Рік 1905 став знаменним в історії фізики.
Цього року Ейнштейн опублікував три найважливіші роботи, які зіграли видатну роль у всьому подальшому розвитку фізики ХХ століття. У першій з них, присвяченої броунівському руху, він зробив важливі передбачення про рух зважених в рідині частинок, обумовленому зіткненнями з молекулами. Пророцтва пізніше підтвердилися на досвіді.
У другій роботі, присвяченій фотоефекту, Ейнштейн висловив революційну гіпотезу про природу світла: при певних обставин світло можна розглядати як потік частинок, фотонів, енергія яких пропорційна частоті світлової хвилі. Практично не знайшлося фізиків, які погодилися б з цією ідеєю Ейнштейна. Знадобилися два десятиліття напружених зусиль експериментаторів і теоретиків, щоб картина фотонів стала загальновизнаною в рамках квантової механіки.
Але найбільш революційної стала третя робота Ейнштейна "До електродинаміки рухомих тілВ», в якій з надзвичайною ясністю були висловлені ідеї приватної теорії відносності (ЩО), зруйнувала класичні уявлення про простір-час, що існували з часу Ньютона.
Перша з цих статей - В«Про рух завислих у спочиває рідини частинок, що витікає з молекулярно-кінетичної теорії В», що вийшла в 1905 році, була присвячена теорії броунівського руху.
Це явище (безперервне безладне зигзагоподібне рух частинок квіткового пилку в рідині), відкрите в 1827 році англійським ботаніком Р.Броуном, вже отримало тоді статистичне пояснення, але теорія Ейнштейна (який не знав попередніх робіт з броунівському руху) мала закінчену форму і відкривала можливості кількісних експериментальних досліджень.
Ейнштейн зв'язав рух частинок, що спостерігається в мікроскоп, із зіткненнями цих часток з невидимими молекулами; крім того, він передбачив, що спостереження броунівського руху дозволяє обчислити масу і число молекул, що знаходяться в даному обсязі. Ця робота Ейнштейна мала особливе значення тому, що існування молекул, які вважалися не більше ніж зручною абстракцією, в той час ще ставилося під сумнів.
Рішення найважливішого для фізики питання про реальність атомів Ейнштейн чекає не від туманних натурфілософських міркувань і не від нескінченних сперечань, а від прямого, так сказати В«лобовогоВ», досвіду, причому, як видно, чекає з нетерпінням. В«Якби якомусь дослідникові вдалося незабаром відповісти на підняті тут питання! В»- таким вигуком закінчується стаття. Для Ейнштейна ця стаття не відвернена В«гра розуму", не ще одна публікація в солідному журналі, що зміцнює його репутацію в науковому світі; немає, йому надзвичайно цікаво, просто необхідно - І причому скоріше - переконатися в тому, що атоми, про які говорять вже більше 2000 років, дійсно існують. p> У 1908 році Ж.Перрен із співробітниками серією тонких і систематичних експериментальних робіт блискуче підтвердили всі висновки Ейнштейна, що стосуються броунівського руху, і з прямих дослідів отримали для числа Авогадро значення, що лежить в межах від 6,5 В· 1023 до 7,2 В· 1023 (сучасне значення 6,02 В· 1023) і узгоджується з більш ранніми непрямими оцінками. Після цих робіт заперечувати реальність атомів було вже неможливо.
Але все це сталося, як вже говорилося, тільки в 1908 році, а поки Ейнштейн продовжує вишукувати можливі флуктуаційні експерименти. У грудні 1905 року він закінчує свою другу статтю по броунівському руху, В«доповнює в деяких пунктахВ» попередню роботу.
3.2 Кванти і фотоефект
У тому ж 1905 вийшла і інша робота Ейнштейна - В«Про одну евристичної точці зору на виникнення і перетворення світла В». За п'ять років до цього М. Планк показав, що спектральний склад випромінювання, що випускається гарячими тілами, знаходить пояснення, якщо прийняти, що процес випромінювання дискретний, тобто світло випускається не безперервно, а дискретними порціями певної енергії. Фізичний сенс квантів залишався неясним, але величина кванта дорівнює добутку деякого числа (постійної Планка) і частоти випромінювання.
Ейнштейн висунув теорію, згідно з якою світло не тільки випромінюється і поглинається, але і складається з дискретних, далі неподільних порцій, квантів світла. Вони являють собою частинки, які рухаються в порожнечі зі швидкістю 300 000 кілометрів на секунду. Згодом (у двадцяті роки) ці частки отримали назву фотонів. Ця революційна ідея дозволила Ейнштейну пояснити закони фотоефекту, в Зокрема, факт існування В«червоною кордонуВ», тобто тієї мінімальної частоти, нижче якої вибивання світлом електронів з речовини взагалі не відбувається.
Ідея Ейнштейна полягала в тому, щоб встановити відповідність між фотоном (квантом електромагнітної енергії) і енергією вибитого з поверхні металу електрона. Кожен фотон вибиває один електрон. Кінетична енергія електрона (енергія, пов'язана з його швидкістю) дорівнює енергії, що залишилася від енергії фотона за вирахуванням тієї її частини, яка витрачена на те, щоб вирвати електрон з металу. Чим яскравіше світло, ...
