שנת הפלאות (1905)

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

פרסומי שנת הפלאותלטינית annus mīrābilis) הם מאמריו של אלברט איינשטיין שפורסמו בשנת 1905 בכתב העת המדעי "Annalen der Physik", שהיה כתב העת המדעי לפיזיקה החשוב של אותה תקופה. ארבעת המאמרים האלה העלו תרומה ניכרת ליסודות הפיזיקה המודרנית ושינו את תמונת העולם אודות חלל, זמן וחומר. שנת הפלאות קרויה בשפה האנגלית "The Miracle Year" ובגרמנית "Wunderjahr".

ארבעת המאמרים דנים באפקט הפוטואלקטרי, תנועה בראונית, תורת היחסות הפרטית ובשקילות המסה והאנרגיה.

האיחוד הבינלאומי לפיזיקה תאורטית ויישומית (IUPAP) הגדיר את שנת 2005 כ"שנת הפיזיקה העולמית", לציון 100 שנים מאז פרסום מאמריו פורצי-הדרך של איינשטיין, שהשפיעו רבות על האנושות.

המאמרים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  • "על התנועה הנדרשת מהתורה הקינטית המולקולארית של החום ושל חלקיקים קטנים השוהים על פניו של נוזל במנוחה" (Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen) - מאמר זה הסביר את התנועה של גזים וחלקיקי אבק הצפים בתוך נוזל, תופעה הידועה בשם תנועה בראונית. המאמר היווה תרומה חשובה לתחום הפיזיקלי של מכניקה סטטיסטית וחיזק מאוד את האמונה בדבר ממשות קיומם של אטומים, שבאותה תקופה רבים ראו בהם רק פיקציות תאורטיות. איינשטיין הציג את עבודתו כתוצאה תאורטית הנובעת מההנחה שיש סטיות מדידות משיווי המשקל התרמודינמי של לודוויג בולצמן והתייחס אל התנועה הבראונית רק כחיזוי אפשרי שלה, מתוך מחסור במידע.
  • "על האלקטרודינמיקה של גופים נעים" (Zur Elektrodynamik bewegter Körper) - במאמר זה הציג איינשטיין את תורת היחסות הפרטית. עד אז הייתה מקובלת בפיזיקה התאורטית רק תורת המכניקה של ניוטון, שעל פיה הזמן זורם באופן שווה בכל מקום ביקום. ברם, ניסויים שנערכו במאה ה-19 גילו כי התנהגות האור שונה מהתחזיות המקובלות, והתאוריה השלטת בפיזיקה החלה מתערערת. כפי ששם המאמר מרמז, מטרתה הראשונה של תורת היחסות הייתה לפתור את הסתירה שבתורה האלקטרומגנטית, בייחוד זו שנובעת מכוח לורנץ \vec{F} = q\vec{E} + \frac{q}{c}\vec{v}\times\vec{B} שבה יש התייחסות למהירות של החלקיק אך לא ברור בדיוק באיזו מהירות מדובר (כלומר, ביחס לאיזה מערכת היא נמדדת). יוצא שבמערכות ייחוס שונות - על החלקיק פועל כוח מגנטי שונה והוא יפתח תאוצה שונה. עוד לפני איינשטיין, פיזיקאי הולנדי בשם הנדריק לורנץ פיתח טרנספורמציות בין מערכות ייחוס שפותרות את הבעיה, אך הן "נתפרו" אמפירית במיוחד בשביל בעיה זו. הגישה של איינשטיין הייתה הרבה יותר רדיקלית. הוא הגדיר מחדש מהו הזמן ומהו המרחב, ובאמצעות שני פוסטולטים: האחד, אינווריאנטיות מהירות האור (כלומר: כל צופה, בכל מערכת ייחוס, ימדוד מהירות אור קבועה c), והשני, שמירת כל חוקי הפיזיקה תחת כל מערכות הייחוס האינרציאליות, הראה איינשטיין כיצד אפשר לגזור את טרנספורמציית לורנץ שקושרת ביחד את המרחב והזמן (את הצגתו של מרחב-הזמן כמרחב וקטורי בעל 4-ממדים ביצע חברו של איינשטיין, המתמטיקאי היהודי הרמן מינקובסקי). תורת היחסות הפרטית הייתה מהפכנית משום ששינתה את כל התפיסות הקיימות לגבי זמן ומרחב. לדוגמה, שני אירועים שקורים בו-זמנית (סימולטנית) במערכת אחת אינם קורים בו-זמנית במערכת ייחוס אחרת, התארכות הזמן והתקצרות האורך של גוף נע, ועוד. הניגוד שבין תורת היחסות לבין האינטואיציה הביאה להצגה של מספר פרדוקסים, כגון פרדוקס התאומים, שרובם נפתרים כאשר מביאים בחשבון את אובדן הסימולטניות.
  • "האם האינרציה של גוף תלויה בתכולת האנרגיה שלו?" (Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energiegehalt abhängig?‎) - במאמר זה ביסס איינשטיין את השקילות שבין מסה לאנרגיה כמסקנה של תורת היחסות הפרטית, וקבע בכך, למעשה, שחוק שימור המסה וחוק שימור האנרגיה הם שתי פנים של אותו מטבע. הסיכום הפופולרי והקצר ביותר של מאמר זה הוא המשוואה הנודעת E=mc² (אנרגיה שווה למכפלת המסה במהירות האור בריבוע). הניסוח המדויק של משוואה זו שונה, והוא: \!\, E = \gamma m_0 c^2 כאשר m0 היא מסת המנוחה של החלקיק ו"גמא" הוא גורם לורנץ, התלוי במהירות החלקיק ושואף לאינסוף כאשר מהירות החלקיק שואפת למהירות האור ושווה ל-1 כאשר החלקיק במנוחה. לנוסחה זו היו יישומים רבים, המרכזיים שבהם הם פצצת האטום והפקת אנרגיה באמצעות תהליכים גרעיניים. "E=mc²" הפכה לאחת הנוסחאות הפיזיקליות המפורסמות ביותר בהיסטוריה, ולסמל של ממש לעבודתו של איינשטיין ולפיזיקה בכלל.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]