predtým skôr témami pre filozofov či kadejakých kláštorných a iných náboženských mysliteľov, vďaka Einsteinovi, fyzike a matematike sme našli spôsoby ako na ne hľadať a nachádzať odpovede. Objavili sme aj mnohé ďalšie veci o ktorých sa nám predtým ani len nesnívalo...
Základom Einsteinových teórií je to, že sa nič a nikto sa nemôže pohybovať rýchlejšie ako svetlo. Pozor ani nikdy sa to nebude dať! Nie je to totiž len technologická prekážka, je to jedna z vlastností samotného času a priestoru. Kvôli tomu nebudeme môcť len tak cestovať ani do vzdialených kútov vesmíru. Pokiaľ by naša raketa letela najvyššou možnou rýchlosťou k najbližšej hviezde, tak by jej tento výlet trval 5 rokov a ďalších 5 rokov by sa vracala na Zem. Okrem toho, podľa všeobecnej teórie relativity, plynutie času závisí od pohybu pozorovateľa. Pre kozmonauta by tá cesta trvala pár rokov, bol by to však len zlomok doby, ktorá by uplynula na Zemi.
 
ZÁVERY ŠPECIÁLNEJ TEÓRIE RELATIVITY
Čas a priestor neexistujú nezávisle. Ich vlastnosti sa navzájom ovplyvňujú.
Energia a hmotnosť sú tou istou fyzikálnou veličinov s tým, že každá sa meria v iných jednotkách. Vzťah medzi energiou a hmotnosťou je starý-známy vzorec E=mc2.
Nič sa nemôže pohybovať rýchlejšie ako svetlo
Niekedy nie je možné rozhodnúť, ktorá z udalostí nastala skôr. O nasledovaní dvoch udalostí je možné hovoriť len vtedy, ak je možné medzi dvoma udalosťami doručiť správu podsveteľnou rýchlosťou. Pokiaľ sú udalosti príliš vzdialené, alebo nastaly tesne po sebe, nedá sa objektívne zistiť, ktorá nastala skôr. Pokiaľ meriame veľkosť pohybujúceho sa predmetu, bude sa nám javiť v smere pohybu skrátený. Rýchlosť behu hodín závisí od toho, ako sa hodiny pohybujú.
 
VESMÍR VČERA A DNES
Einsteinova teória relativity taktiež predpokladá, že vesmír vznikol Veľkým treskom a od vtedy sa stále rozpína. Vyskytli sa otázky typu: Keď sa vesmír rozpína, tak do čoho? Čo je za ním? Podľa Einsteinových teórií sa vesmír nerozpína do niečoho, nejakého priestoru, ktorý sa nachádza za ním. Jedná sa o rozpínanie priestoru ako takého. Musíme si uvedomiť, že sa hmota vo vesmíre chová úplne inak, než sme boli zvyknutí. Po prvé si musíme uvedomiť, že podľa fyziky neexistuje žiadny prázdny priestor. Priestor, ktorý vnímame, si vytvára hmota ako taká. Keby nebola hmota, nebol by ani priestor a dokonca ani čas. Po druhé, rozpínanie vlastne znamená, že sa rozpína sám priestor, teda s plynúcim časom priestrou pribúda a preto sa nemôžme pýtať, kam sa vlastne rozpína. Pre jednoduchosť si skúsme predstaviť, že sme jednorozmerné, nekonečne tenké dážďovky, ktoré nevnímajú svoju šírku, lebo je zanedbateľne malá, vnímajú len svoju dĺžku. V tomto pojatí je vesmír nekonečne tenká a súčasne aj nekonečne pružná a nekonečne dlhá niť. V okamihu, ktorému vravíme veľký tresk je táto niť voľne natiahnutá v priamom smere od mínus nekonečna do plus nekonečna. Od okamihu veľkého tresku sa v rovnakom smere preťahuje akoby sama po sebe, takže zaisto nemožno odpovedať, kam sa tá niť vlastne naťahuje. A to isté platí aj pre vesmír, s tým rozdielom, že je trojrozmerný tak ako aj my. To si však veľmi dobre nedokážeme predstaviť, čo ale nevadí, pretože aj toto zovšeobecnenie stačí. Verím, že tak ako aj ja tak aj vy ste konečne pochopili, kam sa vesmír rozpína. A ako bude vy vesmír o pár rokov? Existujú dve vysvetlenia: buď sa bude vesmír naďalej rozpínať, alebo sa zastaví a začne sa zmršťovať až sa zrúti a skončí vo Veľkom krachu. Väčšina súčasných odborníkov sa viac prikláňa k prvej variante, takže sa zatiaľ nemusíme báť...
 
Všeobecná teória relativity
Špeciálna teória relativity tvrdí, že v inerciálnych vzťažných sústavách nielen mechanické, ale i všetky fyzikálne procesy prebiehajú rovnako. Ale ako predtým Galileo a Newton sa obmedzuje len na inerciálne vzťažné sústavy. Zrýchlenie spôsobuje narušenie stálosti chodov procesov v sústave a demonštruje svoj absolútny význam. Je možné si predstaviť udalosti v zrýchlených sústavach tak, aby neporušovali princíp relativity, teda aby nedávali absolútne kritériá pohybu. Je možné zovšeobecniť princíp relativity dokázaný len pre inerciálne vzťažné sústavy, i na zrýchlené sústavy.
 
Kladná odpoveď bola naznačená zákonitosťou známou od 17. storočia. Všetky telesá majú zotrvačnosť, všetky prejavujú odpor proti silovým poliam, ktoré na nich pôsobia. Miera odporu sa nazýva zotrvačnou hmotnosťou telesa. Ďalej je telesám vlastná niečo ako "citlivosť" voči silovým poliam, napr. elektricky nabité telesá sú citlivé na elektrické polia. Miera citlivosti sa nazýva elektrický náboj telesa. Voči elektrickým silám majú telesá "citlivosť" (náboj), ktorá nie je úmerná hmotnosti telesa. Teleso môže mať veľký odpor a minimálny elektrický náboj a naopak. Teleso o určitej hmotnosti vôbec nemusí mať elektrický náboj.
 
Ale existujú polia, voči ktorým je "citlivosť" telesa vždy úmerná jeho hmotnosti. Sú to polia tiaže, polia gravitačné. Vo všetkých prípadoch je "citlivosť" telesa voči gravitačnému poľu (možno ju nazvať gravitačnou hmotnosťou) úmerná zotrvačnej hmotnosti. Čím väčšiu gravitačnú hmotnosť teleso má, tým je ťažšie zmeniť jeho rýchlosť, tým je väčšia jeho zotrvačnosť. Všetky telesá získavajú jedno a to isté zrýchlenie v danom gravitačnom poli nezávisle na svojej zotrvačnej hmotnosti. Keď zanedbáme odpor vzduchu, padajú v blízkosti povrchu Zeme všetky telesá a to z rovnakej výšky rovnakou rýchlosťou.
  
Akonáhle je sústava telies urýchľovaná, kladú telesá väčší odpor voči zrýchleniu, ktorý je úmerný ich hmotnostiam. Tento odpor sa prejavuje silovým pôsobením na opačnú stranu, než je smer zrýchlenia. Príčinou tohto odporu sú samozrejme zotrvačné sily, ktoré sú úmerné hmotnosti telesa. Zrýchlenie spôsobené gravitačným poľom je úmerné gravitačnej hmotnosti. Pretože obe hmotnosti sú úmerné, nedokážeme poznať, čím sú spôsobené pozorované zrýchlenia. Sú spôsobené zrýchlením alebo gravitačným poľom?
 
Einstein uvedenú ekvivalentnosť ilustroval na kabíne výťahu mimo gravitačného poľa, ktorá sa pohybuje so zrýchlením, a na kabíne v gravitačnom poli, ktorá sa nepohybuje. V druhom prípade si predstavme kabínu zavesenú niekde v gravitačnom poli Zeme. V kabíne stoja ľudia, pociťujú tlak na svoje chodidlá a pripisujú tento tlak zemskej tiaži. Teraz si predstavme kabínu, na ktorú tiažové sily nepôsobia, ale ktorá je unášaná zo zrýchlením opačného smeru než v predchádzajúcom prípade. Zrýchlenie kabíny v nej vyvoláva procesy, ktoré sa nelíšia od procesov v prvom prípade, ktoré boli pripisované tiaži. Inerciálne sily pritlačia k podlahe chodidlá ľudí, ktorí sú v kabíne resp. natiahne povrázok so závažím. Einstein nazval nerozlíšiteľnosť príčin procesov prebiehajúcich v kabíne (či ich spôsobuje zrýchlenie alebo tiažová sila) ako princíp lokálnej ekvivalencie. Z jej princípu vyplýva, že zrýchlený pohyb nemá absolútne kritérium, vnútorné efekty je možné pripísať tiaži.
 
Aby sa mohla špeciálna teória relativity rozšíriť, muselo sa ukázať, že na účet tiaže možno pripísať i optické javy. Ide o toto: Predstavme si, že kabínu výťahu priečne pretína svetelný lúč. Jedným okienkom vchádza dnu a druhým vychádza. Ak sa kabína pohybuje so zrýchlením, posunie sa lúč na opačnú stranu než kabína. Ak sa kabína nepohybuje, ale nachádza sa v gravitačnom poli Zeme, lúč sa nevychýli a ukáže nám rozdiel medzi fyzikálnymi účinkami zrýchlenia a tiažovej sily. To nastane, ak svetlo nemá gravitačnú hmotnosť. Ak ju má, je vystavené pôsobeniu silového poľa, potom je vplyvu týchto síl podrobené i zrýchlenie. Aby sme takéto zrýchlenie pripustili, je nutné zriecť sa základného predpokladu špeciálnej teórie relativity - konštantnosti rýchlosti svetla. Einstein to urobil - obmedzil šeciálnu teóriu relativity na oblasti, kde je možné zanedbať gravitačné sily. Zato ale rozšíril princíp relativity na všetky pohybujúce sa sústavy. Záver o existencii tiaže svetla bolo možné overiť pozorovaním.
 
Kvantová teória (1905)
V roku 1900 Max Planck vyriešil niektoré veľmi obtiažne rozpory teórie žiarenia, keď predpokladal, že sa energia tepelného žiarenia vyžaruje a pohlcuje v diskrétnych, ďalej nedeliteľných množstvách - kvantách.
 
V roku 1905 Einstein predložil teóriu, podľa ktorej je svetlo (elektromagnetické žiarenie) nielen vyžarované a pohlcované, ale je i tvorené diskrétnymi, ďalej nedeliteľnými porciami, svetelnými kvantami. Sú to častice, ktoré sa pohybujú vo vákuu rýchlosťou asi 300 000 kilometrov za sekundu. Neskôr, v dvadsiatych rokoch minulého storočia, dostali tieto častice meno fotóny.
 
Existencia fotónov - svetelných kvánt - sama o sebe neplynie z existencie nedeliteľných porcií žiarenia a jeho absorbcie. Einstein to objasnil nasledujúcim príkladom: "Ak pivo vždy predávajú vo fľašiach, ktoré obsahujú pintu piva, vôbec z toho nevyplýva, že pivo je tvorené z nedeliteľných častí, ktoré sú rovné pinte."
 
Aby sme preskúmali, či sa pivo v súdku skladá z nedeliteľných častí, porozlievame ho do nejakého počtu nádob napr. 10 menších súdkov, budeme ho rozlievať ľubovoľným spôsobom, prenecháme nádobe, koľko piva sa do nej vojde. Zmeriame, koľko piva je v každom súdku a potom ho zlejeme späť do veľkého súdka. Tieto operácie budeme opakovať veľakrát. Ak sa pivo skladá z ďalej deliteľných častí, tak priemerné množstvo piva v nádobe bude pre všetky nádoby rovnaké. Ak sa skladá z nedeliteľných častí, tak sa medzi nimi objaví rozdiel v priemernom množstve piva (pozor, pokus treba prevádzať veľmi veľa krát). Predstavme si extrémny prípad, že v súdku je len jedna nedeliteľná porcia piva. V tomto prípade bude zakaždým celá porcia vyliata len do jedného malého súdka a ostatné budú prázdne, v tomto prípade bude najväčší rozdiel medzi obsahom nádob. Ak je súdok tvorený dvoma, troma alebo viacerými nedeliteľnými porciami piva, odchýlky od strednej hodnoty piva v nádobách budú čím ďalej, tým menšie. Podľa rozdielov medzi nameranou a strednou hodnotou je možné odhadnúť počet nedeliteľných porcií piva.
 
Prejdime k štúdiu elektomagnetických vĺn.Nech zaplňujú nejaký priestor ohraničený stenami napr. súdok, ktorý je tvorený jednotlivými "bunkami". Je možné rozdeliť energiu týchto vĺn na ľubovoľne veľký počet častíc alebo narazíme na nedeliteľné "porcie"? Ak je žiarenie nedeliteľné, aká je veľkosť najmenšej "porcie"?
 
Na tieto otázky môžme odpovedať, keď odmeriame odchýlky energie v bunkách od jej strednej hodnoty, teda variácie tejto energie pri prechode od jednej bunky k druhej. Ak sú minimálne "porcie" veľké, sú i variácie veľké, ak sú "porcie" malé, sú i variácie malé. Merania dajú nasledovný výsledok. Vo fialovom svetle (ktoré má vyššiu frekvenciu elektromagnetickýh kmitov), ktoré zapĺňa nejaký objem, sa stretávame s pomerne veľkými variáciami energie v rôznych bunkách. V červenom svetle s menšou frekveciou kmitov, sú variácie pri prechode z jednej bunky do druhej menšie. Z toho sa teda dá usúdiť, že fialové svetlo je tvorené väčšími nedeliteľnými časticami než červené.
 
Z toho sa teda dá usúdiť, že "pivo sa nielen predáva v pintových fľašiach, ale sa tiež z pínt skladá", svetlo sa skladá z nedeliteľných častí. Svetlo je nielen vyžarované a pohlcované v nedelietľných častiach, ale v časovom intervale medzi vyžiarením a pohltením sa skladá z nedeliteľných častíc, ktoré nesú vyššiu energiu, keď je frekvencia elektromagnetických kmitov vyššia. Energia a veľkosť svetelných častíc (kvant - fotónov) je úmerná frekvencii a pre svetlo určitej farby má určitú hodnotu.
 
Existencia fotónov sa dá demonštrovať v množstve pokusov. Najlepšie sa odvodzuje z fotoelektrického javu. Keď svetlo dopadá na kovovú doštičku, vytrhuje z nej elektróny. Pohyb týchto elektrónov vytvára elektrický prúd. Ak si predstavíme zdroj svetla, t.j. žiarič elektromagn. vĺn. Podľa toho, ako sa vlna rozbieha na strany, zmenšuje sa energia čelnej strany vlny. Energia elektrónov vytrhnutých z doštičky sa ale pri tom nezmenšuje. Každý vyžiarený elektrón má rovnakú energiu, iba počet elektrónov sa zmenšuje. Energia vyžiarená zdrojom nech je presne taká, aká je potrebná na vytrhnutie elektrónov z doštičky. Experiment ukazuje, že v tomto prípade môže svetlo vytrhnuť z doštičky, teda spôsobiť fotoelektrický jav i vo veľkej vzdialenosti od zdroja. Prebieha to asi tak, ako by z lode do vody skočil námorník a energia vlny, ktorá by sa v skutočnosti po vystreknutí vody rozložila po povrchu mora, by obišla zemeguľu a toho istého námorníka by vyhodila späť na loď.
 
Z teórie fotoelektrického javu teda vyplýva, že energia, ktorá je vynaložená na uvoľnenie jedného elektrónu, nezávisí na vzdialenosti zdroja a doštičky. Závisí na frekvencii elektromagnetických vĺn. Vytrhnutý elektrón obdrží celú energiu, ktorá je nutná k jeho vytrhnutiu, čím je väčšia vzdialenosť medzi zdrojom a doštičkou, tým menej je vytrhnutých elektrónov. Takáto zákonitosť, zhrňuje Einstein, zodpovedá obrazu jednotlivých častíc, ktoré sa rozlietajú od zdroja na všetky strany. Čím ďalej od zdroja sú, tým menej ich bude v jednotke objemu. Keď sa s takouto časticou stretneme, jej energia bude závislá iba na frekvencii žiarenia.
 
Existencia elektromagnetických vĺn a vlnová povaha svetla nebudú nikdy vyvrátené. Súčasne nemožno vyvrátiť korpuskulárnu povahu svetla, teda to, že sa skladá z fotónov. O tejto Einsteinovej teórii povedal Max Planck: "To, že sa vo svojich úvahách dostáva za hranicu cieľa, ako napríklad vo svojej hypotéze svetelných kvant, mu nie je nutné vytýkať. Pretože keď nebudeme riskovať, nemôžeme uskutočniť nič nové, a to ani v exaktnej prírodovede."

Fotoelektrický jav
Alkalické kovy pri dopade svetla sú schopné zo svojho povrchu emitovať elektróny. Vonkajší fotoelektrický jav nastane vtedy, ak elektróny opustia povrch kovu, vnútorný vtedy, ak elektróny neopúšťajú kov, len sa v atómovej mriežke uvoľňujú a premiestňujú. Einstein prvýkrát hypoteticky vyslovil názor 14. 12. 1900 na zasadnutí nemeckej Akadémie vied že: žiarenie je emitované a pohlcované nespojite, po malých dávkach energie - kvantá energie . Einstein definoval svetlo ako tok korpuskulárnych častíc - energetických kvánt, ktoré sa šíria vo vákuu 300 000 km/s - častice svetla fotóny. Fotóny nemajú pokojovú hmotnosť ale elektromagnetickú hmotnosť .
 
Záporne nabitá, ošmirglovaná, zinková platnička stratí svoj náboj, keď je ožiarená ultrafialovým svetlom. Tento jav je označovaný ako vonkajší fotoefekt (fotolektrický efekt, svetloelektrický efekt).
 
Na základe presnejších výskumov ku koncu 19. storočia vyplynulo, že fotoefekt sa vyskytuje aj pri iných materiáloch, a to vždy len pri použití dostatočného krátkovlnového svetla. Ku každej látke existuje určitá hraničná vlnová dĺžka, od ktorej možno pozorovať fotoefekt. Pre výskumníkov bola záhadou predovšetkým skutočnosť, že dlhovlnné svetlo nevyvoláva takýto účinok ani pri vysokej intenzite.
 
Vysvetlenie poskytol nakoniec Albert Einstein v roku 1905: svetlo pozostáva z častíc (fotonónov), pričom energia jedného fotónu je úmerná frekvencii svetla. Na uvoľnenie jedného elektrónu na povrchu zinkovej platničky alebo iného hmotného telesa je potrebná určitá energia (závislá od materiálu), tzv. výstupná práca. Ak je teda energia fotónu väčšia ako táto hodnota, možno elektrón uvoľniť.
 
Z tohto vysvetlenia vyplýva nasledovný vzťah:
Ekin = h f – W
 
Ekin ... maximálna kinetická energia uvoľneného elektrónu
h ..... Plancková konštanta (6,626 · 10-34 Js)
f ..... frekvencia
W ..... výstupná práca
 
Záver
Albert Einstein, aj keď to znie veľmi učene, bol človek ako my. Mal svoje radosti, starosti, miloval a ... Nie teraz tu nebude nenávidel, lebo tohto citu tento velikán a génius svetovej vedy nebol schopný. Môžeme ďakovať vyšším silám, že ho obdarili obrovskou dávkou humanity a múdrosti, lebo ak by bol len inteligentný, ale bezcitný, mohlo to s nami skončiť  veľmi zle. Albert Einstein bol veľkou osobnosťou,  jeho dielo a myšlienky pretrvajú veky, aj keď patria do sféry „len osobného"...