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Dal 1905, anno in cui ottenne il dottorato, fino agli anni '20, Albert Einstein fece una serie di scoperte e formulazioni che cambiarono radicalmente la comprensione dell'umanità del tempo, della materia e dei fondamenti della realtà. Sebbene Einstein dedicasse i suoi ultimi decenni all'attivismo politico, le sue più importanti scoperte scientifiche gli valsero un posto permanente negli annali della storia e generarono lo sviluppo di campi di studio completamente nuovi.
La famosa formulazione
Probabilmente la formula scientifica più famosa e riconoscibile di tutti i tempi, E = mc ^ 2 apparve nella "Teoria speciale della relatività" di Einstein, pubblicata per la prima volta nel 1905. La formula mostra come la massa di un oggetto derivi dalla divisione della sua energia cinetica per il quadrato della velocità della luce. La rivoluzionaria conclusione della formula presenta energia e massa come entità intercambiabili e unisce tre elementi naturali apparentemente disparati. L'equazione ha profonde implicazioni per lo sviluppo di nuove fonti di energia e mostra come la pressione e il calore nel cuore del sole convertano la massa direttamente in energia.
Relatività generale
La "Relatività generale" di Einstein, pubblicata nel 1915, riprendeva da dove si era interrotta la "Teoria speciale della relatività". La nozione di base della relatività generale si sviluppa dall'inclusione dell'accelerazione nella teoria precedente. L'aspetto più significativo della relatività generale descrive la distorsione che oggetti enormi vengono visualizzati nello spazio-tempo. Questa distorsione attira oggetti più piccoli verso quelli più grandi, il che spiega l'esistenza della gravità. La presentazione dello spazio-tempo come malleabile significa che il tempo stesso non è una costante.La teoria della relatività generale di Einstein ha raccolto conferme da fenomeni osservati, come la lente gravitazionale e i cambiamenti nell'orbita di Mercurio. La relatività generale contiene anche le prime implicazioni della materia oscura. Un errore osservato da Einstein e dal suo collega, Willem de Sitter, ha contribuito alla scoperta della materia oscura nelle osservazioni di Jan Oorts sui movimenti stellari.
La natura assoluta della luce
Le teorie della relatività di Einstein si basano in gran parte sulla sua nozione di velocità della luce come assoluta. Prima di questo, la conoscenza convenzionale sosteneva che lo spazio e il tempo servivano da concetti assoluti su cui si fondava la fisica. Einstein ha affermato che la velocità della luce rimane la stessa in qualsiasi condizione, anche nel vuoto, e non può mai aumentare. Ad esempio, un oggetto lanciato alla velocità della luce da un veicolo che si muove alla stessa velocità non avanzerebbe oltre il veicolo. Einstein ha anche presentato la luce come una raccolta di particelle, piuttosto che un'onda. Questa teoria, che vinse a Einstein il premio Nobel per la fisica del 1921, contribuì allo sviluppo della fisica quantistica.
Altri risultati importanti
In un articolo del 1905, Einstein presentò un'equazione che spiegava i movimenti casuali delle particelle, noto come moto browniano, come risultato di impatti con molecole finora sconosciute, che fornivano le basi per la teoria delle particelle. Nel 1910, Einstein pubblicò un articolo sull'opalescenza critica, che spiega il fenomeno della dispersione della luce che dà al cielo il suo colore. Nel 1924, Einstein trasse implicazioni dalla teoria di Satyendra Bose sulla composizione della luce per spiegare la struttura degli atomi. La cosiddetta statistica di Bose-Einstein ora fornisce informazioni sull'assemblaggio di particelle di bosone.