ALBERT EINSTEIN (0)

Tallinna Laagna Gümnaasium
Ilona Shmunk
ALBERT EINSTEIN
Referaat
Juhendaja : Marko Häelm
Tallinn 2012
SISUKORD

SISSEJUHATUS 3
1. ALBERT EINSTEINI ELULUGU 4
2. ALBERT EINSTEIN FÜÜSIKAS 8
2.1 Relatiivsusteooria 8
2.2 Fotoefekt 11
KASUTATUD KIRJANDUS 14

SISSEJUHATUS

Antud referaat räägib Albert Einsteinist. Ta on jagatud kahte peatükki, millest esimene käsitleb endast lühikest kirjeldust tema eluloost, ja teine räägib tema tähtsusest füüsikas. Viimasest võiks muidugi kirjutada pikki tekste ja neid kirjutama jäädagi, kuna Einstein saavutas enda elu jooksul rohkem, kui mitu sajandit füüsikud enne teda.
Einsteini tähtsust füüsikas võib pidada põhimõtteliseks, ta oli suurte ideede kasutuselevõtja, kes muutis maailmapilti märkimisväärselt ja võib lausa öelda absoluutselt. Kuigi muidugi absoluutsed asjad Einsteinile endale ei meeldinud.
Einstein ise on inimene, keda tunneb pildi pealt ära kõik ennast natukenegi harituks pidavad inimesed. Oma eksentrilise oleku ja välimusega on ta jätnud maailma muretu geeniuse mulje, keda vaadates tegelikult ei tekigi tunnet , et ta võiks geenius olla. Kuigi tõde on esmasest pilgust äärmiselt kaugel.

1. ALBERT EINSTEINI ELULUGU

Albert Einstein sündis 14. märtsil 1879 -ndal aastal Lõuna-Saksamaal Ulmi väikelinnas. Üles kasvas ta Münchenis, keset rikkalikku aeda , mis ümbritses tema vanemate maja. Selles majas õppis Albert armastama ja nautima looduse ilu.(Liivo, Taivo , 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2230)
Alberti isa Hermann oli samuti koolis näidanud üles taiplikkust matemaatika vallas, kuid tema vanematel polnud raha, et poega ülikooli saata. Alberti ema oli jõuka viljakaupmehe tütar Pauline Einstein- Koch , keda oli õnnistatud musikaalsusega. Võib öelda, et mõlema vanema anded kandusid üle Albertile. Noore Alberti isa ja onu tegelesid elektritarvikute müügiga. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2230)
Koolitee algas Münchenis Luitpoldi gümnaasiumis. Õpilasena võib Albertit kujutada keerulisena. Ta ei olnud küll kaugelti rumal, kuid õpetajatega ta läbi saada ei osanud ega tahtnudki. Ta istus põhiliselt tagapingis, unelev naeratus näol ja mõtles omi asju. Albert oli isepäine, oma arvamust ei jätnud kunagi avaldamata ja talle luges vähe, mida tast arvatakse. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2230)
Joonis 1. Pauline Einstein u 1878 a. (Vikipeedia Vaba Entsüklopeedia. en.wikipedia.org/wiki/File:Pauline Einstein.jpg (12.12.2012))
Enne, kui Albert jõudis gümnaasiumi lõpetada, kolis pere äriliste raskuste tõttu Itaaliasse. Perekonna rahaliste raskuste tõttu pidi Albert kiirelt mingi ametioskuse omandama. Selle jaoks ta soovis astuda Zürichi tehnikaülikooli. Kuna tal jäi Saksamaal gümnaasium pooleli , pidi Albert sooritama sisseastumiskatsed . Katsete füüsika ja matemaatika osades olid tulemused hiilgavad, kuid võõrkeeltes, keemias ja bioloogias ta põrus. Selline olukord jättis ainult võimaluse muretseda lõputunnistus mõnest Šveitsi gümnaasiumist. Oma gümnaasiumi lõputunnistuse sai Albert Einstein Aarau kantonikoolist. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2230-2231)
Asunud ülikooli õppima keskkooli füüsika- ja matemaatikaõpetajaks, tundis Albert alati, et tema loodusteaduslikud anded on paremad kui tema matemaatilised. Ülikoolis veedetud aastad haris Albert ennast paljuski ise, kohustuslikes ainetes pigem vedas ennast läbi. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2231)
Ülikooli lõpetas Albert keskmise hindega 4,91 – maksimaalne tulemus oli 6 – ja oli neljast lõpetajast ainus, keda ükski professor enda juurde tööle ei soovinud jätta. Õigemini, teda peeti matemaatikas andetuks. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2231)
Lõpetamisele järgnes mõneaastane virelemisperiood, mille jooksul Albert ei suutnud endale korralikku tööd muretseda. Päästerõngas visati talle aastal 1902, kui ta võeti tööle Berni patendibüroo III klassi eksperdina.(Piir, Ivar , 2005. Albert Einstein – aasta 1905. – Akadeemia, 17. Aastakäik, nr 7, lk 1382 )
Patendibüroos töötamise kõrvalt algas Albert oma uurimistööd. Ta võttis käsile termodünaamika ja statistilise füüsika vahekorra üldised probleemid. Ta avaldas sel teemal kolm artiklit . Lõpliku kuulsuse saavutas Joonis 2. Albert Einstein aastal . 1921.(Vikipeedia Vaba Entsüklopeedia. . en.wikipedia.org/wiki/File:Einstein_1921_portait2.jpg . (12.12.2012))
Albert aga oma artikliga „Ühest heuristilisest vaatekohast valguse tekkimisele ja muundumisele“, mis ilmus 17-ndal märtsil 1905 ajakirjas Annalen der Physik. Artikkel kajastas endas uurimust fotoefekti, millega omakorda sai alguse valguse kvantteooria .(Piir, Ivar, 2005. Albert Einstein – aasta 1905. – Akadeemia, 17. Aastakäik, nr 7, lk 1382-1386)
Edasine edu teadusmaailmas oli suur. 1908-st aastast lektor Berni ülikoolis, 1909 erakorraline professor Zürichi ülikoolis, 1911 korraline professor Praha saksa ülikoolis, 1912 korraline professor Zürichi tehnikaülikoolis. 1914. a kutsuti Albert Berliini ülikooli, kus ta asus juhatama spetsiaalselt talle loodud õppetooli. Samal ajal valiti ta 34-aastaselt Preisi Teaduste Akadeemia liikmeks. Selline edu tagas talle kõrge palga ja aja, et tegeleda oma uurimistööga. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2232)
1930-ndad aastad tõi Saksmaale natsionaalsotsialistliku valitsuse ja kasvava hirmuvalitsuse. Sellises sisekliimas oli Einsteinist saanud rahvavaenlane, keda korduvalt kutsuti üles tapma . 1933. a astust Albert Einstein Preisi Teaduste Akadeemiast välja ja esitas ka avalduse oma Preisi kodakondsusest lahti saamiseks. Selle asemel, et avaldust rahuldada, heideti Einstein 1934. aastal Preisi kodakondsete seast välja. Alates 1933-ndast aastast töötas Einsteni Ameerika Ühendriikides asuvas Princetoni Kõrgemas Uurimisinstituudis. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2232-2233)
Einstein oli kaks korda abielus. Esimest korda Serbia taluperest pärit Mileva Mariciga, kellega ta oli abielus 17 aastat. Teise naise Elsa Löwenthaliga abiellus Albert 1919 ja elas temaga koos kuni naise surmani 1936. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2233-2234)
Joonis 3. Albert Einstein koos Mileva Mariciga
(Vikipeedia Vaba Entsüklopeedia. en.wikipedia.org/wiki/File:Albert_Einstein_and_his_wife_Mileva_Maric.jpg(12.12.2012))
Albert Einstein suri 18. aprillil 1955 Princetoni haiglas une pealt kõhuaordi aneurüsmi rebendi tõttu. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2235 )

2. ALBERT EINSTEIN FÜÜSIKAS

2.1 Relatiivsusteooria

19-nda sajandi lõpuni valitses füüsikas mehhanistlik looduskäsitlus. See tähendas, et kõiki nähtusid üritati taandada mehaanilisele liikumisele. Selle maailmapildi suurmeistrid olid Galilei, Descartes ja Newton , viimane neist olles ilmselt suurim mehaanik ajaloos. Selline käsitlus ei andnud palju mänguruumi ja arvati, et kogu universum on lõplikult inimese jaoks selgeks tehtud ja uurida midagi suurt enam polnud. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2218-2219)
See maailmapilt aga pandi kõikuma James Maxwelli elektromagnetvälja võrrandite ja Heinrich Hertzi avastatud elektromagnetiliste võrrandite poolt, mis ei klappinud mitte kuidagi kokku Newtoni füüsika põhitõdedega. Nende avastuste tuules mingit drastilist muudatust siiski ei tehtud ja elu läks tavapäraselt edasi. Vankuma hakkas mehhanistlik tugevalt alles 1890-ndate aastate teisel poolel, kui Wilhelm Röntgeni avastatud kiirte uuringud viisid lõpuks radioaktiivsuse ja elektroni avastamiseni. Johtuvalt klassikalisest füüsikast tiirleksid elektronid ümber aatomituuma niimoodi, et nad lõpuks vajuksid tuuma peale ja aatom lõppeks olemast. Teine vapustuse tekitanud mõte tuli võtta omaks Max Planckil, kes katsete tulemusel nägi, et soojuskiirgus ei eraldu kehast mitte pideva voona, vaid jagamatute portsude ehk kvantidena. Algas füüsika kriis, mille ajal käis Einstein alles ülikoolis. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2219)
Oma teooria maailmaruumi toimimisest, kui nii lihtsustatult võib seda nimetada, avaldas Einstein alates 1905-ndast aastast, kui ilmust relatiivsusteooria (täpsemalt erirelatiivsusteooria) sünniürikuks nimetatud kolmekümneleheküljeline artikkel „Liikuvate kehade elektrodünaamikast“, milles on erakordse selgusega esitatud erirelatiivsusteooria kõik põhiseisukohad. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2219-2220)
Relatiivsusteooria artikkel mõjus kuis pommiplahvatusena, millele järgnes vaikus . Alles neli aastat hiljem hakkasid füüsikud esitama teaduslikes trükistes vastu- ja pooltargumente. Olles need millised tahes, oli relatiivsusteooria löönud ennast füüsikasse. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2220)
Relatiivsusteooria fenomen seisneb lühidalt öeldes aja ja ruumi kokkupanemises. Füüsikalised nähtused leiavad aset ruumis ja ajas, mis tähendab, et ruum ja aeg on mateeria olemise põhivormid ja teooria ruumist ja ajast on kõikide füüsikateooriate olemasolu alus. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2220)
Newton oli seisukohal, et nii aeg kui ka ruum on absoluutsed ja ei sõltu kõigest välisest. Einstein jõudis aga oma mõttetöös arusaamani, et mitte midagi absoluutset ei ole olemas, ei pikkust ega aega. Kui Newtoni mehaanika töötab siiani väga hästi kiiruste puhul, mis on märkimisväärselt väiksemad, kui valguse kiirus, ei tööta nad enam valgusekiiruse lähedaste kiiruste puhul. Sellise suure kiiruse puhul aeglustub aja vool märgatavalt ja samaaegselt vähenevad suurel kiirusel ka kehade mõõtmed märgatavalt. Seega kui keha liigub valguse kiirusel on aja kulg täiesti peatunud ja tema mõõtmed võrduksid nulliga ehk keha eksistents lakkaks. Valguse kiirusel saavad liikuda ainult sellised objektid, mil puudub geomeetriline kuju, näiteks valgusosakesed . (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2220-2225)
Veel enam väidab Einstein oma relatiivsusteooriaga, et raskus ja inerts on tegelikult üks ja sama nähtus, mis ei olene mitte keha enda omadustest, vaid teda ümbritseva ruumi iseärasustest, ja et gravitatsioon on seotud ruumi kõverdumisega. Seega ei saa gravitatsiooniväljas geomeetria olla eukleidiline ja gravitatsiooni ennast võib vaadelda kui kõrvalekaldumist Eukleidese geomeetriast. Ruum pole homogeenne, vaid selle geomeetriline struktuur sõltub massi jaotusest. Seda arvesse võttes on aga gravitatsiooni mõju geomeetriale Maal nii väike, et geomeetria ebatäpsust on peaaegu võimatu kindlaks teha. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2225-2228)
Üldjuhul aga valitseb ruumis mitteeukleidiline geomeetria, milles ruumi kõverus on see, mis määrab raskusjõu mõjul liikuva keha trajektoori. Meie päikesesüsteemi planeetide orbiidi määra seega Päikese massi poolt põhjustatud ruumi kõverus. Lõplikult langeb Einsteini jaoks ära vajadus gravitatsioonijõu järele. Langevate kehade või planeetide liikumine on lihtsalt inertsiaalse liikumise erijuht, kus kehad kulgevad mööda lühimaid võimalikke teid. Need teed pole sirgjoonelised, sest aegruum pole ise tasane . (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2225-2228)
Newton ja Einstein on ühel nõul asjaolul, et aegruumi teed kõverduvad. Erinevus tekib kohas, miks see nii on. Newtoni arvates kõverdab trajektoore jõud, Einstein väidab, et mingit jõudu pole vaja, kuna teed on ise juba kõverad. (Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. Aastakäik, nr 12, lk 2225-2228)
Joonis 4. Punaselt planeedi orbiit ümber
päikese Newtoni järgi, siniselt Einsteini järgi.(Vikipeedia Vaba Entsüklopeedia. en.wikipedia.org/wiki/File:Relativistic_precession.svg(12.12.2012)

2.2 Fotoefekt

Fotoefekti oli 1887-ndal aastal avastanud Heinrich Hertz. Fotoefekt tähendab nähtust, kus ultraviolettkiirte mõjul lüüakse ainest välja laetud osakesi. (Piir, Ivar, 2005. Albert Einstein. – aasta 1905 - Akadeemia, 17. Aastakäik, nr 7, lk 1386)
Järgmise kümnendi jooksul tehti kindlaks nähtuse lihtsamad seaduspärasused, seal hulgas ka punapiiri olemasolu. Edasised uuringud aga ei andnud vilja, kuna valguse laineteooriaga ei suudetud fotoefekti seletada. (Piir, Ivar, 2005. Albert Einstein. – aasta 1905 - Akadeemia, 17. Aastakäik, nr 7, lk 1386)
Kvandid tõi modernsesse füüsikasse saksa füüsik Max Planck aastal 1900, et seletada musta keha kiirguse iseloomu. Planck aga ei arvanud, et tegemist võiks olla millegi reaalsega ja pigem lootiski vastupidist. Tema jaoks olid kvandid midagi teoreetilist, mida sai kasutada asjade seletamiseks, kuna polnud muud väljapääsu, mitte midagi praktilist. Selles ta muidugi eksis.(Rohtmets, Indrek 2006. Lehed ja tähed. Tallinn Raamatutrükikoda, lk 120)
Lõpliku seletuse fotoefektile tegi aga Einstein. Valguskvant energiaga hv suudab ainest elektroni välja lüüa ainult siis, kui tema energia on suurem kui elektroni väljumistöö antud ainest A. Ülejäänud osa kvandi energiast muutub elektroni kineetiliseks energiaks. (Piir, Ivar, 2005. Albert Einstein. – aasta 1905 - Akadeemia, 17. Aastakäik, nr 7, lk 1386) . Joonis 5. Fotoefekt ( Physics Forum. . . . . Photoelectric effect. . Physicsforums.com/library.phh?dovie w_item= 30 . (12.12.2012))
Selle uurimuse eest fotoefekti ja selle seaduste avastamise eest sai Einstein 1921-sel aastal ka Nobeli preemia. (Piir, Ivar, 2005. Albert Einstein. – aasta 1905 - Akadeemia, 17. Aastakäik, nr 7, lk 1386)
KOKKUVÕTE
Albert Einstein oli füüsik, kes mõtles nö väljaspool kasti, mille alusel suutis ta maailmale anda uue nägumuse maailmaruumist, mis enam ei pidanud olema mitte absoluutne vaid relatiivne e suhteline. See on muidugi väga lihtne seletus tema kuulsale relatiivsusteooriale.
Selline seletus võttis maailmalt ära lihtsa kindluse, mida ta oli enne omanud ja läks muidugi vastu füüsikute kogukonna üldmõttele, mida tuli muutma hakata. Seega polnud Einstein kaugeltki armastatud omaaegsete seas.
Teistest kaugenenud elu oli aga Einsteinile juba väiksena meeldinud, kui unelev Albert käis veel koolis tavatarkuseid nõutamas. Tal polnud vaja teiste laste tähelepanu ega õpetajategi, kellega muidugi arvamused sageli lahkesid. Kaugeltki oli Albert eeskujulik õpilane ja pigem õppis ta seda, mis talle endale huvitav oli.
Ülikoolis ei läinud Albertil eriti paremini ja kuigi ta suutis õppekava hästi lõpetada, ei nähtud vastlõpetanud Albertis mingit matemaatilist annet. Esimene tõeline töökoht, mis tal õnnestus muretseda ei olnud seega seotud matemaatikaga ega füüsikaga. Temast sai patendibüroos ametnik . Just selle ameti kõrval kirjutas Einstein oma kuulsaimad uurimused ja avaldas need.
Einsteini kuulsaimaks teooriaks on kujunenud relatiivsusteooria, mille üks valemeid, mis kätkeb endast energia, massi ja valgusekiiruse seost, on tuntud ilmselt enamikele üldharidust saanud inimestele. Tegelikkuses on teooria märksa laiem ja selle seletamine võtab aega ja teadmisi, mida enamikel inimestest ei ole.
Lisaks sellele olid Einsteinil suured teened ka füüsika muudes valdkondades, mida sageli ei seostatagi temaga. Tema seletas esimesena fotoefekti ja sellega tõestas lõplikult valguse kvantteooria.
Referaati koostades sain palju uusi teadmisi Einsteini kohta, kuid muidugi tuleb tõdeda, et teadusajakirjades ja -raamatutes kirjutatu pole kindlasti kergestimõistetav. Selle laiem arusaamine nõuab paremaid teadmisi ja oskusi, mida omandan kindlasti tulevikus füüsikatundides.

KASUTATUD KIRJANDUS

Liivo, Taivo, 2009. Albert Einsteinist. – Akadeemia, 21. aastakäik, nr 12, lk 2218-2235
Piir, Ivar, 2005. Albert Einstein – aasta 1905. – Akadeemia, 17. aastakäik, nr 7, lk 1379-1390
Rohtmets, Indrek, 2006. Lehed ja tähed. Tallinna Raamatutrükikoda, lk 120