Фотоэлектрический эффект нобелевская премия

Нобелевская премия Эйнштейна за теорию фотоэффекта

В истории мировой науки трудно найти ученого такого же масштаба, как Альберт Эйнштейн. Однако его путь к славе и всеобщему признанию не был легким. Достаточно сказать, что Нобелевскую премию Альберт Эйнштейн получил лишь после того, как безуспешно номинировался на нее более 10 раз.

Краткая биографическая справка

Альберт Эйнштейн родился 14 марта 1879 года в немецком городе Ульме в еврейской семье среднего достатка. Его отец сначала занимался производством матрацев, а после переезда в Мюнхен открыл фирму, торговавшую электрооборудованием.

В 7 лет Альберта отдали в католическую школу, а затем в гимназию, которая сегодня носит имя великого ученого. По воспоминаниям одноклассников и учителей, он не проявлял особого рвения к учебе и имел высокие оценки только по математике и латыни. В 1896 году Эйнштейн со второй попытки поступил в Цюрихский Политехникум на педагогический факультет, так как хотел впоследствии работать учителем физики. Там он посвящал много времени изучению электромагнитной теории Максвелла. Хотя не заметить выдающиеся способности Эйнштейна уже было невозможно, к моменту получения диплома ни один из преподавателей не захотел видеть его своим ассистентом. Впоследствии ученый отмечал, что в Цюрихском Политехникуме ему чинили препятствия и третировали за независимый характер.

Начало пути к мировой славе

После окончания вуза Альберт Эйнштейн долго не мог найти работу и даже голодал. Тем не менее, именно в этот период он написал и опубликовал свой первый труд.

В 1902 году будущий великий ученый стал работать в Бюро патентов. Спустя 3 года он опубликовал в ведущем немецком журнале «Анналы физики» 3 статьи, которые впоследствии были признаны предвестниками научной революции. В них он изложил основы теории относительности, фундаментальной квантовой теории, из которой в дальнейшем появилась теория фотоэффекта Эйнштейна, и свои идеи относительно статистического описания броуновского движения.

Революционность идей Эйнштейна

Все 3 статьи ученого, опубликованные в 1905 году в «Анналах физики», стали предметом горячего обсуждения коллег по цеху. Идеи, которые он представил научному сообществу, безусловно, заслуживали того, чтобы принести Альберту Эйнштейну Нобелевскую премию. Однако они не сразу были признаны в академических кругах. Если часть ученых безоговорочно поддержали коллегу, то нашлась довольно большая группа физиков, которые, будучи экспериментаторами, требовали представить результаты эмпирических исследований.

Нобелевская премия

Незадолго до смерти известный оружейный магнат Альфред Нобель написал завещание, согласно которому все его имущество передавалось специальному фонду. Эта организация должна была вести отбор кандидатов и ежегодно вручать крупные денежные премии тем, «кто принес наибольшую пользу человечеству», сделав значимое открытие в области физики, химии, а также физиологии или медицины. Кроме того, премии присуждались создателю самого выдающегося произведения в области литературы, а также за вклад в сплочение наций, снижение численности вооруженных сил и «содействие проведению мирных конгрессов».

В своем завещании Нобель отдельным пунктом потребовал, чтобы при выдвижении кандидатов не учитывали их национальность, так как не хотел, чтобы его премия была политизирована.

В первый раз Нобелевская церемония награждения состоялась в 1901 году. В течение следующего десятилетия ее лауреатами уже стали такие выдающиеся физики, как:

• Вильгельм Рентген;
• Хендрик Лоренц;
• Питер Зееман;
• Антуан Беккерель;
• Пьер Кюри;
• Мария Кюри;
• Джон Уильям Стретт;
• Филипп Ленард;
• Джозеф Джон Томсон;
• Альберт Абрахам Майкельсон;
• Габриэль Липпман;
• Гульельмо Маркони;
• Карл Браун.

Альберт Эйнштейн и Нобелевская премия: первое выдвижение

Впервые великий ученый был номинирован на эту награду в 1910 году. Его «крестным отцом» стал лауреат Нобелевской премии в области химии Вильгельм Оствальд. Интересно, что за 9 лет до этого события последний отказался взять Эйнштейна на работу. В своем представлении он подчеркивал, что теория относительности является глубоко научной и физической, а не просто философскими рассуждениями, как ее пытались представить недоброжелатели Эйнштейна. В последующие годы Оствальд неоднократно отстаивал эту точку зрения, повторно выдвигая его на протяжении нескольких лет.

Нобелевский комитет отклонил кандидатуру Эйнштейна, с той формулировкой, что теория относительности не соответствует точно ни одному из этих критериев. В частности, было отмечено, что следует дождаться более явного ее экспериментального подтверждения.

Как бы там ни было, в 1910 году премия была присуждена Яну Ван-дер-Ваальсу, за вывод уравнения состояния газов и жидкостей.

Выдвижения в последующие годы

В течение следующих 10 лет Альберта Эйнштейна на Нобелевскую премию номинировали практически ежегодно, за исключением 1911 и 1915 годов. При этом всегда в качестве работы, которая была достойна такой престижной награды, указывалась теория относительности. Именно это обстоятельство стало причиной того, что даже современники часто сомневались, сколько Нобелевских премий получил Эйнштейн.

К несчастью, 3 из 5 членов Нобелевского комитета были из шведского Уппсальского университета, известного своей мощной научной школой, представители которой достигли больших успехов в деле усовершенствования измерительных приборов и экспериментальной техники. Они крайне подозрительно относились к чистым теоретикам. Их «жертвой» стал не один только Эйнштейн. Нобелевская премия так и не была вручена выдающемуся ученому Анри Пуанкаре, а Макс Планк получил ее в 1919 году после долгих обсуждений.

Солнечное затмение

Как уже было сказано, большинство физиков требовали экспериментального подтверждения теории относительности. Однако на тот момент сделать это не представлялось возможным. Помогло Солнце. Дело в том, что для того, чтобы убедиться в правильности теории Эйнштейна требовалось, предсказать поведение объекта с огромной массой. Для этих целей как нельзя лучше подходило Солнце. Было принято решение выяснить положение звезд во время солнечного затмения, которое должно было произойти в ноябре 1919 года, и сравнить их с «обычными». Результаты должны были подтвердить или опровергнуть наличие пространственно-временного искажения, являющегося следствием теории относительности.

Были организованы экспедиции на остров Принцип и в тропики Бразилии. Замеры, произведенные в течение 6 минут, пока длилось затмение, были изучены Эддингтоном. В итоге ньютоновская классическая теория про инертное пространство потерпела поражение и уступила место эйнштейновской.

Признание

1919 год стал временем триумфа Эйнштейна. Даже Лоренц, который до этого относился к его идеям скептически, признал их ценность. Одновременно с Нильсом Бором и еще 6-ю другими учеными, имевшими право выдвигать коллег на Нобелевскую премию, он высказался в поддержку Альберта Эйнштейна.

Однако в дело вмешалась политика. Хотя всем было ясно, то самая заслуженная кандидатура — Эйнштейн, Нобелевская премия по физике за 1920 год была вручена Шарлю Эдуарду Гийому за исследование аномалий в сплавах никеля и стали.

Тем не менее, споры продолжались, и было очевидно, что мировая общественность не поймет, если ученый останется без заслуженной награды.

Нобелевская премия и Эйнштейн

В 1921 году число ученых, предложивших кандидатуру создателя теории относительности, достигло апогея. За Эйнштейна высказалось 14 человек, которые официально имели право выдвигать претендентов. Один из самых авторитетных членов Королевского общества Швеции Эддингтон в своем письме даже сравнил его с Ньютоном и указал, что он превосходит всех своих современников.

Тем не менее, Нобелевский комитет поручил выступить с докладом о ценности теории относительности лауреату в области медицины за 1911 год Альвару Гульстранду. Этот ученый, будучи профессором офтальмологии университета Уппсалы, резко и безграмотно раскритиковал Эйнштейна. В частности, он утверждал, что изгибание светового луча нельзя считать истинной проверкой теории Альберта Эйнштейна. Он также призвал не считать доказательством наблюдения, сделанные относительно орбит Меркурия. Кроме того, его особенно возмутил факт, что длина измерительной линейки может меняться в зависимости от того, движется или нет наблюдатель, и с какой скоростью он это делает.

В результате Нобелевская премия Эйнштейну в 1921-м году не была присуждена, и было решено никого не награждать.

1922 год

Сохранить лицо Нобелевскому комитету помог физик-теоретик Карл Вильгельм Озеен из университета в Уппсале. Он исходил из того, что совсем неважно, за что Эйнштейн получит Нобелевскую премию. В связи с этим он предложил присудить ее «за открытие закона фотоэлектрического эффекта».

Озеен также посоветовал членам комитета, чтобы в ходе 22-й церемонии был награжден не только Эйнштейн. Нобелевская премия в год, предшествовавший 1921-му не вручалась, поэтому стало возможно отметить заслуги сразу двух ученых. Вторым лауреатом стал Нильс Бор.

Эйнштейн пропустил официальную церемонию вручения Нобелевской премии. Свою речь он произнес позже, и она была посвящена теории относительности.

Теперь вы знаете, за что Эйнштейн получил Нобелевскую премию. Время показало значимость открытий этого ученого для мировой науки. Даже если бы Нобелевская премия Эйнштейну не была вручена, он все равно вошел бы в анналы мировой истории, как человек, изменивший представления человечества о пространстве и времени.

Источник

«Альберт Эйнштейн»: 12 лет борьбы за Нобелевскую премию В издательстве Corpus вышла биография знаменитого физика. The Village публикует фрагмент главы «Нобелевский лауреат»

Было очевидно, что когда-нибудь Эйнштейн получит Нобелевскую премию по физике. На самом деле он уже даже дал согласие, когда это случится, премиальные деньги перевести своей первой жене Милеве Марич. Вопрос был только в том, когда это произойдёт. И за что.

Когда в ноябре 1922 было объявлено, что ему присуждена премия за 1921 год, появились новые вопросы: почему так поздно? И почему «особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта»?

Бытует такая легенда: Эйнштейн узнал, что победителем наконец стал он, на пути в Японию. «Нобелевская премия присуждена вам. Подробности письмом», — гласила телеграмма, отправленная 10 ноября. Однако на самом деле его предупредили об этом задолго до поездки, сразу же, как только в сентябре Шведская академия приняла своё решение.

Сванте Аррениус, председатель Нобелевского комитета по физике, услышал, что в октябре Эйнштейн планирует поездку в Японию. Это означало, что он, если только не отложит поездку, не сможет присутствовать на церемонии вручения премии. Поэтому Аррениус ясно и прямо написал Эйнштейну: «Вероятно, будет очень желательно, чтобы вы смогли приехать в Стокгольм в декабре».
И, основываясь на знании физики и возможностей путешественников во времена, предшествующие изобретению реактивных самолётов, добавил: «Если вы будете в Японии, это окажется невозможным». Поскольку письмо было от главы Нобелевского комитета, было понятно, что оно означает. Не так уж много причин, по которым физика могут вызывать в Стокгольм в декабре.

Даже зная, что он наконец выиграл, Эйнштейн не счёл возможным отложить поездку — в какой-то мере и из-за того, что его обходили так часто, что это уже стало его раздражать.

1910-е

Впервые он был номинирован на эту премию в 1910 году Вильгельмом Оствальдом, лауреатом Нобелевской премии по химии, за девять лет до того отказавшимся принять Эйнштейна на работу. Оствальд ссылался на специальную теорию относительности, подчёркивая, что это фундаментальная физическая теория, а не просто философия, как утверждали некоторые недоброжелатели Эйнштейна. Эту точку зрения он отстаивал снова и снова, повторно выдвигая Эйнштейна ещё несколько лет подряд.

Шведский нобелевский комитет строго следовал предписанию завещания Альфреда Нобеля: Нобелевская премия присуждается за «наиболее важное открытие или изобретение». Члены комитета считали, что теория относительности не соответствует точно ни одному из этих критериев. Поэтому они отвечали, что «прежде чем согласиться с этой теорией, и в частности присудить за неё Нобелевскую премию», следует дождаться её более явного экспериментального подтверждения.

Бытует такая легенда: Эйнштейн узнал, что победителем наконец стал он, на пути в Японию. Однако на самом деле его предупредили об этом задолго до поездки

В течение всего следующего десятилетия Эйнштейна продолжали номинировать на Нобелевскую премию за работу по созданию теории относительности. Он получил поддержку многих выдающихся теоретиков, например Вильгельма Вина. Правда, Хендрик Лоренц, всё ещё скептически относившийся к этой теории, в их число не входил. Основным препятствием было то, что в то время в комитете подозрительно относились к чистым теоретикам. В период с 1910 по 1922 год трое из пяти членов комитета были из шведского Уппсальского университета, известного пылким пристрастием к усовершенствованию экспериментальной техники и измерительных приборов. «В комитете доминировали шведские физики, известные своей любовью к экспериментам, — замечает Роберт Марк Фридман, историк науки из Осло. — Прецизионное измерение они считали высшей целью своей науки». Это была одна из причин, почему Максу Планку пришлось ждать до 1919 года (ему была присуждена премия за 1918 год, не вручавшаяся в предыдущем году), а Анри Пуанкаре вообще Нобелевской премии не получил.

1919 год

В ноябре 1919 года пришло волнующее известие: наблюдение солнечного затмения в значительной мере подтвердило теорию Эйнштейна; 1920 год стал годом Эйнштейна. К этому времени Лоренц уже не был настроен столь скептически. Одновременно с Бором и ещё шестью другими учёными, официально имевшими право номинировать на Нобелевскую премию, он высказался в поддержку Эйнштейна, делая акцент на завершённости его теории относительности. (Планк тоже написал письмо в поддержку Эйнштейна, но оно опоздало, поступив после окончания срока выдвижения кандидатов.) Как утверждалось в письме Лоренца, Эйнштейн «стоит в одном ряду с самыми выдающимися физиками всех времён». Письмо Бора было столь же ясным: «Здесь мы имеем дело с достижением основополагающей важности».

Вмешалась политика. До сих пор главное оправдание отказа в присуждении Нобелевской премии было чисто научным: работа полностью теоретическая, не основана на эксперименте и, как кажется, не связана с открытием новых законов. После наблюдения затмения, объяснения сдвига орбит Меркурия и других экспериментальных подтверждений эти возражения всё ещё высказывались, но теперь в них звучало скорее предубеждение, связанное как с различием культурных уровней, так и с предвзятым отношением к самому Эйнштейну. Для критиков Эйнштейна тот факт, что он внезапно стал суперзвездой, самым известным учёным в международном масштабе со времён, когда укротитель молний Бенджамин Франклин был кумиром парижских улиц, скорее был свидетельством его склонности к саморекламе, а не того, что он достоин присуждения Нобелевской премии.

1921 год

Хорошо ли, плохо ли, но в 1921 году эйнштейномания достигла апогея, а его работы обрели широкую поддержку как среди теоретиков, так и среди экспериментаторов. В их числе был немец Планк, а среди иностранцев — Эддингтон. За Эйнштейна высказалось четырнадцать человек, официально имевших право выдвигать претендентов, — гораздо больше, чем за любого из его конкурентов. «Эйнштейн, как и Ньютон, далеко превосходит всех своих современников», — написал Эддингтон. В устах члена Королевского общества это была высшая похвала.

Теперь комитет поручил сделать доклад о теории относительности Альвару Гульстранду, профессору офтальмологии из университета в Уппсале, лауреату Нобелевской премии по медицине за 1911 год. Не будучи компетентным ни в физике, ни в математическом аппарате теории относительности, он резко, но безграмотно критиковал Эйнштейна. Гульстранд явно намеревался отклонить кандидатуру Эйнштейна любым способом, поэтому в своём пятидесятистраничном докладе он, например, утверждал, что изгибание светового луча на самом деле не может служить истинной проверкой теории Эйнштейна. Он говорил, что результаты Эйнштейна не подтверждены экспериментально, но, даже если это и так, остаются другие возможности объяснить это явление в рамках классической механики. Что же касается орбит Меркурия, заявлял Гульстранд, «без дальнейших наблюдений вообще непонятно, соответствует ли теория Эйнштейна экспериментам, в которых определялась прецессия его перигелия». А эффекты специальной теории относительности, по его словам, «лежат за границей ошибки эксперимента». Как человека, стяжавшего лавры изобретением аппаратуры для прецизионных оптических измерений, Гульстранда в теории Эйнштейна, по-видимому, особенно возмущал тот факт, что длина жёсткой измерительной линейки может меняться в зависимости от движения наблюдателя.

Отсутствие Нобелевской премии у Эйнштейна начало негативно сказываться не столько на Эйнштейне, сколько на самой премии

Хотя некоторые члены всей Академии отдавали себе отчёт, что возражения Гульстранда наивны, преодолеть это препятствие было нелегко. Он был уважаемым, популярным шведским профессором. Он и публично, и в узком кругу настаивал, что великая премия Нобеля не должна присуждаться в высшей степени спекулятивной теории, вызывающей необъяснимую массовую истерию, окончания которой можно ожидать в самом скором времени. Вместо того чтобы найти другого докладчика, Академия сделала нечто, что в меньшей степени (а может, и в большей) можно было считать публичной пощёчиной Эйнштейну: академики проголосовали за то, чтобы не выбирать никого и в качестве эксперимента перенести на другой год присуждение премии за 1921 год.

Зашедшая в тупик ситуация угрожала стать неприличной. Отсутствие Нобелевской премии у Эйнштейна начало негативно сказываться не столько на Эйнштейне, сколько на самой премии.

1922 год

Спасение пришло от физика-теоретика Карла Вильгельма Озеена из университета в Уппсале, ставшего членом Нобелевского комитета в 1922 году. Озеен был коллегой и другом Гульстранда, что помогло ему осторожно справиться с некоторыми маловразумительными, но упрямо отстаиваемыми возражениями офтальмолога. Но Озеен понимал, что вся эта история с теорией относительности зашла столь далеко, что лучше применить другую тактику. Поэтому именно он приложил немалые усилия, чтобы премия была присуждена Эйнштейну «за открытие закона фотоэлектрического эффекта».

Каждая часть этой фразы была тщательно обдумана. Конечно, номинировалась не теория относительности. Хотя некоторые историки так считают, но по сути это была и не теория квантов света Эйнштейна, даже несмотря на то, что главным образом имелась в виду соответствующая статья за 1905 год. Премия вообще была не за какую-либо теорию, а за открытие закона. В докладе за предыдущий год обсуждалась «теория фотоэлектрического эффекта» Эйнштейна, но Озеен ясно обозначил другой подход к проблеме, назвав свой доклад «Закон фотоэлектрического эффекта Эйнштейна». Озеен не останавливался подробно на теоретических аспектах работы Эйнштейна. Вместо этого он вёл речь о предложенном Эйнштейном и подтверждённом с достоверностью экспериментами законе природы, который был назван фундаментальным. А именно, подразумевались математические формулы, показывающие, как можно объяснить фотоэлектрический эффект, если предположить, что свет испускается и поглощается дискретными квантами, и каким образом это соотносится с частотой света.

Озеен также предложил вручить Эйнштейну премию, не вручённую в 1921 году, что позволяло Академии использовать это как основание для одновременного вручения премии за 1922 год Нильсу Бору, учитывая, что его модель атома строилась на законах, которые объясняют фотоэлектрический эффект. Это был разумно выписанный билет на двоих, гарантировавший, что два величайших теоретика того времени становятся нобелевскими лауреатами, не вызывая раздражения консервативных академических кругов. Гульстранд согласился. Аррениус, встретивший Эйнштейна в Берлине и очарованный им, был готов принять неизбежное. Шестого сентября 1922 года в Академии прошло голосование: Эйнштейн получил премию за 1921 год, а Бор, соответственно, за 1922 год. Итак, Эйнштейн стал обладателем Нобелевской премии за 1921 год, которая, согласно официальной формулировке, была вручена «за заслуги перед теоретической физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта». И здесь, и в письме секретаря Академии, официально извещавшем об этом Эйнштейна, было добавлено явно необычное разъяснение. В обоих документах особо подчёркивалось, что премия присуждается «не принимая во внимание ваши теории относительности и гравитации, важность которых будет оценена после их подтверждения». Кончилось тем, что Эйнштейн не получил Нобелевскую премию ни за специальную, ни за общую теорию относительности и ни за что другое, кроме фотоэлектрического эффекта.

Эйнштейн пропустил 10 декабря официальную церемонию вручения премии. После долгих препирательств о том, надо ли считать его немцем или швейцарцем, премию вручили немецкому послу

То, что именно фотоэлектрический эффект позволил Эйнштейну получить премию, походило на плохую шутку. При выводе этого «закона» он основывался главным образом на измерениях, сделанных Филиппом Ленардом, который теперь был самым страстным участником кампании гонений на Эйнштейна. В работе 1905 года Эйнштейн хвалил «новаторскую» работу Ленарда. Но после антисемитского митинга 1920 года в Берлине они стали злейшими врагами. Поэтому Ленард был разъярён вдвойне: несмотря на его противодействие, Эйнштейн премию получил, и, что хуже всего, за работу в той области, где первопроходцем был он, Ленард. Он написал разъярённое письмо в Академию — единственный полученный официально протест, — где утверждал, что Эйнштейн неправильно понимает реальную природу света и, кроме того, он еврей, заигрывающий с публикой, что чуждо духу истинно немецкого физика.

Эйнштейн пропустил 10 декабря официальную церемонию вручения премии. В это время он на поезде путешествовал по Японии. После долгих препирательств о том, надо ли считать его немцем или швейцарцем, премию вручили немецкому послу, хотя в документах было указано оба гражданства.

Речь председателя Комитета Аррениуса, представлявшего Эйнштейна, была тщательно выверена. «Вероятно, среди живущих сейчас физиков нет такого, чьё имя было бы столь широко известно, как имя Альберта Эйнштейна, — начал он. — Его теория относительности стала центральной темой большинства дискуссий». Затем он с явным облегчением продолжил, что «главным образом это имеет отношение к эпистемологии и поэтому вызывает жаркие споры в философских кругах».

В тот год премия в денежном выражении составляла 121 572 шведские кроны, или 32 250 долларов, что больше чем в десять раз превосходило среднее жалование профессора за год. Согласно договору при разводе с Милевой Марич, Эйнштейн часть этой суммы направил непосредственно в Цюрих, поместив их в трастовый фонд, доход от которого должна была получать она и их сыновья. Остальное было отправлено на счёт в Америку, процентами от которого она тоже могла пользоваться.

В конечном счёте Марич потратила деньги на покупку трёх доходных домов в Цюрихе.

Книга ПРЕДОСТАВЛЕНА издательством Corpus

Источник