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Albert Einstein wurde am 14. März 1879 in Ulm, Württemberg, Deutschland geboren und starb am 18. April 1955 in Princeton, New Jersey, USA. Mehr als jeder andere Wissenschaftler trug Einstein zur modernen Sichtweise der physikalischen Realität bei. Seine spezielle und allgemeine Relativitätstheorie wird immer noch als das zufrieden stellenste Modell über das Universums betrachtet. Aber er hat noch wesentlich mehr wissenschaftlich bedeutende Beiträge geleistet, was vielen nicht bekannt ist.
In den Jahren von 1901-1954 veröffentlichte Albert Einstein über 300 wissenschaftliche Arbeiten! Mit fünf Arbeiten, die er 1905 im Alter von 26 Jahren publizierte, revolutionierte er die Physik seiner Zeit. Zu dieser Zeit arbeitete Einstein im Patentamt in Bern und befasste sich nebenher mit physikalischen Problemen seiner Zeit.
Nachfolgend ein kurzer Überblick über ein paar bemerkenswerte Arbeiten von Albert Einstein:
Eine vollständige Liste der Publikationen kann von folgender Website herunter geladen werden:
Verzeichnis der wissenschaftlichen Publikationen Albert Einsteins von 1911-1922
Dokument im PFD Format
Albert Einstein schrieb sein erstes wissenschaftliches Essay im Sommer 1895; er war gerade 16 Jahre alt. Dieses Essay «Über die Untersuchung des Ätherzustandes im magnetischen Felde» schickte er zur Begutachtung seinem Onkel Caesar Koch. Einsteins erste "wissenschaftliche Arbeit" wurde nie veröffentlicht.
Einstein stellt seine Quantentheorie des Lichtes vor, die Idee, dass Licht in kleinen Paketen (Quanten) oder Teilchen existiert, die wir heute Photonen nennen. Neben Max Planck's Arbeit über die Quantisierung von Wärmestrahlung und Niels Bohr's spätere Arbeit über die Quantisierung der Materie begründete Einsteins Arbeit die schockierendste Idee der Physik des zwanzigsten Jahrhunderts: Wir leben in einem quantisierten Universum, gebildet von winzigen diskreten Portionen Energie und Materie.
Für diese Arbeit über den photoelektrischen Effekt, die unter dem Titel «Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt» in den «Annalen der Physik» veröffentlicht wurde, erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis für Physik, weil er darin die Grundlage einer Quantentheorie der Strahlung gelegt hatte.
Im April und Mai 1905 veröffentlichte Einstein zwei Dokumente. Im ersten Dokument «Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen» erfand er eine neue Methode, wie man Atome und Moleküle in einem bestimmten Raum zählen und ihre Grösse bestimmen kann. Im anderen Dokument mit dem Titel «Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen» erklärt er das Phänomen der Brownschen Wärmebewegung von Atomen und Molekülen in Flüssigkeiten. Damit bewies er nebenbei, dass Atome wirklich existieren, was damals immer noch ein Diskussionsthema war, und beendete damit die jahrhunderte alte Debatte über die fundamentale Natur von chemischen Elementen.
Mit seiner Dissertation «Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen» verdiente Einstein seinen Doktortitel an der Universität von Zürich.
Unter dem Titel «Zur Elektrodynamik bewegter Körper» veröffentlichte Einstein am 30. Juni 1905 in den «Annalen der Physik» seine spezielle Relativitätstheorie. Mit der speziellen Relativitätstheorie zeigte Einstein, dass Messungen von Zeit und Längen systematisch variieren, wenn sich etwas relativ zu etwas anderem bewegt. Er zeigte damit, dass Raum und Zeit keine absoluten Grössen sind, sondern vom Beobachter abhängig sind. Er zeigte, dass wir in einem relativistischen Universum leben, nicht in einem absoluten, wie es Newton und alle Physiker nach ihm angenommen hatten.
Mit der speziellen Relativitätstheorie machte Einstein eine 180 Grad Wendung zu seinem Beitrag vom März des selben Jahren, in welchem er vorschlug, dass Licht aus Quanten bestehe. Die spezielle Relativitätstheorie sieht Licht als einen zusammenhängenden Bereich aus Wellen. Einstein mit seinen 26 Jahren sieht Licht damals schon sowohl als Welle und als Teilchen an und pickt jene Eigenschaften des Lichtes heraus, die er für das Lösen eines bestimmten Problems gerade benötigt.
Ebenfalls 1905 veröffentlichte Einstein eine Erweiterung der speziellen Relativitätstheorie unter dem Titel «Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?». In dieser Arbeit bewies er, dass Energie und Masse durch die berühmte Beziehung E = m · c2 verknüpft sind. Diese Formel besagt, dass die Masse direkt ein Mass für die im Körper enthaltene Energie ist. Zunächst erfasste nicht einmal Einstein die Tragweite seiner Entdeckung. Aber er erkannte bereits, dass die Hitze, die beim radioaktiven Zerfall von Radium frei wird, von der Umwandlung eines kleinen Teils der Masse in Energie herrühren könnte.
Einstein befasste sich mit den Folgerungen des Relativitätsprinzips und veröffentlichte einen Beitrag unter dem Titel «Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen». Er begann seine Arbeit mit der entscheidenden Einsicht, dass Gravitation und Beschleunigung gleichbedeutend sind, zwei Facetten des selben Phänomens. Daraus folgte, dass die schwere Masse und die träge Masse eines Körpers dasselbe sind, was bis dahin nicht erklärt werden konnte. Das Äquivalenzprinzip war für Einstein ein erster Ansatzpunkt für eine neue Theorie der Gravitation, welche die bisherige Newtonsche Theorie verdrängen könnte.
Auch kleinere Arbeiten Einsteins fanden Beachtung. So beantwortete Einstein die grundlegende Frage: «Warum ist der Himmel blau?» Sein Dokument «Theorie der Opaleszenz von homogenen Flüssigkeiten und Flüssigkeitsgemischen in der Nähe des kritischen Zustandes» löste das Problem durch Überprüfen des aufsummierenden Effektes der Lichstreuung an individuellen Molekülen in der Erdatmosphäre.
Einstein sagt in «Über den Einfluss der Schwerkraft auf die Ausbreitung des Lichtes» voraus, dass sich die Lichtstrahlen der Sterne durch die Sonne abgelenkt werden, wenn diese in deren Nähe kommen. Dies sollte man bei einer totalen Sonnenfinsternis messen können, indem man das Licht von Sternen beobachtet, die von der Erde aus gesehen sehr nahe Sonne stehen. Diese Sterne sollten aufgrund der Lichtbeugung ein paar Bogensekunden weiter aussen erscheinen, als sie tatsächlich sind. Die Berechnung der Beugung enthielt damals noch einen Fehler, den er später in der vollendeten Gravitationstheorie korrigierte.
Am 29. Mai 1919 wurde bei einer totalen Sonnenfinsternis Einsteins Vorhersage der Lichtbeugung und damit die Korrektheit der allgemeinen Relativitätstheorie bestätigt und Einstein wurde dadurch weltberühmt.
Einstein erkannte vor jedem anderen den grundsätzlichen Dualismus in der Natur, die Koexistenz von Wellen und Teilchen auf Quantenebene. Er proklamierte, dass das Lösen der Quanten-Effekte das zentrale Problem der Physik sein würde.
Einstein begann eine neue Phase in seiner Erforschung der Gravitation. Mit der Hilfe eines Mathematikers, seinem Freund Marcel Grossmann, begann er seine Arbeit mit den Mitteln der Tensorrechnung von Tullio Levi-Civita und Gregorio Ricci-Curbastro zu formulieren. Einstein nannte seine neue Arbeit «Die allgemeine Relativitätstheorie».
1915 komplettierte Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie in «Die Feldgleichungen der Gravitation», welche er 1916 unter dem Titel «Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie» in den «Annalen der Physik» in der endgültigen Fassung veröffentlichte. Die allgemeine Relativitätstheorie war das Produkt von acht Jahren Arbeit über das Problem der Gravitation. In der allgemeinen Relativitätstheorie zeigte Einstein, dass Masse und Energie, also alles im Universum, den Raum und die Zeit verbiegen. Was wir als Anziehungskraft bezeichnen, ist einfach das Verfolgen des kürzest möglichen Pfades durch die gekrümmte 4-dimensionale Raumzeit.
Dies ist eine komplett neue Sichtweise: Raum ist nicht mehr länger ein Behälter, in dem das Universum enthalten ist. Vielmehr sind Raum, Zeit, Energie und Masse auf intimste Weise miteinander verknüpft und beeinflussen sich gegenseitig.
1917 veröffentlichte Einstein ein Dokument, in welchem er die allgemeine Relativitätstheorie dazu benutzte, um das Verhalten eines ganzen Universums zu beschreiben. Die allgemeine Relativitätstheorie hat einige der seltsamsten und wichtigsten Resultate in der modernen Kosmologie hervor gebracht.
In diesem Dokument machte Einstein etwas, was er später als seinen grössten Fehler bezeichnete: Er fügte eine «kosmologische Konstante» in seine Formeln ein, damit das Universum statisch blieb. Seine ursprünglichen Formeln sagten nämlich ein dynamisches Universum voraus, was mit dem damaligen Weltbild nicht vereinbar war. Als Einstein von Edwin Hubble's Beobachtungen erfuhr, dass das Universum tatsächlich nicht statisch ist, sondern expandiert, entfernte er die Konstante schnell wieder aus seinen Formeln.
Sechs Jahre vor der Erfindung der Quanten-Mechanik und dem Unschärfe-Prinzip erkannte Einstein, dass es ein Problem mit der klassischen Vorstellung von Ursache und Wirkung geben könnte. Wenn man von dem seltsamen Welle-Teilchen Dualismus von Quanten ausgeht, warnte Einstein, könnte es unmöglich werden, eine Wirkung eindeutig einer Ursache zuzuordnen.
Einstein machte weitere wichtige Beiträge zur Entwicklung der Quanten-Theorie. Seine letzte Arbeit zur Quanten-Theorie baut auf Ideen von Satyendra Nath Bose auf und sagt einen neuen Zustand für Materie voraus, genannt Bose-Einstein-Kondensation. Damit hat Materie neben gasförmig, flüssig und fest einen vierten möglichen Zustand erhalten. Erst 1995 konnte dieser Materie-Zustand erstmals bei extremsten tiefen Temperaturen (nur einige Milliardstel Grad über dem absoluten Nullpunkt) künstlich hergestellt werden.
Bose-Einstein-Kondensation
Ein Beitrag von Physics 2000
Das Kühlen von Lebensmitteln war zu Anfang des letzten Jahrhunderts eine recht gefährliche Angelegenheit. Viele damalige Kühlgeräte wurden mit giftigen Gasen wie Methylchlorid oder Ethyläther betrieben. Da es häufig nicht gelang, das Kühlsystem völlig dicht zu halten, kam es durch den Austritt von Gas immer wieder zu tragischen Unfällen. Geschockt von Berichten über Unfälle mit den gefährlichen mechanischen Kühlschränken tüftelte Einstein gemeinsam mit seinem ungarischen Physikerkollegen Szilard an neuartigen Kühlverfahren. 1926 reichte Einstein mehrere Patente auf Kühlmaschinen ein. Allerdings schaffte es damals keine seiner Ideen zur Serienreife.