[ Pobierz całość w formacie PDF ]

Paradoks bliźniąt

Albert Einstein przyszedł na świat na terenie Niemiec, w miasteczku Ulm. Miało to miejsce 14 marca 1879 roku. Niespełna roku później rodzina Einsteinów przeprowadziła się do Monachium. Tam też młody Albert rozpoczął swoja edukację. Jako dziesięcioletni chłopiec podjął naukę w Leopold Gymnasium. Albert był dzieckiem bardzo trudnym. Miał problemu z aklimatyzacją w niemieckiej szkole, unikał kontaktów z rówieśnikami. Postrzegany był jako chłopiec bardzo nieśmiały i zamknięty w sobie. Miał także problemy z nauką, a w szczególności z przedmiotami humanistycznymi. Miał poważne problemy z przyswajaniem sobie prawideł języków obcych. Nigdy zresztą biegle nie nauczył się posługiwać żadnym z nich. Swoje prace już jako dorosły człowiek zawsze pisał w języku ojczystym. Zdecydowanie bardziej przemawiała do młodego Alberta matematyka. Jego ulubionym działem była geometria. Uczył się jej samodzielnie poza szkołą. Gdy Albert miał piętnaście lat rodzinę czekała kolejna [przeprowadzka tym razem już poza granice kraju, do Mediolanu. Albert podjął wówczas decyzję o pozostaniu w Monachium żeby dokończyć szkołę. Jednak ostatecznie zdecydował się na podróż wraz z rodziną. Po przeprowadzce rodzice nie poświęcali chłopcu dużo czasu zdając się na jego rozsądek. Tymczasem Albert postanowił przerwać edukację. Zafascynowany nowym krajem rozpoczął podróże po Włoszech. Tak spędził rok. Po tym czasie zapragnął jednak ponownie podjąć naukę. Jego wybór padł na Eidgenossosche Technische Hochschule (ETH) w Zurychu. Niestety nie zdał egzaminów wstępnych. Nie poddał się i przez kolejny rok uczęszczał do szkoły w Szwajcarii żeby uzupełnić braki w edukacji. Do wymarzonej ETH został przyjęty w roku 1896. Był to czas kiedy Albert Einstein zaczął odkrywać, że jego powołaniem jest fizyka i że to jej chce poświęcić swoją dalsza pracę.Jednak mimo wysiłku jaki włożył w to, żeby zostać przyjętym w poczet studentów ETH nie przykładał się zbytnio do zajęć na uczelni. W tym czasie bardziej pasjonowały go inne strony życia studenckiego. Wówczas tez jego dziewczyna zaszła w ciążę i urodziła dziecko, które oboje postanowili oddać do adopcji. Matka dziecka po kilku latach została żoną Einsteina.Mimo bujnego życia towarzyskiego Einstein znajdował też czas na rozwijanie swoich zainteresowań. Studiował prace Helmholtza, Maxwella i innych wielkich fizyków. Był bardzo dociekliwy, jednak nie mógł porozumieć się z wykładowcami i miał opinię człowieka lekceważącego wszelkie autorytety.

W roku 1900 Albert Einstein zdobył dyplom ukończenia ETH. Było to możliwe między innymi dzięki pomocy przyjaciela Einsteina , Marcela Grossmana, który pomógł mu przygotować się do końcowego egzaminu. Wszystko wiec skończyło się pomyślnie. Jednak ze względu na niepochlebną opinie na uczelni Einstein nie miał szans na otrzymanie etatu.Zmuszony był do podjęcia pracy jako młodszy referent w szwajcarskim urzędzie patentowym w Bernie.W czasie pracy zajmował się pisaniem swojego doktoratu oraz szczególną teorią względności. W roku 1905 opublikował w XVII tomie Annalen der Physik prace dotyczące właśnie tej teorii, a także ruchów Browna i efektu fotoelektrycznego. Właśnie za prace nad efektem fotoelektrycznym, które donosiły , że światło może mieć naturę korpuskularną Einstein otrzymał w roku 1921 Nagrodę Nobla.W 1909 roku Albert Einstein rozpoczął pracę na uniwersytecie w Pradze, skąd powrócił w 1912 roku na skutek nastrojów antysemickich.

 

W roku 1914 powierzono Einsteinowi dwa stanowiska profesorskie: w Pruskiej Akademii Nauk i na Uniwersytecie Berlińskim. Był to bardzo dobry czas, który zaowocował ważnymi odkryciami.W 1915 roku Albert Einstein opublikował założenia swojej najważniejszej teorii czyli ogólnej teorii względności.W momencie gdy do władzy doszedł Hitler Einstein ze względów bezpieczeństwa przeniósł się do Stanów Zjednoczonych. Otrzymał tam stanowisko w Instytucie Studiów Zaawansowanych w Princeton.Albert Einstein oprócz tego że był wybitnym naukowcem brał także udział w życiu politycznym. Początkowo głosił idee pacyfistyczne, które jednak w obliczu nazistowskiego zagrożenia i rosnącej potęgi hitlerowskich Niemiec zarzucił.W czasie II wojny światowej był gorącym zwolennikiem prac zmierzających do konstrukcji bomby jądrowej. Tuż po wojnie jednak uznał, że dalsza rozbudowa arsenału jądrowego zagraża istnieniu ludzkości, przed czym nieraz publicznie ostrzegał. W roku 1952 zaproponowano Einsteinowi prezydenturę Izraela, której nie przyjął.W latach późniejszych Einstein stał się osobą publiczną. Jego poglądy na różne tematy m.in. socjalizmu, stosunków między białymi i czarnymi, zawarte są w popularnej, często wznawianej książce Einsteina "Out of My Later Years".Niestety powodzenie w życiu naukowym nie szło w parze z powodzeniem w życiu osobistym. Pierwsze małżeństwo z Milevą Marić, z którą miał dwóch synów, zakończyło się rozwodem. Po raz drugi Einstein ożenił się ze swoją kuzynką Elsą Lowenthal, która zmarła w 1936 r. Na początku lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku Einstein zaczął podupadać na zdrowiu. W roku 1953 pękł mu tętniak aorty. Uczony jednak na własną prośbę nie poddał się operacji. Zmarł 18 kwietnia 1955 roku.

Jak już zostało powiedziane w roku 1905 Einstein opublikował trzy prace zawierające wyniki jego wieloletniej pracy. Jedna z prac nosiła tytuł " O elektrodynamice ciał ruchu". To właśnie w niej Einstein zawarł założenia szczególnej teorii względności .Teoria ta dotyczy zależności pomiędzy obiektami w ruchu. Einstein założył, iż prędkość światła jest taka sama dla wszystkich obserwatorów we wszystkich inercjalnych układach odniesienia, bez względu na ewentualny ruch źródła światła lub jego detektora.Szczególna teoria względności zakłada, że Wszechświat opisywany jest jako czterowymiarowa przestrzeń, w której punkty nazywane są zdarzeniami. Każdy punkt odpowiada danemu zjawisku fizycznemu. Teoria ta traktuje więc czas jako czwarty wymiar, wskazując, że czas związany jest ściśle z układem odniesienia, w którym jest mierzony.

Sformułowanie Einsteina podkreśla względność pomiarów naukowych.

Z założeń szczególnej teorii względności wynika równoważność masy i energii przedstawiona przez uczonego za pomocą słynnego wzoru: E = mc, gdzie E to energia, m - masa a c to prędkość światła.

Konsekwencją szczególnej teorii względności jest słynne równanie traktujące o równoważności masy i energii E = mc, gdzie E to energia, m - masa a c to prędkość światła.

Dziesięć lat później doszło do przedstawienia przez Einsteina założeń ogólnej teorii względności. Opisuje ona układy poruszające się w przyspieszeniem.

Jednym z zasadniczych kroków do stworzenia ogólnej teorii względności była zasada równoważności, mówiąca, że efekty przyspieszenia są nieodróżnialne od efektów jednorodnego pola grawitacyjnego. Wynika to z równoważności masy grawitacyjnej i masy bezwładnej.

Einstein twierdził, iż obecność materii powoduje wygięcie się czterowymiarowej przestrzeni. Ta krzywizna wpływa następnie na ruch wszystkich ciał znajdujących się w tym rejonie.Z teorią Einsteina wiąże się paradoks bliźniąt. Mianowicie wiadomo już, że czas związany jest ściśle z układem odniesienia , w którym dokonujemy jego pomiaru. Najprościej jest wytłumaczyć ten problem zakładając możliwość przeprowadzenia pewnego eksperymentu. Mianowicie kiedyś w bliżej nieokreślonej przyszłości przychodzi na świat para bliźniąt. Gdy dorastają jeden z nich postanawia zostać kosmonautą i wyrusza w długoletnia podróż. Oczywiście w tych wyobrażeniach zakładamy, że technika tak poszła naprzód, że długotrwałe podróże są możliwe i nie powodują żadnych skutków ubocznych. Rakieta , w której znajduje się jeden z braci oddala się od Ziemi z bardzo dużą prędkością, porównywalną z prędkością światła. Po kilku latach podróż kończy się szczęśliwym lądowaniem i dochodzi do ponownego spotkania dwóch braci bliźniaków.Czego można się spodziewać po wynikach takiego eksperymentu? Otóż okazuje się, że brat , który pozostał na Ziemi wydaje się być dużo starszy od swojego brata bliźniaka. Oboje są zaskoczeni swoim widokiem, nie zgadza się to bowiem z ich wyobrażeniami.Mianowicie według brata zostającego na Ziemi to brat opuszczający planetę na statku kosmicznym będzie starzał się wolniej. Ale dla brata na statku to Ziemia oddala się od niego z prędkością bliską prędkości światła i ma on prawo zakładać, że to brat na Ziemi będzie starzał się wolniej. Nie jest jednak możliwe równoczesne spełnienie obu założeń. Stąd bierze się paradoks, oczywiście przy założeniu, że żaden z układów odniesienia nie jest wyróżniony.Jest to jednak paradoks tylko pozorny. Gdy bowiem głębiej się zastanowimy to zauważymy, że układ związany z rakietą poruszającą się z przyspieszeniem nie jest układem inercjalnym.Będzie więc w nim występował ciekawy efekt polegający na wydłużeniu czyli dylatacji czasu. Tak więc w rzeczywistości paradoks zanika gdy zarzuci się próbę wyjaśnienia tej sytuacji w oparciu o szczególną teorię względności , która odnosi się do układów inercjalnych.Na razie eksperyment ten w dosłowny sposób jest nie do przeprowadzenia. Ale okazuje się, że z powodzeniem założenia tego eksperymentu można sprawdzić w trochę inny sposób. Wystarczy bowiem ludzi zastąpić bliźniaczymi zegarami atomowymi. Taki eksperyment został już przeprowadzony. Miało to miejsce w 1971 roku. Wtedy to dwaj fizycy ze Stanów Zjednoczonych wpadli na pomysł umieszczenia czterech zegarów atomowych na pokładzie odrzutowca. Natomiast cztery identyczne zegary pozostawiono w celach porównawczych na powierzchni Ziemi. Start odrzutowca miał miejsce w Waszyngtonie. Po starcie odrzutowiec wykonał dwa okrążenia wokół naszej planety po czym powrócił na Ziemię. No i okazało się , ze Einstein miał rację. Różnica w czasie pokazywanym przez zegary , które powróciły z przestrzeni kosmicznej i czasu mierzonego na Ziemi wynosiła około 300 miliardowych sekundy. Wydaje się, że jest to nieskończenie mała różnica, niemniej jednak świadcząca o prawdziwości teorii Einsteina.Paradoks bliźniąt nie dotyczy nas bezpośrednio, nie mamy bowiem do czynienia z układami poruszającymi się z ogromnymi prędkościami. Niemniej jednak okazuje się , że musi on być uwzględniany przez statki, które są sterowane dzięki wykorzystaniu satelitów.Paradoks bliźniąt jest trudny do wytłumaczenia z punktu widzenia naszego zdrowego rozsądku. Jednak nauka często daje nam przykłady zdarzeń, które można tłumaczyć tylko wówczas gdy poczynimy pewne nieraz wydawałoby się irracjonalne założenia. Niestety niektórych zdarzeń tak jak i paradoksu bliźniąt osobiście nie możemy sprawdzić ze względu chociażby na to, ze dotyczy on prędkości dla nas nieosiągalnych. Dlatego musimy przyjąć na wiarę doniesienia naukowców.