아인슈타인의 과학적 업적 우중차오 아인슈타인은 뉴턴 다음으로 역사상 가장 위대한 과학자이다. 그는 특수 상대성 이론의 중요한 발견자이며, 일반 상대성 이론, 즉 현대 중력 이론의 확립에 크게 기여한 사람입니다. 19세기 말, 맥스웰은 전자기 이론에서 전기와 자기를 성공적으로 통합했습니다. 그는 자신의 방정식을 통해 진공에서 전파되는 전자기파의 속도가 바로 빛의 속도라는 사실을 추론하여 광파가 전자기파가 되어야 한다는 결론을 내렸습니다. 전자기파의 종류. 맥스웰은 집안에 유전된 질병으로 인해 48세밖에 살지 못해 전자파 실험의 성공을 보지 못했습니다. 뉴턴의 절대공간과 절대시간, 그리고 갈릴레오의 옛 상대성이론의 틀 안에서, 상대적으로 균일하게 움직이는 좌표계에서는 무한한 속도로 움직이는 물체만이 같은 속도, 즉 무한한 속도를 갖는다. 뉴턴의 만유인력은 무한한 속도로 전달된다고 여겨졌기 때문에 맥스웰 이전에는 뉴턴 물리학이 자기일관적이라고 생각했고, 전자파는 유한한 속도로 전파되는 것으로 여겨졌는데, 옛 상대성 이론에서는 그 속도가 좌표계에 따라 달라졌다. . 그래서 그의 방정식은 에테르라는 매체에 대해 상대적으로 정지해 있는 것으로 간주되는 특정 좌표계에서만 유지될 수 있었습니다. 그래서 에테르의 존재에 대한 탐구가 과학의 주제가 되었습니다. 마이컬슨-몰리 실험 결과 에테르의 존재가 부정되었습니다. 아인슈타인은 1905년 "움직이는 물체의 전기역학"이라는 제목의 논문을 발표하면서, 시간과 공간이 결합되어 4차원 시공간으로 결합되고, 기준계가 상대적으로 일정한 속도로 움직일 때 시공간 좌표는 소위 로렌(Loren)을 따른다. 선형변환을 하면 맥스웰 방정식을 포함한 모든 물리법칙은 같은 형태를 취해야 한다. 이 경우 에테르의 존재는 완전히 불필요합니다. 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 발표하기 전에 마이클 몰리의 실험에 대해 알고 있었는지 여부는 과학사에서 풀리지 않는 미스터리로 남아 있습니다. 이 논문은 뉴턴의 절대공간과 시간관을 버리고 물리학에 혁명을 일으켰습니다. 로렌츠 변환에서 파생된 규모 축소, 시계 속도 저하 및 쌍둥이 역설은 모두 사람들의 직관과 충돌합니다. 유명한 질량-에너지 등가 공식은 원자력 에너지와 심지어 핵무기의 이론적 기초입니다. 1900년 플랑크는 흑체 복사의 자외선 재해 문제를 해결하기 위해 복사의 양자 이론을 제안했는데, 즉 광학 복사는 양자라고 불리는 파동 묶음의 형태를 취해야 한다. 그러나 빛이 입자, 즉 광자의 형태로 존재할 수 있다는 사실을 사람들이 진정으로 받아들인 것은 아인슈타인이 광자 이론을 제안한 이후였습니다. 플랑크는 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 관한 첫 번째 논문의 평론가였습니다. 빛의 파동이 입자로 존재할 수 있는데, 전자와 같은 물질입자도 파동으로 존재할 수 있는가? 이는 프랑스 대학원생 드 브로이(de Broglie)의 생각이었고, 아인슈타인은 이 급진적인 가설을 알게 된 후 즉시 이를 지지했습니다. 이것들은 모두 양자 이론 발견의 전주곡입니다. 아인슈타인은 광자 이론으로 노벨 물리학상을 수상했습니다. 사실 상대성 이론에 대한 아인슈타인의 기여가 훨씬 더 중요하지만, 노벨상 위원회는 급진 상대성 이론에 대해 신중한 태도를 취하고 있습니다. 사실, 노벨상은 이론상대주의자에게 수여된 적이 없습니다. 아인슈타인은 평생 동안 양자 이론을 궁극적인 이론으로 받아들이지 않았습니다. 그는 양자 역학은 단지 현상학적 이론일 뿐이며 궁극적인 이론이 결정적이어야 한다고 믿었습니다. 우리는 현재 상태로는 양자역학이 일관성이 없다는 것을 알고 있습니다. 여전히 Einstein-Roshon-Padolsky 역설로 고통 받고 있습니다. 최근 몇 년간의 일부 연구에서는 슈뢰딩거의 고양이 역설이 어느 정도 완화된 것으로 보입니다. Dirac은 특수 상대성 이론과 양자역학을 결합하여 매우 유익한 양자장 이론을 얻었습니다. 양자장 이론은 모든 미세한 입자를 설명하는 이론적 틀입니다. 반입자의 개념은 Dirac의 방정식에서 파생될 수 있습니다. 양자 전기역학은 전자, 광자, 양전자의 소멸, 생성, 상호 변환을 설명할 수 있습니다. 그 후 사람들은 현대 입자 물리학을 발전시켰습니다. 아인슈타인은 자신이 특수 상대성 이론을 발표하지 않으면 5년 안에 다른 누군가가 발표할 것이라고 말했습니다. 사실, 로렌츠와 푸앵카레는 당시 이미 이 결과에 매우 가까웠습니다. 로렌츠가 낡은 시간관과 공간관에서 벗어나지 못한 것은 안타까운 일이고, 푸앵카레는 주로 뛰어난 수학자였기 때문에 예리한 비전과 심오한 사고를 지닌 아인슈타인만이 이 역사적 과업을 담당했다. 로렌츠는 당시 이미 세계적으로 유명한 물리학자였고, 푸앵카레는 프랑스 최초의 수학자였으며, 아인슈타인은 대학을 졸업한 뒤 중학교 교사 자리도 구하지 못해 친구들에게 의지했다는 점은 언급할 만하다. 그의 재능을 소개하기 위해 베른 특허청에서 사무원으로 일했습니다. 그는 계속해서 자신이 1915년에 일반 상대성 이론을 발표하지 않았다면 사람들은 적어도 50년은 기다려야 했을 것이라고 말했습니다. 이 추정치는 매우 합리적이다.

일반상대성이론은 특수상대성이론과 중력이 결합된 결과이다. 실험적 기초 중 하나는 중력 질량과 관성 질량의 동등성인 피사의 사탑에서 갈릴레오의 자유 낙하 실험입니다. 그러나 그 물리적 의미를 충분히 설명하기 위해 사람들은 300년, 즉 일반상대성이론의 발견을 기다렸다. 따라서 아인슈타인이 아니었다면 앞으로 50년을 더 기다리는 것이 가능했을 것입니다. 아인슈타인의 전집 제6권을 살펴보면, 인간 이성의 유아기 단계인 그가 행한 수많은 실패한 시도를 볼 수 있습니다. 그는 중력장이 다른 물질장과 다르다고 믿습니다. 이는 시공간의 곡률로 구현되며, 시공은 물질과 분리된 시공간의 곡률입니다. 중력파. 소위 일반상대성이론의 원리는 모든 좌표변환에 대해 물리법칙이 동일한 형태를 취한다는 것이고, 특수상대성이론의 원리는 로렌츠 선형변환에 대해서만 물리적 법칙이 동일한 형태를 취한다는 것입니다. 중력장은 소위 아인슈타인 방정식에 의해 지배됩니다. 이는 비선형적이며 이전의 모든 필드 방정식과 다릅니다. 따라서 물질의 운동 방정식은 아인슈타인의 방정식에 의해 암시됩니다. 중력장 방정식은 공간과 시간을 독립 변수로 하고 메트릭을 종속 변수로 하는 타원 제약 조건을 갖는 2차 쌍곡선 편미분 방정식입니다. 그 복잡성과 아름다움은 그것을 다뤄본 사람 누구에게나 지속적인 인상을 남깁니다. 일반 상대성 이론의 틀 내에서 아인슈타인은 중력 적색편이, 수성의 근일점 세차운동, 중력장에 의한 빛의 굴절과 같은 계산을 수행했습니다. 태양의 중력장 근처에서 빛이 굴절된다는 그의 예측은 1919년 서아프리카 일식을 관찰함으로써 확증되었습니다. 그의 방정식은 풀기가 너무 어려웠기 때문에 그는 주로 자신의 비교할 수 없는 물리적 통찰력에 의존하여 이러한 계산에 대략적인 해법만 사용했습니다. 구형 대칭에 대한 정확한 해인 슈워츠 해는 그 후에야 발견되었습니다. 그는 중력장 방정식을 사용하여 처음으로 전체 우주를 연구하여 이론적 우주론의 새로운 학문을 창안했습니다. 불행하게도 그는 안정된 우주 개념이 너무나 뿌리 깊게 박혀 있었기 때문에 진화하는 우주의 해법을 거부했습니다. 이런 이유로 그는 장 방정식에 우주 상수를 도입하기도 했고, 인류는 중대한 과학적 예측 기회를 잃었습니다! 1929년에 허블은 소위 허블의 법칙인 은하 스펙트럼의 적색 편이와 거리 사이의 선형 관계를 관찰했습니다. 사람들은 적색편이를 우주의 팽창으로 돌리고 우주는 100억년 전에 큰 폭발로 생성되었다고 주장합니다. 이것이 소위 표준 빅뱅 우주론입니다. 그의 장 방정식은 또한 블랙홀을 설명하는 해인 소형 물체의 중력 붕괴, 슈워츠 해(Schwartz 해) 및 그 확장에 대한 해를 산출합니다. 그러나 아인슈타인은 물질이 그렇게 콤팩트할 수 없다고 믿었고 이것이 터무니없다고 썼습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 천문학적 관찰을 통해 사람들은 일반적으로 은하 중심에 거대한 블랙홀이 있다고 믿게 되었습니다. 사실 우주 그 자체와 블랙홀은 이론물리학의 가장 놀라운 주제입니다. 우주와 블랙홀을 제외한다면 물리학의 탁월함은 크게 줄어들 것입니다! 아인슈타인은 브라운 운동, 레이저 메커니즘의 기초가 되는 복사 이론, 보스-아인슈타인 통계 및 그 응축 현상에 중요한 공헌을 했습니다. 양자역학에 관한 그와 보어 사이의 논쟁은 과학사에서 길고도 광범위한 사건이었습니다. 그는 자연의 모든 상호작용이 하나의 효과로 통합될 수 있다고 굳게 믿었습니다. 통일장이론은 과학의 왕관에 박힌 다이아몬드입니다! 현대의 초대칭, 초중력, 초끈 이론은 모두 통일장이론으로 가는 길에 대한 시도입니다. 상대성 이론은 지난 40년 동안 큰 발전을 이루었으며, 특히 고전 상대성 이론은 성숙한 주제가 되었습니다. 현대 상대성이론의 발전은 주로 펜로즈와 호킹에 기인한다. 펜로즈는 심오한 상대론적 계산에 뚜렷한 물리적 의미를 부여하기 위해 전역 분석 및 위상학적 도구를 사용했습니다. 그의 이름을 딴 펜로즈 다이어그램은 파인만 다이어그램이 입자 물리학에 중요한 만큼 공간과 시간에 중요합니다. 호킹과 펜로즈는 함께 이상한 승리의 정리를 증명했습니다. 그는 블랙홀 면적 정리를 독립적으로 증명했으며, 블랙홀 사건 지평선 면적은 블랙홀의 엔트로피를 나타냅니다. 그의 블랙홀 증발 이론은 양자장 이론, 일반 상대성 이론, 통계 물리학을 통합합니다. 그의 이론의 장엄함은 마치 부처님의 빛처럼 눈부십니다. 그의 양자우주론에 대한 무경계 가설은 우주의 창조를 연구하는 과학이론이다. 저자는 아인슈타인과 다음 세대의 과학자들의 경력을 이끈 가장 큰 동기는 부나 명성 또는 기타 더 고귀한 목표가 아니라고 믿습니다(특히 부와 명성은 다른 더 빠른 수단으로 얻을 수 있기 때문에). 그들의 주요 동기는 과학적 호기심과 과학적 미학입니다. 우리는 얼마나 많은 사람들이 과학을 위해 세상의 건강, 부, 명성을 희생했는지에 대한 많은 예를 역사에서 찾을 수 있습니다.

그러나 과학적 발견과 예술적 창조의 기쁨을 제외하고는 사람들이 세상에서 갖고 있는 모든 것을 빼앗길 수 있습니다. 호기심과 아름다움에 대한 인류의 끊임없는 추구는 인류를 더 나은 미래로 이끌 것입니다! 아인슈타인 탄생 120주년 전날에 작성된 글