アルベルト・アインシュタインとは：生涯・相対性理論・ノーベル賞

初期の生活

アインシュタインはウルム、ヴュルテンベルク州、ドイツ、1879年3月14日に生まれた。彼の家族はユダヤ人だったが、非常に宗教的ではなかった。しかし、後の人生では、アインシュタインは非常に彼のユダヤ教に興味を持った。アインシュタインは、彼が2歳になるまで話すことを開始していない。彼の妹、マーヤによると、"彼は言語のような難しさを持っていた彼の周りの人は彼が学ぶことはないだろう"と恐れていた。アインシュタインは4歳の頃、彼の父は彼に磁気コンパスを与えた。彼は懸命に理解しようとしたどのように針が自分自身を移動するように見えるかもしれないので、常に北を指している。針は、閉じたケースにあったので、明らかに何も風のような針の周りをプッシュすることができるように、まだそれを移動しました。だからこの方法でアインシュタインは、科学と数学の研究に興味を持った。彼のコンパスは、彼に科学の世界を探索するためのアイデアを与えた。

大人になってからはスイスの学校に通いました。卒業後、スイスの特許事務所に就職した。そこで働いている間に、彼は論文を書いて、彼を偉大な科学者として有名にした。

アインシュタインは、1903年1月に20歳のセルビア人女性ミレバ・マリッチと結婚しました。

1917年には、アインシュタインはほとんど彼を殺した病気で非常に病気になった。彼のいとこエルサLöwenthal健康に戻って彼を看護した。これが起こった後、アインシュタインはマイルバ14 1919年2月に離婚し、エルザ1919年6月2日に結婚した。

子供たち

アインシュタインの最初の娘は"リーゼル"だった（誰も彼女の本名を知らない）。彼女はノヴィサド、ヴォイヴォディナ、オーストリア、ハンガリー、1902年の最初の月に生まれた。彼女はセルビア人の祖父母の世話の中で非常に短い人生（2年未満と考えられている）を過ごした。猩紅熱で死んだと考えられている。ダウン症と呼ばれる障害を持って生まれたのではないかという説もあるが、それは決して証明されていない。1986年、アインシュタインの孫娘が、1897年から1903年9月までの間、ミレバとアインシュタインの間で交わされた54通のラブレター（ほとんどがアインシュタインからのもの）が入った靴箱を発見するまで、誰も彼女の存在を知る者はいませんでした。

アインシュタインの二人の息子は、ハンス・アルベルト・アインシュタインとエドゥアルド・テテ・アインシュタインでした。ハンスはベルン、スイスでは1904年5月に生まれ、エドゥアルドチューリッヒ、スイスでは1910年7月に生まれた。エドゥアルドは55歳で脳卒中の精神科大学病院チューリッヒで死亡した。彼は、彼の統合失調症のための精神病院の彼の人生を過ごしていた。

後世

第一次世界大戦が始まる直前、彼はドイツに戻り、そこで学校の校長になった。ナチス政権になるまでベルリンに住んでいた。ナチスはユダヤ人やユダヤ人の家系の人を憎んでいた。彼らはアインシュタインが"ユダヤ人の物理学"を作成するために貢献していると非難し、ドイツの物理学者は、彼の理論が間違っていたことを証明しようとしました。

1933年、ナチスからの死の脅迫を受け、ナチスに支配されたドイツのマスコミに嫌われたアインシュタインとエルザは、1940年にアメリカのニュージャージー州プリンストンに移り住み、アメリカ国籍を取得しました。

第二次世界大戦中、アインシュタインとレオ・シラルドはアメリカ大統領フランクリン・D・ルーズベルトに、ナチスに負けないようにアメリカは原爆を発明すべきだと手紙を書いた。その手紙に署名したのは彼だけだった。しかし、彼は原爆を生み出したマンハッタン計画には参加していなかった。

アインシュタインは、ユダヤ人ではなく、イスラエル市民ではなく、1952年に大統領職をオファーされたが、それを断って、"私は深くイスラエルの私たちの国からの申し出に感動し、私はそれを受け入れることができないことを一度は悲しみと恥じている"と述べた。"エフード・オルメルトは、もう一人の非イスラエル人であるエリー・ヴィーゼルに大統領職を提供することを検討していると報じられていたが、彼は"非常に興味がない"と言われていた。

1955年4月18日に大動脈瘤破裂で亡くなるまで、ニュージャージー州プリンストンの高等研究所で物理学を教えていた。彼は亡くなる数時間前にも量子物理学について書いていました。彼はノーベル物理学賞を受賞しました。

特殊相対性理論は、アインシュタインが1905年に発表した論文「移動体の電気力学」である。それは、距離測定と時間測定の両方が光速の近くに変化すると言います。これは、1つの光速（ほぼ毎秒30万キロ）に近づくと、長さが短くなるように見えると時計がよりゆっくりと時を刻むことを意味します。アインシュタインは、特殊相対性理論は2つの考え方に基づいていると言いました。1つ目は、物理学の法則は、お互いに関係して動いていないすべての観測者にとって同じであるというものです。

同じ方向に同じ速度で進むものは、「慣性フレーム」の中にあると言われています。

同じ「フレーム」にいる人は、何かが起こるまでにどれくらいの時間がかかるかを測る。彼らの時計は同じ時間を保ちます。しかし、別の「フレーム」では、彼らの時計は異なる速度で動きます。このようなことが起こる理由は次のようなものです。観察者がどのように動いていても、その星から来る光の速度を測定すれば、それは常に同じ数字になります。

宇宙飛行士が一人で別の宇宙にいると想像してみてください。宇宙飛行士と宇宙船があるだけだ彼は動いていますか？立っているのか？そんな質問は何の意味もありません。なぜか？なぜなら、私たちが移動していると言うのは、他の何かからの距離を様々なタイミングで測ることができるということを意味するからです。数字が大きくなれば、私たちは遠ざかっている。数字が小さくなれば、私たちは近くに移動している。動きがあるためには、少なくとも２つのことが必要です。飛行機は時速数百キロで移動していても、乗客は"私はここに座っているだけ"と言います。

ある人が宇宙船に乗っていて、正確な時計を作りたいと思ったとします。一方の端には鏡を置き、もう一方の端には簡単な機械を置きます。それは、鏡に向かって光の短いバーストを1つ発射し、その後待っています。光は鏡に当たり、跳ね返ってきます。それはマシン上の光検出器に当たると、マシンは、 "カウント= 1"と言い、それは同時に鏡に向かって光の別の短いバーストを撮影し、その光が戻ってくるときにマシンは、 "カウント= 2"と言います。彼らは、バウンスの特定の数が秒として定義されることを決定し、彼らはマシンを変更するようにします 秒カウンタをそれがバウンスのその数を検出したたびに。秒数カウンタを変えるたびに マシンの下にある 舷窓から光を点滅させますだから、外の誰かが毎秒点滅しているのを見ることができるのです。

すべての小学生の子供たちは d=rt (距離は時間に乗じた率に等しい) という公式を学びます。私たちは光の速度を知っているので、機械と鏡の間の距離を簡単に測定し、その倍数をかけて光の移動距離を与えることができます。宇宙船に乗っている人たちは、新しい「光の時計」を腕時計や他の時計と比較して、新しい光の時計を使って時間を測ることができることに満足している。

今、この宇宙船はとても速いスピードで進んでいます。彼らは宇宙船の時計から閃光を見て、また別の閃光を見ました。ただ、フラッシュは1秒間隔ではなく、ゆっくりとした速度で来るのです。遅い速度で来るのです。光は常に同じ速度、d = rtで進んでいるので、宇宙船の時計は1秒に1回も点滅しない。

特殊相対性理論はまた、アルバート・アインシュタインのE=mc²式で、質量とエネルギーを関連づけています。

E=mc^2は、質量-エネルギーの等価性とも呼ばれ、アインシュタインが最も有名なものの一つです。これは、質量がエネルギーに変化するとき、あるいはエネルギーが質量に変化するときに何が起こるかを示す物理学や数学の有名な方程式です。この方程式の「E」はエネルギーを表しています。エネルギーとは、物体が他のものをどれだけ変化させることができるかによって、物体に与える数値のことです。例えば、卵の上にぶら下がっているレンガは、卵を壊すのに十分なエネルギーを卵に与えることができます。卵の上にぶら下がっている羽は、卵を傷つけるのに十分なエネルギーを持っていません。

エネルギーには3つの基本的な形があります：電位エネルギー、運動エネルギー、安静エネルギーです。これらのエネルギーの2つの形態は、上記の例と振り子の例で見ることができます。

鉄の輪からロープに吊るされた大砲の玉。馬が大砲の玉を右側に引っ張ります。砲弾を放すと、図のように前後に動きます。輪の中でロープが動いたり、他の場所でこすれたりすることで摩擦が発生し、その摩擦がエネルギーを奪っていることを除けば、ずっとそうしていることになります。摩擦による損失を無視すれば、馬が提供したエネルギーは潜在的なエネルギーとして砲弾に与えられます。砲弾が下に振り下ろせば振り下ろすほど速度が増し、底に近づけば近づくほど速度が増し、前に立っていたらあなたにぶつかるほど強くなります。そして、運動エネルギーが潜在的なエネルギーに変化して、速度が落ちていきます。"運動エネルギー"とは、何かが動いている時のエネルギーのことです。"潜在的エネルギー"とは、何かが他の何かよりも高い位置にあるために、何かが持っているエネルギーを意味します。

エネルギーがある形から別の形に移動するとき、エネルギーの量は常に同じです。作ったり壊したりすることはできません。この法則を「エネルギーの保存則」といいます。例えば、ボールを投げると、ボールを放すときに手からボールにエネルギーが移動します。しかし、手の中にあったエネルギーと、今ボールの中にあるエネルギーは、同じ数になります。長い間、人々はエネルギーの保存だけがすべてだと思っていました。

エネルギーが質量に変わるとき、エネルギーの量は変わらない。質量がエネルギーに変化しても、エネルギーの量は変わらない。しかし、物質とエネルギーの量は変わらない。エネルギーが質量に変化し、質量がエネルギーに変化するのは、アインシュタインの方程式であるE＝mc^2で定義されています。

アインシュタインの方程式の「m」は質量を表しています。質量とは、ある物体に存在する物質の量のことです。レンガのような物質の中にある陽子と中性子の数がわかれば、すべての陽子とすべての中性子の質量の合計として、その物質の総質量を計算することができます。電子は非常に小さいのでほとんど無視できます）質量は互いに引っ張り合いますし、地球のような非常に大きな質量は近くにあるものに強く引っ張ります。木星はとても巨大なので、地球よりも木星の方がはるかに重くなります。月は地球の約6分の1の質量しかないので、あなたの重さははるかに軽くなります。重さは、レンガ（または人）の質量と、バネのスケールでそれを引っ張っている何かの質量に関係しています - それは太陽系で最も小さい月よりも小さいかもしれないし、太陽よりも大きいかもしれません。

重さではなく、質量はエネルギーに変えることができる。別の言い方をすれば、「物質はエネルギーに変換できる」ということになります。質量という単位は、何かの中にある物質の量を測るために使われます。何かの中にある物質の質量や量によって、その物質がどれだけのエネルギーに変えられるかが決まります。

エネルギーは質量に変換されることもあります。もしあなたが、ゆっくり歩いている時にベビーバギーを押していて、押すのは簡単だと思ったのに、早く歩いている時に押してみたら、動きにくくなっていたとしたら、あなたはベビーバギーのどこが悪いのだろうと思うでしょう。そして、走ってみて、少しでも早くバギーを動かすことが、レンガの壁に押しつけるようなものだとわかったら、あなたはとても驚くでしょう。本当は、何かを動かすと質量が増すのです。人間は通常、この質量の増加に気づかないのですが、人間が通常移動する速度では、質量の増加はほとんど何もないからです。

速度が光速に近づくにつれ、質量の変化に気づかないことは不可能になります。私たちが日常生活の中で共有している基本的な経験は、車のようなものを強く押せば押すほど、それを速く走らせることができるということです。しかし、私たちが押しているものがすでに光速のある程度の速度で進んでいるときには、質量が増え続けていることに気がつきます。どんな質量であっても、光速で進むことは不可能です。

質量がエネルギーに変わることもあります。このような変化をする元素の代表的な例として、ラジウムやウランがあります。ウランの原子は、アルファ粒子（ヘリウムの原子核）を失って、より軽い原子核を持つ新しい元素になることがあります。そうすると、その原子は2個の電子を放出しますが、まだ安定ではありません。最終的に鉛と呼ばれる元素になるまで、アルファ粒子と電子を次々と放出していきます。質量を持つこれらの粒子をすべて捨てて、原子自身の質量を小さくしたのです。また、エネルギーも生み出しています。

ほとんどの放射能では、何かの質量全体がエネルギーに変わることはありません。原爆では、ウランはクリプトンとバリウムに変わります。できあがったクリプトンやバリウムの質量と、元のウランの質量にはわずかな差がありますが、その変化によって放出されるエネルギーは非常に大きいのです。この考え方を表現する一つの方法として、アインシュタインの方程式を次のように書くことがあります。

E = (_{ムラニウム}-_{クリプトンとバリウム}) c²

式のc^2は光速の2乗を表しています。何かを二乗するということは、それ自体に乗じることを意味しますので、光の速さを二乗するとしたら、毎秒299,792,458メートル、毎秒299,792,458メートルを掛けたものとなり、約
(3-¹⁰⁸)² = (9-¹⁰¹⁶メートル²)/秒²=
90,000,000,000,000,000,000メートル²/秒^{2ですので、1}
キログラムが生み出すエネルギーは次のようになります。
E = 1キログラム - 90,000,000,000,000,000,000,000,000,000メートル²/秒²
E = 90,000,000,000,000,000,000,000キログラムメートル²/秒²
orE = 90,000,000,000,000,000,000,000ジュール
or
E = 90,000テラジュール

広島上空で爆発した原爆では、約60テラジュールが放出されました。ということは、ウランがクリプトンやバリウムに変化したときに、その原子爆弾に含まれる放射性物質の質量の約3分の2のグラムが失われた（エネルギーに変化した）ことになります。

ボース-アインシュタイン凝縮物のアイデアは、S.N.ボースとアインシュタイン教授の間のコラボレーションから出てきた。アインシュタイン自身は、それを発明したのではなく、代わりに、アイデアを洗練され、それが人気になるのを助けた。

ゼロ点エネルギーの概念は、1913年にアルベルト・アインシュタインとオットー・スターンによってドイツで開発されました。

古典物理学では、運動量は方程式で説明されます。

p = mv

孰れ

p は運動量を表します。

ｍは質量を表す

vは速度を表します。

アインシュタインは、古典物理学を一般化すると、移動する物質の速度に起因する質量の増加を含めるには、彼は2つのコンポーネントで作られるエネルギーを予測する方程式に到着しました。1つのコンポーネントは、"残りの質量"と他のコンポーネントは運動量が含まれますが、運動量は古典的な方法で定義されていません。この方程式は通常、両方の成分の値がゼロよりも大きい。

Ｅ² ＝（ｍ₀ｃ²）² ＋（ｐｃ）²

孰れ

Eは粒子のエネルギーを表す

m_0は粒子が動いていないときの質量を表します。

pは粒子が移動しているときの運動量を表します。

cは光の速さを表しています。

この式には2つの特殊なケースがあります。

光子には安息の質量はないが、運動量がある。鏡に反射した光は測定できる力で鏡を押しています。光子の場合は、そのm₀ = 0なので、次に

Ｅ^２＝０＋（ｐｃ）^{２である。}

E = pc

p = E/c

光子のエネルギーは、周波数νや波長λから計算できますが、これらはプランクの関係であるE = hν = hc/λ、ここでhはプランク定数（6.626×10^{-34ジュール}秒）です。周波数か波長が分かれば、光子の運動量を計算することができます。

質量を持つ無運動性粒子の場合、p = 0なので、その後。

E⁰² = (m₀c²)² + 0

只今

E₀ = m₀c²

したがって、アインシュタインの方程式で使われる量"m₀"は、"残りの質量"と呼ばれることがあります。(「0」は、速度が0のときのエネルギーと質量の話をしていることを思い出させてくれる)この有名な「質量とエネルギーの関係」の公式（通常は「0」を付けずに書かれています）は、質量が大きなエネルギーを持っていることを示唆しており、質量の一部をより有用なエネルギーに変換できるかもしれません。原子力発電産業はその考えに基づいています。

アインシュタインは、速度に運動量に関連する古典的な式を使用することは良いアイデアではなかったと述べたが、誰かがそれをしたい場合は、彼は速度で変化する粒子の質量mを使用しなければならないだろうと述べた。

_mv² = m⁰² / (1 - v²/c²)

この場合、E = mc^2は移動する粒子にも当てはまると言えます。

一般相対性理論は、特殊相対性理論が作られてから10年後の1915年に発表されました。アインシュタインの一般相対性理論では、時空という考え方が用いられています。時空とは、3つの空間（空間）次元と1つの時間（時間）次元を持つ4次元の宇宙があるということです。物理的な出来事は、これらの3つの空間次元の中のどこかの場所で、そして時間の中のどこかの瞬間に起こります。一般的な相対性理論によると、質量があれば時空がカーブし、他の質量があればそのカーブに従います。大きな質量があればあるほど、より多くの曲線を描くことになります。これは、重力（重力）を説明するための新しい方法でした。

一般相対性理論では、質量のある物体に近づくと光が曲がる「重力レンズ」を説明しています。この説明が正しいことが証明されたのは、日食の際に、日食が暗かったために遠くの星からの星光が太陽によって曲がる様子を測定できたからです。

一般相対性理論はまた、宇宙論（大きな距離と長い時間をかけて、私たちの宇宙の構造の理論）の舞台を設定しました。アインシュタインは、宇宙は常に存在していたし、常に存在するように、宇宙を介してオブジェクトが何かにぶつかることなく移動した場合、それは非常に長い時間後に、他の方向から、その開始場所に戻ってくるように、宇宙は、空間と時間の両方で少しカーブすることがありますと考えた。彼は、不変の宇宙を数学的にモデル化するために、「宇宙論的定数」を含むように方程式を変更しました。また、一般相対性理論では、宇宙が永遠に広がる（大きくなって密度が下がる）ことを可能にしており、ほとんどの科学者は、天文学がそうなることを証明したと考えています。アインシュタインは、宇宙論的定数がなくても宇宙の良いモデルが可能であることに気づいたとき、宇宙論的定数の使用を「最大の過ち」と呼び、その定数はしばしば理論から取り残されています。しかし、今では多くの科学者が、宇宙論的定数は、現在私たちが宇宙について知っているすべてのことに適合するために必要であると考えています。

宇宙論でよく知られている理論に「ビッグバン説」というものがあります。ビッグバン理論によると、宇宙は150億年前に「重力特異点」と呼ばれるもので形成された。この特異点は小さく、密度が高く、非常に高温でした。この理論によると、今日私たちが知っているすべての物質は、この特異点から生まれたとされています。

アインシュタイン自身は「ブラックホール」という概念を持っていませんでしたが、後に科学者たちはこの名前を、光さえも逃がすことができないほど時空を曲げる宇宙の物体に使っています。彼らは、これらの超高密度の物体は、太陽の少なくとも3倍の大きさの巨大な星が死ぬときに形成されると考えています。この現象は、超新星と呼ばれるものに続く可能性があります。ブラックホールの形成が重力波の主な発生源になっている可能性があり、重力波の証拠を探すことが重要な科学的課題になっています。

多くの科学者は自分の仕事だけを気にしていますが、アインシュタインもよく政治や世界平和について話したり書いたりしていました。彼は社会主義のアイデアが好きで、世界全体のための唯一の1つの政府を持っている。彼はまた、シオニズム、イスラエルの新しい国を作成しようとする努力のために働いていた。

アインシュタインの家族はユダヤ人だったが、アインシュタインは決して真剣にこの宗教を実践した。彼はユダヤ人の哲学者バルヒスピノザのアイデアが好きで、また、仏教は良い宗教だったと思った。^[]

アインシュタインは、科学者が世界をはるかによく理解するのに役立つ多くのアイデアを考えたにもかかわらず、彼は他の科学者が好きないくつかの科学理論に反対しました。量子力学の理論は、ある確率でしか起こらないことを論じており、いくら情報を持っていても、より良い精度で予測することはできません。この理論的な追求は、アインシュタインが重要な仕事をした統計力学とは異なります。アインシュタインは、実際に測定されたときに何かが真であることが判明する確率以上のものを否定した量子論の一部が好きではなかった;彼は、我々は正しい理論と十分な情報を持っていた場合、それは何でも予測することが可能でなければならないと考えていた。彼はかつて"神が宇宙でサイコロを振っているとは信じていない"と言ったことがあります。

アインシュタインは科学に多大な貢献をしたので、彼の名前は今ではいくつかの異なるものに使われています。光化学で使われる単位は彼にちなんで名付けられました。これはアボガドロの数に光の1光子のエネルギーをかけたものです。化学元素のアインシュタインニウムもこの科学者にちなんで命名されました。俗語では、非常に頭の良い人を"アインシュタイン"と呼ぶことがあります。

ほとんどの科学者は、アインシュタインの特殊相対性理論と一般相対性理論は非常によく機能すると考えており、彼らは自分の仕事でそれらのアイデアや公式を使用しています。アインシュタインは、量子力学の現象は純粋な偶然のうちに起こることができることに反対しました。彼はすべての自然現象は、純粋な偶然が含まれていない説明があると信じていた。彼は彼の後の人生の多くを費やして"統一されたフィールド理論"は、彼の一般相対性理論、電磁気学のマクスウェルの理論、おそらくより良い量子論が含まれますを見つけるためにしようとしています。ほとんどの科学者は、彼がその試みに成功したとは思っていません。