Неудачные исследования Эйнштейна

Альберт Эйнштейн провел несколько безуспешных исследований. Они относятся к квантовой механике , сверхпроводимости и деталям его собственной теории относительности .

Специальная теория относительности

Поперечная масса

Дополнительная информация: История специальной теории относительности.

В одной из своих трех статей Annus mirabilis 1905 года по специальной теории относительности Альберт Эйнштейн отметил, что, учитывая конкретное определение слова « сила » (определение, которое, как он позже согласился, было бесполезным), и если мы решим сохранить (по соглашение) второй закон движения Ньютона F = ma ( масса , умноженная на ускорение, равна силе), тогда можно прийти к $\scriptstyle m/(1-v^{2}/c^{2})$ как выражение поперечной массы быстро движущейся частицы. Это отличается от принятого сегодня выражения, потому что, как отмечено в сносках к статье Эйнштейна, добавленных в переиздание 1913 года, «более уместно определить силу таким образом, чтобы законы энергии и импульса приняли простейшую форму». , как это сделал, например, Макс Планк в 1906 году, давший ныне знакомое выражение $\scriptstyle m/{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}$ для поперечной массы.

Как указывает историк Артур И. Миллер , это эквивалентно предсказаниям Эйнштейна и Хендрика Лоренца о поперечной массе . Эйнштейн уже прокомментировал в статье 1905 года: «При другом определении силы и ускорения мы, естественно, должны получить другие выражения для масс. Это показывает, что при сравнении различных теорий... мы должны действовать очень осторожно».

работа Минковского

См. Также: Пространство Минковского.

Эйнштейн не сразу оценил ценность Германа Минковского , хотя через несколько лет он включил ее в свою теорию гравитации. четырехмерной формулировки специальной теории относительности

Общая теория относительности и космология

Дополнительная информация: История общей теории относительности.

Черные дыры

Дополнительная информация: История черных дыр.

Эйнштейн несколько раз отрицал возможность образования черных дыр . В 1939 году он опубликовал статью, в которой утверждается, что коллапсирующая звезда будет вращаться все быстрее и быстрее, вращаясь со скоростью света с бесконечной энергией задолго до того момента, когда она вот-вот схлопнется в сингулярность Шварцшильда , или черную дыру.

Существенным результатом этого исследования является ясное понимание того, почему «особенности Шварцшильда» не существуют в физической реальности. Хотя изложенная здесь теория рассматривает только кластеры, частицы которых движутся по круговым траекториям, кажется, не подлежит разумному сомнению, что более общие случаи будут иметь аналогичные результаты. «Шварцшильд» не может быть сконцентрирован произвольно. И это связано с тем, что в противном случае составляющие его частицы достигли бы скорости света.

Аргумент Эйнштейна сам по себе показывает лишь то, что стабильно вращающиеся объекты должны вращаться все быстрее и быстрее, чтобы оставаться устойчивыми до того момента, когда они разрушатся . Но сегодня хорошо известно (а некоторые понимали даже тогда), что коллапс не может произойти в стационарных состояниях, как это представлял себе Эйнштейн. Тем не менее, степень, в которой модели черных дыр в классической общей теории относительности соответствуют физической реальности, остается неясной, и, в частности, до сих пор не поняты последствия центральной сингулярности, подразумеваемой в этих моделях.

Тесно связанный с его отказом от черных дыр, Эйнштейн считал, что исключение сингулярностей может ограничить класс решений уравнений поля, чтобы обеспечить решения, совместимые с квантовой механикой, но такая теория так и не была найдена.

Космологическая константа

Сам Эйнштейн считал введение космологической постоянной в своей статье 1917 года, основавшей космологию , «ошибкой». Теория общей относительности предсказала расширяющуюся или сжимающуюся Вселенную, но Эйнштейн хотел создать статическую Вселенную , которая представляла бы собой неизменную трехмерную сферу, подобную поверхности трехмерного шара в четырех измерениях.

Он хотел этого по философским соображениям, чтобы включить принцип Маха разумным образом . Он стабилизировал свое решение, введя космологическую постоянную, а когда было показано, что Вселенная расширяется, он отказался от этой константы как от ошибки. На самом деле это не такая уж большая ошибка: космологическая постоянная необходима в общей теории относительности в ее нынешнем понимании, и сегодня широко распространено мнение, что она имеет ненулевое значение.

Квантовая механика

Дополнительная информация: История квантовой механики.

работа Гейзенберга

Находя это слишком формальным, Эйнштейн считал, что Вернера Гейзенберга неверна матричная механика . Он изменил свое мнение, когда Эрвин Шредингер и другие продемонстрировали, что формулировка в терминах уравнения Шредингера , основанного на корпускулярно-волновом дуализме, эквивалентна матрицам Гейзенберга.

Эйнштейн также пытался показать, что принцип неопределенности Гейзенберга недействителен. К 1927 году он убедился в ее полезности, но всегда выступал против нее.

ЭПР-парадокс

В статье EPR Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен утверждали, что квантовая механика не может быть полным реалистичным и локальным представлением явлений , учитывая конкретные определения «реализма», « локальности » и «полноты». Современный консенсус состоит в том, что концепция реализма Эйнштейна слишком ограничительна.

Сверхпроводимость

Дополнительная информация: История сверхпроводимости.

Эйнштейн опубликовал (в 1922 году) качественную теорию сверхпроводимости , основанную на смутном представлении об электронах, находящихся на общих орбитах . Эта статья предшествовала современной квантовой механике и сегодня считается неверной. Современная теория низкотемпературной сверхпроводимости, теория БКШ ( Джон Бардин , Леон Купер и Джон Роберт Шриффер ) была разработана только в 1957 году, через тридцать лет после создания современной квантовой механики. Однако даже сегодня сверхпроводимость недостаточно изучена, и продолжают выдвигаться альтернативные теории, особенно для объяснения высокотемпературных сверхпроводников .

Единая теория поля

Эйнштейн потратил много лет на разработку единой теории поля в физике и опубликовал множество статей по этой теме, начиная с 1918 года и вплоть до своей кончины в апреле 1955 года. Эйнштейну так и не удалось доказать единую теорию поля. Физики-теоретики еще не сформулировали широко признанную и последовательную теорию, которая сочетала бы общую теорию относительности и квантовую механику, образуя теорию всего . Попытка объединить гравитон с сильными и электрослабыми взаимодействиями приводит к фундаментальным трудностям, и полученная теория не поддается перенормировке . Несовместимость двух теорий остается ключевой нерешенной проблемой физики .