革命的な物理学者は彼の想像力を使った最も有名でエレガントな方程式を思いつくための複雑な数学ではありません。アインシュタインの一般相対性理論は、地球上の人々と比較した宇宙空間での宇宙飛行士の老化の減速や高速での固体の形状の変化など、奇妙ではあるが本当の現象を予測することで知られています。
でも面白いのは、コピーを取れば1905年の相対性に関するアインシュタインのオリジナルの記事は、解析するのが非常に簡単です。テキストは単純明快で、方程式はほとんど代数的です-高校生なら誰でもそれらを解析できます。
なぜなら、複雑な数学は決してアインシュタインのスケートでした。彼は比physical的に考え、想像力の中で実験を行い、物理的なアイデアと原理が明らかになるまでそれらを概念化するのが大好きでした。
これは、彼がわずか16歳のときにアインシュタインの精神実験が始まった場所です。
内容
- 1 1895：光線の横を走る
- 2 1904：動いている列車の光を測定する
- 1905年5月3日：雷が動いている列車に衝突
- 1905年9月4日：質量とエネルギー
1895年：光線の横を走る
アインシュタインの人生のこの時点で、彼の悪いドイツのルーツに対する潜在的な軽empt、ドイツの独裁的な教育方法はすでに役割を果たしていたため、彼は高校から追い出されたので、スイス連邦工科大学（ETH）に入ろうとしてチューリッヒに移りました。
しかし、最初に、アインシュタインは、近隣の都市アーラウの学校で1年間のトレーニングを過ごすことにしました。この時点で、彼はすぐに、光線の横を走るのがどのようなものであるかに興味があることを発見しました。
アインシュタインはすでに物理学のクラスで何を学んでいます光線：毎秒300,000キロメートルの速度で測定される多くの振動する電場と磁場、測定された光の速度。アインシュタインが同じ速度で走るなら、まるで宇宙で凍っているかのように、彼の隣に多くの振動する電場と磁場が見えることに気づいた。
しかし、それは不可能でした。 第一に、定常場は、物理学者が電気、磁気、および光について知っていたすべてを定めた数学の法則であるマクスウェルの方程式に違反するでしょう。これらの法則は非常に厳しく（そして今も変わらず）、これらのフィールドの波は光速で移動しなければならず、例外なく静止することはできません。
さらに悪いことに、定常場は相対性理論は、17世紀のガリレオとニュートンの時代から物理学者に知られていました。実際、相対性理論では、物理の法則は移動速度に依存することはできません。つまり、あるオブジェクトの速度を他のオブジェクトと比較してしか測定できないということです。
しかし、アインシュタインがこの原則を彼に適用したとき思考実験で矛盾が生じました：相対性理論は、彼が見ることができ、静止場を含む光線の隣に移動するすべてのものが、物理学者が実験室で作成できる平凡なものでなければならないことを指示しました。しかし、誰もこれを見たことはありません。
この問題はEinstein 10をさらに心配させますETHでの研究と仕事の道のりと、スイスの首都ベルンへの移住期間中、スイス特許庁の審査官になります。彼がパラドックスを完全に解決するのはそこです。
1904：動いている列車からの光を測定する
簡単ではありませんでした。 アインシュタインは彼に起こった解決策を試みましたが、何もうまくいきませんでした。ほぼ必死になって、彼は熟考し始めましたが、単純だが根本的な決定を下しました。おそらくマックスウェルの方程式はすべてに有効であると彼は考えましたが、光の速度は常に一定でした。
言い換えれば、飛行を見るとき光のビームは、そのソースがあなたに向かって移動するか、あなたから遠ざかる、離れる、または他のどこかに移動するかどうかは関係ありません。測定する光の速度は、毎秒300,000キロメートルです。とりわけ、これはアインシュタインが静止した振動場を決して見ることがないことを意味しました、なぜなら彼は光線をキャッチすることができなかったからです。
私が見た唯一の方法でしたアインシュタインは、マクスウェルの方程式を相対性理論と調和させる。しかし、一見したところ、この決定には致命的な欠陥がありました。彼は後で別の思考実験でそれを説明しました：鉄道が例えば毎秒3000キロメートルの速度で同じ方向に通過する間に、鉄道の堤防に沿って始まるビームを想像してください。
堤防の近くに立っている人は測定する必要があります光ビームの速度と毎秒300,000キロメートルの標準数を取得します。しかし、電車に乗っている人は毎秒297,000キロメートルの速度で光が動いているのを見るでしょう。光の速度が一定でない場合、車内のマクスウェルの方程式は異なって見えるはずです、とアインシュタインは結論付け、それから相対性の原理に違反します。
この明らかな矛盾により、アインシュタインはほぼ一年間考えます。しかし、1905年5月のある晴れた朝、彼はチューリッヒでの学生時代から知っていたエンジニアであるミシェル・ベッソと仕事に行きました。二人の男は、いつものように、アインシュタインのジレンマについて話しました。そして、突然アインシュタインは解決策を見ました。彼は一晩中それに取り組み、翌朝会ったとき、アインシュタインはベッソにこう言った。「ありがとう。問題を完全に解決しました。」
1905年5月：雷が動いている列車に衝突
アインシュタインの啓示は相対運動の観察者は時間を異なって知覚します。一方の観察者の視点からは同時に、他方の視点からは異なる時間に2つのイベントが発生する可能性があります。そして、両方のオブザーバーは正しいでしょう。
アインシュタインは後に彼の主張を説明した別の思考実験で見る。観測者が再び鉄道のそばに立っていて、列車が彼のそばを飛んでいると想像してください。列車の中心点が観測者のそばを通過する瞬間に、雷が列車の両端に当たります。落雷は観察者から同じ距離で当たるため、それらの光は同時に彼の目に入ります。同時に落雷があると言ってもいいでしょう。
その間、列車のちょうど真ん中に別のオブザーバー。彼の視点からは、2回の落雷からの光は同じ距離を進み、光の速度はどの方向でも同じになります。しかし、列車は動いているため、バックライトニングからの光はより長い距離を移動する必要があるため、最初からの光よりも数秒後に観測者に届きます。光パルスは異なる時間に到着するため、落雷は同時ではなく、より速いと結論付けることができます。
アインシュタインは、この同時性が相対的であることを認識しました。そして、あなたがこれを認めるとすぐに、私たちが現在相対性理論と結びつけている奇妙な効果は、単純な代数を使用して解決されます。
アインシュタインは熱心に自分の考えを書き留め、出版のために作品を提出しました。タイトルは「動く物体の電気力学について」であり、マックスウェルの方程式を相対性理論と結びつけようとするアインシュタインの試みを反映しています。 Bessoは特別な感謝を受け取りました。
1905年9月：質量とエネルギー
しかし、この最初の仕事は最後ではありませんでした。アインシュタインは1905年の夏まで相対性理論に取りつかれていました。
それはもう一つの精神に基づいていました実験。休息中の被験者を想像してください、と彼は言いました。今、彼が反対方向に2つの同一の光パルスを同時に放射していると想像してください。オブジェクトはそのまま残りますが、各インパルスは一定量のエネルギーを運び去るため、オブジェクトに含まれるエネルギーは減少します。
今、アインシュタインはこれがどのように見えるかを書いた動いているオブザーバーのプロセス？彼の視点からは、オブジェクトは単純に直線で動き続け、2つのパルスが飛び去ります。しかし、2つのパルスの速度（光の速度）が同じであっても、それらのエネルギーは異なります。進行方向に前方に移動するインパルスは、反対方向に移動するインパルスよりも高いエネルギーを持ちます。
いくつかの代数を追加することにより、アインシュタインはこのすべてを一貫させるために、オブジェクトは光パルスを送信するときにエネルギーを失うだけでなく、質量も失う必要があります。または、質量とエネルギーは交換可能でなければなりません。アインシュタインはそれらをつなぐ方程式を書きました。そして、それは科学の歴史の中で最も有名な方程式になりました：E = mc2。
