Εμφάνιση αναρτήσεων με ετικέτα Einstein. Εμφάνιση όλων των αναρτήσεων
Εμφάνιση αναρτήσεων με ετικέτα Einstein. Εμφάνιση όλων των αναρτήσεων

Πέμπτη 19 Νοεμβρίου 2015

Ο Einstein και η θεωρία της Γενικής Σχετικότητας (100 χρόνια)

Πλησιάζουμε στην επίσημη επέτειο των 100 χρόνων από την παρουσίαση της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας από τον Einstein στην Πρωσική Ακαδημία επιστημών και γι'αυτό το λόγο έχουν κυκλοφορήσει διάφορα αφιερώματα σχετικά.

Για παράδειγμα, το περιοδικό Nature έχει ένα αφιέρωμα στα 100 χρόνια με μια συλλογή από σχετικά άρθρα. Ένα από αυτά τα άρθρα είναι και το άρθρο με τίτλο, "Einstein was no lone genius", που περιγράφει την πορεία της ανάπτυξης της θεωρίας της σχετικότητας από τον Einstein και την συνεργασία του με τους υπόλοιπους που συνεισέφεραν σε αυτή τη διαδικασία (στην πραγματικότητα και όχι στην φαντασία κάποιων), όπως ήταν ο Marcel Grossmann και ο Michele Besso.

Ένα άλλο ενδιαφέρον άρθρο που κυκλοφόρησε στο περιοδικό Physics Today, με τίτλο Arch and scaffold: How Einstein found his field equations, περιγράφει την διαδικασία από την οποία τελικά ο Einstein κατέληξε στις εξισώσεις πεδίου της Γενικής Σχετικότητας, μια διαδικασία που δεν ήταν εντελώς ευθεία.

Ακόμα, η American Physical Society παρουσιάζει μια συλλογή από αφιερώματα σε διάφορα θέματα σχετικά με την Γενική Σχετικότητα που προέκυψαν από δημοσιεύσεις που έχουν γίνει στο παρελθόν στα επιστημονικά περιοδικά της ένωσης.

Τα άρθρα αξίζει να τα διαβάσει κανείς, αλλά πέρα από αυτό και για να υπάρχει έστω και μια σύντομη αναφορά στα Ελληνικά (όπου κυριαρχούν διάφοροι μύθοι και αρλούμπες), είπα να κάνω εδώ μια σύντομη περίληψη.

Einstein, μια όχι και τόσο μοναχική ιδιοφυΐα

Όπως είπαμε και παραπάνω, δύο είναι τα βασικά πρόσωπα που συμμετέχουν στην όλη ιστορία (αν και όχι τα μοναδικά), ο Grossmann και ο Besso, και οι δύο φίλοι και συμφοιτητές του από το πολυτεχνείο της Ζυρίχης (το σημερινό ETH) όπου φοίτησε την περίοδο 1896-1900. Ο Grossman ήταν ο μαθηματικός της παρέας και ο Besso ήταν μηχανολόγος/μηχανικός. Ο πατέρας του Grossmann ήταν που βοήθησε τον Einstein να βρει δουλειά στο γραφείο ευρεσιτεχνιών το 1902 και ο Besso τον ακολούθησε εκεί 2 χρόνια αργότερα. Η αλληλεπίδραση των δύο ανδρών το διάστημα που πέρασαν στο γραφείο ήταν και ο λόγος που ο Einstein αναγνωρίζει τη συνεισφορά του Besso στην εργασία του πάνω στην ειδική σχετικότητα το 1905. Την ίδια δε περίοδο ολοκληρώνει και την διδακτορική του εργασία πάνω στις διαστάσεις των ατόμων (θέμα που σχετίζεται με μια άλλη από τις διάσημες εργασίες του του 1905, αυτή για την κίνηση Brown).

Ο Einstein άρχισε να σκέφτεται το πρόβλημα της γενίκευσης της θεωρίας του της ειδικής σχετικότητας από το 1907, όταν ήταν ακόμα στο γραφείο ευρασιτεχνιών, αλλά ξεκίνησε να δουλεύει ουσιαστικά στο πρόβλημα από το 1909, οπότε και ανέλαβε θέση στο πανεπιστήμιο της Ζυρίχης. Στο διάστημα 1909-1912, ο Einstein συνειδητοποιεί ότι η περιγραφή της βαρύτητας πρέπει να γίνει με γεωμετρικούς όρους και ότι η κίνηση των σωμάτων στα οποία δρα μόνο η βαρύτητα θα πρέπει να ακολουθεί γεωδαισιακές τροχιές (γενικευμένες ευθείες ή ελεύθερες τροχιές) σε κάποιο χώρο. Για να αναπτύξει αυτή τη γεωμετρική θεωρία ο Einstein συνεργάζεται με τον Grossmann, ο οποίος έχει τις απαραίτητες γνώσεις διαφορικής γεωμετρίας, και δημοσιεύουν μαζί το 1913 μια εργασία που έγινε γνωστή ως Entwurf paper και δίνει μια πρώτη συνολική διατύπωση για την θεωρία της βαρύτητας. Αυτή η θεωρία διαφέρει από την τελική μορφή της γενικής σχετικότητας ως προς τη μορφή των εξισώσεων πεδίου, την μορφή δηλαδή που έχει η σύνδεση της ύλης με την γεωμετρία. Η τελική θεωρία είναι γενικά αναλλοίωτη στους μετασχηματισμούς συντεταγμένων, ενώ η αρχική θεωρία είναι περιορισμένης αναλλοιώτητας.

Την ίδια περίοδο, κυκλοφορούσαν μερικές ακόμα εναλλακτικές προτάσεις για μια θεωρία της βαρύτητας που να είναι συμβατή με την ειδική σχετικότητα. Μια τέτοια θεωρία ήταν αυτή του Φινλανδού Gunnar Nordstrom, όπου η βαρύτητα περιγραφόταν από ένα πεδίο στο χώρο Minkowsky της ειδικής σχετικότητας. Ο Einstein συνάντησε τον Nordstrom μετά την επίσκεψή του στη Βιέννη το 1913, όπου είχε κληθεί να παρουσιάσει την θεωρία του, όπου και τον έπεισε ότι η πηγή του βαρυτικού πεδίου θα πρέπει να σχετίζεται με τον τανυστή ενέργειας ορμής. Η έννοια του τανυστή ενέργειας ορμής είχε αναπτυχθεί στα πλαίσια της ειδικής σχετικότητας και ο φυσικός Friedrich Kottler το 1912 την γενίκευσε για καμπύλους χώρους. Η Ertwurf θεωρία που παρουσίασαν το 1913 οι Einstein και Grossmann βασιζόταν στην εργασία του Kottler και ο ίδιος ο Einstein δεν είχε κανένα πρόβλημα να το αναγνωρίσει και να του αποδώσει τα εύσημα στις διαλέξεις της Βιέννης.

Το καλοκαίρι του 1913 ο Einstein συνεργάζεται με τον Besso πάνω στο πρόβλημα του υπολογισμού της μετάπτωσης του περιηλίου του Ερμή, προσπαθώντας να εξηγήσουν την διαφορά των 43''. Ο αρχικός τους υπολογισμός όμως δίνει αποτέλεσμα μόνο 18'', ενώ ο Besso υπολόγισε και την μετάπτωση που προέβλεπε η θεωρία του Nordstrom και βρήκε ότι προέβλεπε μετάπτωση 7'' κατά την αντίθετη από την μετρούμενη φορά. Παράλληλα με το πρόβλημα του περιηλίου του Ερμή, οι Einstein και Besso σκεφτόντουσαν και το θέμα της γενικής συναλλοιώτητας των εξισώσεων πεδίου καθώς και την εφαρμογή τους σε περιστρεφόμενα συστήματα. Μια ακόμα διαφορά ανάμεσα στη θεωρία του Nordstrom και στην Entrwurf θεωρία ήταν ότι η τελευταία προέβλεπε εκτροπή του φωτός υπό την παρουσία βαρυτικού πεδίου, σε αντίθεση με την πρώτη που δεν προέβλεπε εκτροπή. Η πρώτη πειραματική επαλήθευση αυτού του γεγονότος θα έρθει το 1919 από τον Eddington.

Μια ακόμα συνεργασία που είχε εκείνη την περίοδο ο Einstein ήταν αυτή με τον φυσικό Adriaan Fokker, με τον οποίο προσπάθησαν να δώσουν μια πιο γεωμετρική εκδοχή της θεωρία του Nordstrom. Αυτή η δουλειά τον βοήθησε στην περαιτέρω ανάπτυξη της Entwurf θεωρίας με τον Grossmann, σε μια δουλειά που δημοσίευσαν το 1914.

Η δουλειά πάνω στην Entwurf θεωρία είχε ως αποτέλεσμα να κληθεί ο Einstein να δώσει μια σειρά από διαλέξεις στο Guettingen το 1915, τις οποίες παρακολούθησε ο μαθηματικός David Hilbert και ήταν η αφορμή για να ασχοληθεί με την θεωρία της βαρύτητας και να διατυπώσει τελικά την δικιά του προσέγγιση στις εξισώσεις πεδίου μέσω της αρχής ακρότατης δράσης. Από το καλοκαίρι του 1915 μέχρι το Νοέμβρη του ίδιου χρόνου, ο Einstein προσπαθεί να παράξει τις σωστές εξισώσεις πεδίου, αφού έχει συνειδητοποιήσει ότι η προσέγγιση της Entwurf θεωρίας δεν είναι η σωστή. Οι τελικές εξισώσεις που δημοσιεύει είναι οι σωστές και είναι γενικά συναλλοίωτες. Σε μια από τις εργασίες του Νοέμβρη υπολογίζει και την μετάπτωση του περιηλίου του Ερμή με βάση τις νέες εξισώσεις πεδίου και το βρίσκει 43''.

Ακόμα και με τις σωστές εξισώσεις πεδίου διαθέσιμες, το μεγαλύτερο πρόβλημα ήταν η φυσική ερμηνεία της γενικής συναλλοιώτητας. Ο Einstein από ότι φαίνεται οδηγήθηκε στη σωστή ερμηνεία, ότι δηλαδή τα χωροχρονικά γεγονότα είναι θεμελιώδη και έχουν φυσικό περιεχόμενο και όχι οι συντεταγμένες, με την βοήθεια των Besso και Ehrenfest.

Αυτά είναι λοιπόν τα ονόματα των ανθρώπων που έπαιξαν τον βασικό ρόλο και συνδιαμόρφωσαν την τελική μορφή της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας όπως αυτή παρουσιάστηκε στο τέλος του 1915, τα 100 χρόνια της οποίας γιορτάζουμε φέτος,

Grossmann, Besso, Kottler, Nordstrom, και Fokker.

Αξίζει εδώ να αναφέρουμε και την συμμετοχή ενός ακόμα συνεργάτη του Einstein, τον αστρονόμο Erwin Finlay Freundlich, με τον οποίο ο Einstein είχε αλληλογραφία και δέχτηκε υποστήριξη αν και όχι απαραίτητα πάντα πάνω σε τεχνικά θέματα. Ο Freundlich μάλιστα προσπάθησε να μετρήσει την εκτροπή του φωτός από τον Ήλιο κατά την έκλειψη του 1914. Δυστυχώς η όλη ιστορία δεν είχε καλή κατάληξη για τον ίδιο, αν και ευτυχώς απέφυγε τα χειρότερα, αφού κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του ξέσπασε ο πρώτος παγκόσμιος πόλεμος με αποτέλεσμα να συλληφθεί από τους Ρώσους.

Τα παραπάνω βασίζονται και ακολουθούν κάπως στο άρθρο του Nature και αφορούν τις συνεισφορές των συνεργατών του Einstein. Πέρα από αυτά, έχει ενδιαφέρον να διαβάσει κανείς και το άρθρο του Physics Today όπου παρουσιάζεται πιο αναλυτικά η πάλη για την κατανόηση του φυσικού νοήματος της γεωμετρικής θεωρίας της βαρύτητας και της συναλλοιώτητας των εξισώσεων πεδίου.

----Update(19/11/15)-----------------------------------
Αναφορές στις εργασίες:

[1] A. Einstein, "Die Feldgleichungen der Gravitation", Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften (Berlin), Seite 844-847 (1915)
[2] A. Einstein, "Erklärung der Perihelbewegung des Merkur aus der allgemeinen Relativitätstheorie", Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften (Berlin), Seite 831-839 (1915)
[3] A. Einstein, "Zur allgemeinen Relativitätstheorie (Nachtrag)", Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften (Berlin), Seite 799-801 (1915)
[4] A. Einstein, "Zur allgemeinen Relativitätstheorie", Sitzungsberichte der Königlich Preußischen Akademie der Wissenschaften (Berlin), Seite 778-786 (1915)

[5] A. Einstein, A.D. Fokker, "Die Nordströmsche Gravitationstheorie vom Standpunkt des absoluten Differentialkalküls", Annalen der Physik, vol. 349, Issue 10, pp.321-328 (1914)
[6] A. Einstein, M. Grossmann, "Kovarianzeigenschaften der Feldgleichungen der auf die verallgemeinerte Relativitätstheorie gegründeten Gravitationstheorie", Zeitschrift für Mathematik und Physik, 63, 215–225 (1914)
[7] A. Einstein, M. Grossmann, "Entwurf einer verallgemeinerten Relativitätstheorie und eine Theorie der Gravitation. I. Physikalischer Teil von A. Einstein II. Mathematischer Teil von M. Grossmann", Zeitschrift für Mathematik und Physik, 62, 225–244, 245–261 (1913)
[8] F. Kottler, "Über die Raumzeitlinien der Minkowski'schen Welt", Wiener Sitzungsberichte 2a, 121: 1659-1759 (1912)
[9] A. Einstein, "Einfluss der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes", Annalen der Physik(ser. 4), 35, 898–908 (1911)


Και εδώ μπορεί να βρει κανείς μία λίστα με τις εργασίες του Einstein.


----Update(30/11/15)-----------------------------------
Και λίγα ακόμα links:

[10] A Peek into Einstein's Zurich Notebook by John D. Norton
[11] Volume 8: The Berlin Years: Correspondence, 1914-1918 (English translation supplement)
[12] Volume 6: The Berlin Years: Writings, 1914-1917 (English translation supplement)
[13] Volume 4: The Swiss Years: Writings 1912-1914

Σάββατο 3 Ιανουαρίου 2015

2015: 100 Years of General Relativity

Καλή Χρονιά και χρόνια πολλά σε όλους. Ας ελπίσουμε ότι το 2015 θα είναι μια καλή χρονιά, ή έστω μια χρονιά προς το καλύτερο...


Πράγμα που δεν βλέπω για αρχή, δεδομένης της επικαιρότητας σχετικά με τις επερχόμενες εκλογές, που με αίσθημα ευθύνης η κυβέρνηση αποφάσισε να επισπεύσει παίζοντας με το θέμα της εκλογής του προέδρου της δημοκρατίας προκειμένου να ξεφορτωθεί διάφορες καυτές πατάτες, και τις κωλοτούμπες, τις ακροβασίες στην επιχειρηματολογία και γενικότερα τα καραγκιοζιλίκια στα οποία έχουν αρχίσει με ιδιαίτερο οίστρο να επιδίδονται οι "πολιτικοί ηγέτες" της χώρας.
Δεν θα ασχοληθώ περισσότερο με αυτά εδώ, αν και δεν μπορούσα να μην τα σχολιάσω έστω και λίγο.

100 χρόνια λοιπόν από την εργασία του 1915 πάνω στην θεμελίωση της θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας και το 2015 έχει επίσημα ανακηρυχθεί από την UNESCO ως έτος φωτός.
Einstein Centenary
In 1915, the theory of General Relativity developed by Einstein showed how light was at the center of the very structure of space and time. There will be many events worldwide focusing on this seminal theory of the universe, and this page will provide specific links so you can get involved, and will also provide other resources so that you can learn about Einstein and his many contributions to physics and cosmology.

Η χρονιά φέτος λοιπόν θα είναι γεμάτη με εκδηλώσεις σχετικά με τα 100 χρόνια γενικής σχετικότητας και θα προσπαθήσω και εγώ να συμμετέχω όσο μπορώ σε αυτό.
Σε αυτά τα πλαίσια, ελπίζω ότι θα δραστηριοποιηθεί και η Ελληνική Κοινότητα Σχετικότητας, Βαρύτητας και Κοσμολογίας με σχετικές εκδηλώσεις και ενημερωτικές δράσεις.

Για αρχή πάντως, υπάρχει ένας κομήτης που κάνει την επίσκεψή του μέσα στο Γενάρη (Comet C/2014 Q2 Lovejoy), ο οποίος πρέπει να είναι ορατός αρχικά (αυτές τις μέρες) Νότια και στη συνέχεια (μετά τα μέσα του μήνα) Δυτικά του αστερισμού του Ωρίωνα. Αξίζει νομίζω να προσπαθήσει να τον εντοπίσει κανείς.



Παρασκευή 21 Μαΐου 2010

Einstein is Wrong, Wrong, Wrong... LOL

Στο New Scientist, ανέβηκε σήμερα (22:47 20 May 2010) ένα άρθρο με τίτλο, Levitating glass bead proves Einstein wrong.

Πόσο γρήγορα λέτε ότι θα βγει κάποιος να ισχυριστεί με βάση αυτό το άρθρο ότι επιτέλους ο Einstein διαψεύδεται και ότι καιρός ήταν να πέσει αυτός ο μύθος που λέγεται Einstein; LOL


Επί της ουσίας τώρα, το άρθρο αφορά την πειραματική μέτρηση των αλλαγών στην ταχύτητα ενός σωματιδίου, λόγω της κίνησης Brown. Η κίνηση Brown είναι ουσιαστικά ένα τρέμουλο που φαίνονται να κάνουν κάποια σωματίδια που είναι αρκετά μικρά όταν τα τοποθετούμε σε κάποιο ρευστό, εξαιτίας της στατιστικής διακύμανσης στις συγκρούσεις που δέχεται το σωματίδιο. Έτσι, πότε από την μία και πότε από την άλλη, το σωματίδιο δέχεται περισσότερη ορμή με αποτέλεσμα να κάνει μια τρεμουλιαστή κίνηση. Αυτό παρατηρήθηκε πρώτη φορά αν δεν κάνω λάθος σε κόκκους γύρης στο μικροσκόπιο.

Ο Einstein είχε δουλέψει πάνω στην ερμηνεία της κίνησης Brown και η εργασία του πάνω στο θέμα αυτό είναι μία από τις περίφημες εργασίες του που δημοσιεύτηκαν το 1905 (μαζί με το φωτοηλεκτρικό για το οποίο πήρε το Nobel και την ειδική σχετικότητα). Τότε λοιπόν, σύμφωνα με το New Scientist φαίνεται να είχε δηλώσει ότι οι μεταβολές στην ταχύτητα ενός σωματιδίου λόγω της κίνησης Brown δεν θα μπορούσαν να μετρηθούν πρακτικά ποτέ. Και όμως, ο Eistein έκανε ΛΑΘΟΣ... οι ταχύτητες αυτές μετρήθηκαν με την βοήθεια δύο δεσμών LASER.

Το άρθρο πάντως στον New Scientist, αν εξαιρέσεις τον γελοίο τίτλο, δεν είναι κακό.
Για να δούμε όμως ποιος θα τσιμπήσει...

Κυριακή 18 Απριλίου 2010

The day Einstein Died

Σαν σήμερα, στις 18 Απριλίου 1955, πέθανε ο Albert Einstein στο νοσοκομείο του Princeton από εσωτερική αιμορραγία λόγω ρήξης ενός ανευρύσματος που είχε στην περιοχή της κοιλιάς. Το να μην αντιμετωπίσει το ανεύρυσμα ήταν προσωπική του επιλογή. Πέθανε σε ηλικία 76 χρονών.

Το περιοδικό LIFE έχει μια συλλογή από φωτογραφίες από εκείνη την ημέρα:
The Day Einstein Died - Photo Gallery - LIFE

Κυριακή 21 Μαρτίου 2010

Ο Αϊνστάιν, ο Θεός και τα... μπαρμπούτσαλα

Όταν ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έλεγε: «Ο Θεός δεν παίζει ζάρια με τον κόσμο», οι επικριτές του έλεγαν φανερά ενοχλημένοι: «Ας σταματήσει ο Αϊνστάιν να λέει στο Θεό τι να κάνει».

Στην πραγματικότητα όμως δεν τους ενοχλούσε η ασέβεια του Αϊνστάιν προς τα θεία, αλλά ότι γνώριζαν βαθιά μέσα τους ότι ο Αϊνστάιν είναι και θα είναι εσαεί ο μεγαλύτερος φυσικός του 20ου αιώνα.


Αυτά μας πληροφορεί το site του pyles.tv με αφορμή κάποια έκθεση με χειρόγραφα του μεγάλου επιστήμονα.

Και σκέφτεται κανείς, οι απόψεις είναι σαν... ξέρετε τι και όλοι έχουν από μία.

Πραγματικά ίσως να είναι και δύσκολο να εξηγήσω πόσο εκπληκτικά άκυρη είναι η παραπάνω φράση.

Ας τα πάρουμε όμως με την σειρά. Ο Einstein εκτός από την θεωρία της σχετικότητας, είχε μία ακόμα μεγάλη συνεισφορά. Είχε ενεργή συμμετοχή στα πρώτα βήματα της κβαντικής φυσικής με τις εργασίες του για την κβαντική φύση του φωτός, για τις οποίες έλαβε και το βραβείο Nobel του 1921.

Όμως, αν και ήταν ας πούμε από τους πατέρες της κβαντικής θεωρίας, μαζί με τον Max Planck, η μετέπειτα εξέλιξη του πνευματικού του τέκνου δεν ήταν όπως θα την ήθελε ο ίδιος. Δεν ταίριαζε δηλαδή στην εικόνα που είχε για το πως θα πρέπει να είναι η Φύση. Η πιθανοκρατική θεώρηση των πραγμάτων που εισήγαγε η κβαντομηχανική ήταν κάτι που δεν καθόταν καλά στον Einstein. Θιασώτης της πιθανοκρατικής αντίληψης και ένας από τους πατέρες της κβαντομηχανικής και φυσικά ένας από τους υπερ-ήρωες της φυσικής του 20ου αιώνα (μαζί με τον Einstein) ήταν ο Δανός Niels Bohr, ο οποίος έλαβε το βραβείο Nobel του 1922.

Οι δύο αυτοί πνευματικοί γίγαντες αποτέλεσαν τους δύο πόλους μιας αντιπαράθεσης για την φύση των πραγμάτων με την κβαντομηχανική στο κέντρο. Στα πλαίσια αυτής της αντιπαράθεσης, προέκυψε και η περίφημη φράση του Einstein, "Ο Θεός δεν παίζει ζάρια με τον κόσμο", που διατυπώθηκε ως κριτική στην θεωρία της κβαντομηχανικής. Την απάντηση στην παραπάνω δήλωση, "Ας σταματήσει ο Αϊνστάιν να λέει στο Θεό τι να κάνει", την έδωσε ο Bohr και όχι κάποιος τυχαίος.



Τελικά, η φύση και η ιστορία διέψευσαν τον Einstein, αφού η κβαντομηχανική αποτελεί μέχρι και σήμερα μια θεμελιώδη περιγραφή των πραγμάτων που έχει αντέξει στις πειραματικές δοκιμασίες τόσο καλά όσο και η θεωρία της σχετικότητας.


Δεν ξέρω αν τα παραπάνω μπορούν να δείξουν το ακριβές μέγεθος της βλακείας του αρχικού σχολίου, αλλά ελπίζω ότι δίνουν μία εικόνα.
Η ουσία του πράγματος είναι ότι κάποιοι επιτέλους θα είναι καλύτερα να μασάνε παρά να μιλάνε για πράγματα που εμφανώς δεν έχουν την παραμικρή ιδέα ή τουλάχιστον να προσπαθούν να ενημερωθούν πριν ξεφουρνίσουν ότι βλακεία τους κατέβει.