Atbilde: Alberts Einšteins neizgudroja īpašas ierīces, tā vietā viņš formulēja daudzas teorijas un sniedza nozīmīgu ieguldījumu teorētiskajā fizikā un daudzās dažādās fizikas jomās.

Alberts Einšteins bija vācu izcelsmes teorētiskais fiziķis, kurš tiek plaši uzskatīts par vienu no nozīmīgākajām zinātnes figūrām visā 20. gadsimtā. Viņš ievērojami veicināja mūsu zināšanas par gaismas, telpas un laika būtību, attīstot vispārējās relativitātes teoriju, kas ir viens no mūsdienu fizikas stūrakmeņiem. Viņa atklājums par fotoelektriskā efekta likumu, kas sniedza skaidrojumu dažiem gaismas aspektiem un kalpoja par atspēriena punktu kvantu mehānikas attīstībai, viņam 1921. gadā nopelnīja Nobela prēmiju fizikā.

Politiskais aktīvists un pacifists, kurš strādāja arī zinātnē, Alberts Einšteins skaļi iebilda pret kodolieroču izmantošanu un fašisma attīstību Eiropā. 1933. gadā viņš imigrēja uz ASV, lai bēgtu no nacistu valdības, un atlikušo karjeras daļu strādāja Prinstonas universitātē. Viņš bija pilsoņu tiesību atbalstītājs un piedalījās Jeruzalemes Ebreju universitātes dibināšanā. Zinātne un tehnoloģijas ir guvušas lielu labumu no Einšteina ieguldījuma, un vārds ģēnijs ir sācis viņu pārstāvēt. Viņa ieguldījums kvantu mehānikā un statistikas mehānikā ir mainījis mūsu zināšanas par matērijas un enerģijas dabu, un viņa idejas par relativitāti mainīja to, kā mēs izprotam kosmosu. Viņa atklājumi ir būtiski veicinājuši daudzu fizikas disciplīnu, tostarp kosmoloģijas un daļiņu fizikas, attīstību, kā arī radīja tādas tehnoloģijas kā GPS.

Alberta Einšteina izgudrojumi

Alberts Einšteins ir vislabāk pazīstams ar savu ieguldījumu teorētiskajā fizikā, nevis ar kādu konkrētu tehnoloģisku ierīču izgudrošanu. Tomēr šeit ir daži no viņa galvenajiem zinātniskajiem ieguldījumiem un atklājumiem:

1. Speciālās relativitātes teorija

Saskaņā ar Einšteina speciālās relativitātes teoriju gaismas ātrums vienmēr ir nemainīgs, un fizikas likumi attiecas uz visiem novērotājiem, kas pārvietojas viens pret otru nemainīgā ātrumā. Tas ieviesa divus galvenos postulātus:

• Fizikas likumi ir vienādi visiem novērotājiem, kas pārvietojas vienmērīgi vienam pret otru. Tas nozīmē, ka fizikas likumi nav atkarīgi no novērotāja kustības.
• Gaismas ātrums vakuumā vienmēr ir vienāds neatkarīgi no novērotāja kustības vai gaismas avota. Tas nozīmē, ka gaismas ātrums ir vienāds visiem novērotājiem neatkarīgi no viņu relatīvās kustības.

2. Vispārējās relativitātes teorija

Einšteina vispārējās relativitātes teorija apgalvoja, ka gravitācija patiesībā ir laika telpas izliekums, ko rada masas vai enerģijas esamība, nevis spēks, kas darbojas starp masām. Viens no galvenajiem vispārējās relativitātes principiem ir ekvivalences princips, kas nosaka, ka gravitācijas spēks ir vienāds visos virzienos un ka to nevar atšķirt no paātrinājuma. Tas nozīmē, ka novērotājs slēgtā vidē, kurā nav gravitācijas, nevarētu pateikt, vai viņi atrodas gravitācijas laukā vai arī paātrinās.

3. Fotoelektriskais efekts

Pirmos eksperimentālos pierādījumus enerģijas kvantēšanai sniedza Einšteina skaidrojums par fotoelektrisko efektu, par ko viņam 1921. gadā tika piešķirta Nobela prēmija fizikā. Šis skaidrojums arī kalpoja par pamatu kvantu mehānikas attīstībai. Viena no galvenajām Einšteina fotoelektriskā efekta teorijas prognozēm ir tāda, ka emitēto elektronu enerģija būs atkarīga tikai no gaismas frekvences, nevis tās intensitātes. Šo prognozi apstiprināja eksperimenti, kas parādīja, ka gaismas intensitātes palielināšana nepalielināja izstaroto elektronu enerģiju, bet tikai palielināja emitēto elektronu skaitu.

4. Vienādojums E=mc²

Enerģija un masa ir vienādas saskaņā ar slaveno Einšteina vienādojumu, E = mc2. Šim vienādojumam ir būtiskas fizikas sekas, tostarp enerģijas izdalīšanās kodolreakciju laikā un kodolenerģijas radīšana. Vienādojums nosaka, ka enerģija (E) un masa (m) ir līdzvērtīgas un tās var pārvērst viena otrā, un gaismas ātrums (c) ir konstante, kas saista abus. Vienādojums ir atvasināts no Einšteina īpašās relativitātes teorijas, kas ir teorija par telpas un laika dabu. Viens no speciālās relativitātes pamatprincipiem ir ideja, ka fizikas likumi ir vienādi visiem novērotājiem, kas pārvietojas vienmērīgi vienam pret otru.

5. Bozes-Einšteina statistika

Tas ir statistikas jēdziens, kas apraksta neatšķiramu daļiņu, piemēram, fotonu vai atomu, sistēmas uzvedību. Šo koncepciju 1924. gadā pirmo reizi ierosināja Indijas fiziķis Satjendra Nats Bose, un vēlāk to neatkarīgi izstrādāja Alberts Einšteins. Bozes-Einšteina statistiku var matemātiski aprakstīt ar Bozes-Einšteina sadalījuma funkciju, kas dod varbūtību atrast daļiņu noteiktā kvantu stāvoklī. Sadales funkciju nosaka:

n(E) = 1/[exp(E-μ)/kT - 1]>

Kur n (E) ir daļiņu skaits dotajā kvantu stāvoklī ar enerģiju E, μ ir ķīmiskais potenciāls, k ir Bolcmana konstante un T ir sistēmas temperatūra.

6. Einšteina-Podoļska-Rozena paradokss

Einšteina-Podoļska-Rozena paradokss bija Alberta Einšteina, Borisa Podoļska un Neitana Rozena izstrādāts domu eksperiments, kura mērķis bija parādīt kvantu fizikas ierobežojumus. Paradoksa pamatā ir ideja, ka divas daļiņas, kas ir mijiedarbojušās pagātnē, kas pazīstamas kā sapinušās daļiņas, var būt korelētā stāvoklī, tā ka vienas daļiņas stāvokli var noteikt, izmērot otras daļiņas stāvokli neatkarīgi no tā, kā viņi atrodas tālu viens no otra. EPR paradokss ir formulēts šādi:
Pieņemsim, ka divas daļiņas A un B ir izveidotas tā, ka tās ir sapinušās. Tiek izmērīta daļiņas A pozīcija un impulss, un tiek konstatēta noteikta vērtība. Saskaņā ar kvantu mehāniku tiek noteikta arī daļiņas B pozīcija un impulss, pat ja mēs tos vēl neesam izmērījuši.

7. Einšteina ledusskapis

Einšteina ledusskapi 1926. gadā izveidoja Einšteins un Leó Szilārdi, bijušais skolnieks. Tas izmantoja amonjaka gāzi, un tam nebija kustīgu daļu, padarot to efektīvāku par citiem tā laika ledusskapjiem. Einšteina ledusskapis darbojas pēc termodinamikas principa un izmanto termoelektrisko procesu, kur elektrība tiek izmantota siltuma pārnešanai no vienas vietas uz otru. Dizaina pamatideja ir izmantot termoelektrisko ģeneratoru, lai pārvērstu siltumu no ledusskapja siltākās puses elektroenerģijā, ko pēc tam izmanto, lai darbinātu kompresoru un cirkulētu aukstumaģentu caur sistēmu.

Izgudrojumu vēsture:

1. Speciālās relativitātes teorija 1905. gadā publicētajā rakstā par kustīgu ķermeņu elektrodinamiku Einšteins pirmo reizi atklāja savu īpašās relativitātes teoriju. Teorijas pamatā bija pieņēmumi, ka gaismas ātrums vienmēr ir nemainīgs un fizikas noteikumi ir vienādi visiem novērotājiem, kas pārvietojas viens pret otru ar nemainīgu ātrumu. Šī teorija noteica laika telpas ideju un atspēkoja dominējošo Ņūtona uzskatu par fiziku.
2. Vispārējās relativitātes teorija : Saskaņā ar Einšteina vispārējās relativitātes teoriju, kas pirmo reizi tika prezentēta 1915. gadā, masa vai enerģija izraisa telpas laika saliekšanos, nevis gravitācijas spēku, kas darbojas kā spēks starp dažādas masas objektiem. Šī hipotēze aprakstīja, kā izturējās lieli objekti, piemēram, planētas un zvaigznes, un vēlāk to apstiprināja novērojumi par to, kā zvaigžņu gaisma tiek saliekta saules aptumsumu laikā.
3. Fotoelektriskais efekts : Pirmo eksperimentālo pierādījumu enerģijas kvantēšanai sniedza Einšteina skaidrojums par fotoelektrisko fenomenu, kas tika publicēts 1905. gadā. Tā vietā, lai tā būtu vilnis, kas nepārtraukti pārnes enerģiju, viņš izvirzīja hipotēzi, ka gaisma sastāv no daļiņām (galu galā pazīstamas kā fotoni). nodot enerģiju elektroniem. Šis atklājums ielika pamatu kvantu mehānikas attīstībai.
4. Vienādojums E=mc² : 1905. gadā Einšteins uzrakstīja rakstu Vai ķermeņa inerce ir atkarīga no tā enerģijas satura? kurā viņš publicēja savu slaveno vienādojumu E=mc2. Šim vienādojumam, kurā apgalvots, ka masa un enerģija ir vienādi, ir būtiskas fizikas sekas, tostarp enerģijas izdalīšanās kodolreakciju laikā un kodolenerģijas radīšana.
5. Bose-Einšteina statistika : Einšteins 1924. gadā izstrādāja rakstu, kurā sīki izklāstīta bozonu sistēmas, subatomisko daļiņu klases, statistiskā uzvedība zemā temperatūrā. To sauc par Bozes-Einšteina statistiku. Bozes-Einšteina statistika ir šīs statistikas darbības pašreizējais nosaukums.
6. Einšteina-Podoļska-Rozena paradokss : Einšteina-Podoļska-Rozena paradoksu izklāstīja Alberts Einšteins, Boriss Podoļskis un Neitans Rozens 1935. gada rakstā, kas tika publicēts Physical Review. Šī domu eksperimenta mērķis bija parādīt, cik nepilnīga ir kvantu mehānika.
7. Einšteina ledusskapis : Ar amonjaku darbināmo, nekustīgo daļu Einstein ledusskapi 1926. gadā izveidoja Einšteins un bijušais students Leó Szilárd. Šis ledusskapis bija pirmais veiksmīgais termodinamiskā cikla, kas pazīstams kā Einšteina ledusskapis, ieviešana, un tas bija efektīvāks par citiem šī perioda ledusskapjiem.

Izgudrojumu priekšrocības/ietekme:

Alberta Einšteina zinātniskajiem atklājumiem un izgudrojumiem ir bijušas daudzas priekšrocības, kas ir būtiski ietekmējušas mūsu izpratni par Visumu un ir novedušas pie daudziem tehnoloģiskiem sasniegumiem. Šeit ir dažas no viņa izgudrojumu galvenajām priekšrocībām:

1. Speciālās relativitātes teorija: Einšteina īpašās relativitātes teorija ir uzlabojusi mūsu zināšanas par telpu un laiku un ir izmantota vairākās disciplīnās, tostarp daļiņu fizikā un kosmoloģijā. Turklāt tas ir izmantots daļiņu paātrinātāju, kā arī GPS un citu navigācijas sistēmu izveidē.
2. Vispārējās relativitātes teorija : Pateicoties Einšteina vispārējās relativitātes teorijai, tagad ir iespējams precīzāk izprast gravitāciju un Visuma uzbūvi. Tas ir izmantots GPS un citās navigācijas sistēmās, kā arī melno caurumu un citu debess notikumu prognozēšanā.
3. Fotoelektriskais efekts: Pateicoties Einšteinam, ir izstrādātas jaunas tehnoloģijas, piemēram, fotoelementi, ko izmanto automātiskajās durvīs un kamerās, un fotoemisijas elektronu mikroskopija.
4. Vienādojums E=mc² : Kodolenerģijas izgudrojumu un enerģijas izdalīšanos kodolprocesos, kas tika izmantota elektroenerģijas ražošanai, var attiecināt uz Einšteina vienādojumu E=mc2. To izmanto arī dažādās zinātnes jomās, tostarp daļiņu fizikā un kosmoloģijā.
5. Bose-Einšteina statistika: Einšteina pētījumi par bozonu sistēmas statistisko uzvedību zemā temperatūrā ir palīdzējuši labāk izprast dažu subatomisko daļiņu uzvedību, un tie ir izmantoti tādās jomās kā kondensētās vielas fizika un kvantu informācijas tehnoloģiju jomā.
6. Einšteina-Podoļska-Rozena paradokss : Domu eksperimentam, kas pazīstams kā Einšteina-Podoļska-Rozena paradokss, kuru izstrādāja Alberts Einšteins, Boriss Podoļskis un Neitans Rozens, ir padziļinātas zināšanas par kvantu fiziku, un tas ir izmantots kvantu datoros un kvantu kriptogrāfijā.
7. Einšteina ledusskapis: Efektīvāku saldēšanas sistēmu izstrādi veicināja Einšteina Einšteina ledusskapja izgudrojums. Daudzās saldēšanas sistēmās joprojām tiek izmantots Einšteina ledusskapis, kas pazīstams arī kā termodinamiskais cikls.

Izgudrojumu ierobežojumi:

Alberta Einšteina zinātniskajiem atklājumiem un izgudrojumiem ir bijis ļoti maz trūkumu, un tie ir būtiski ietekmējuši mūsu izpratni par Visumu un ir noveduši pie daudziem tehnoloģiskiem sasniegumiem. Tomēr daži ar viņa izgudrojumiem saistītie trūkumi vai ierobežojumi ir:

1. Vispārējās relativitātes teorija: Kvantu mehānika, kas izskaidro subatomisko daļiņu darbību, nav savienojama ar Einšteina vispārējās relativitātes teoriju. Sakarā ar to ir radusies pilnīgi jauna teorija, ko sauc par kvantu gravitāciju, cenšoties apvienot abas.
2. Fotoelektriskais efekts: Einšteina fotoelektriskā efekta teorija ir ierobežota ar noteiktu frekvenču diapazonu un neņem vērā to, kā gaisma darbojas augstākās frekvencēs.
3. Vienādojums E=mc²: Kodolenerģija ir ražota, izmantojot Einšteina vienādojumu E=mc2, taču šāda veida enerģijas ražošana rada radioaktīvu avāriju risku un nepieciešamību apglabāt kodolatkritumus.
4. Bose-Einšteina statistika: Einšteina pētījumi par bozonu sistēmas statistisko uzvedību zemā temperatūrā, ko dēvē arī par Bozes-Einšteina statistiku, attiecas tikai uz noteiktu temperatūru diapazonu un nepaskaidro bozonu uzvedību augstākās temperatūrās.
5. Einšteina-Podoļska-Rozena paradokss: Einšteina-Podoļska-Rozena paradokss ir Einšteina, Borisa Podoļska un Neitana Rozena domu eksperiments, ko nevar pareizi pārbaudīt, jo tas ir domāšanas, nevis reālās pasaules eksperiments.
6. Einšteina ledusskapis: Alberta Einšteina radītais Einšteina ledusskapis bija efektīvāks par citiem tā laika ledusskapjiem, taču joprojām nebija tik efektīvs kā mūsdienu saldēšanas sistēmas.

Alberta Einšteina saņemtās balvas un apbalvojumi:

• Nobela prēmija fizikā, 1921
• Uzņemšana Vācu ordenī Pour La Mérite, 1923
• Koplija medaļa, Londonas Karaliskā biedrība, 1925
• Zelta medaļa, Karaliskā Astronomijas biedrība, Londona, 1925
• Maksa-Planka medaļa, Vācijas Fizikas biedrība, 1929
• Bendžamina Franklina medaļa, Franklina institūts, Filadelfija, 1935