Einstein, tesina

Istituto Santa Dorotea

Scuola secondaria di I grado

Approfondimento pluridisciplinare

Einstein

Laura Manzardo Anno scolastico 2015-2016

III

Inglese

“I have no special talents. I’m only passionately curious.”

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Einstein

Albert Einstein was born on 14^th March 1879 in Ulm, Germany, to a middle-class Jewish family. His father Hermann was the owner of a small workshop that he managed with his brother Jakob, while his mother was a musician. He acquired optimism from his father and a passion for music from his mother. After two years, his sister Maja was born.

(Albert’s parents) (a photo of Albert with his sister)

In 1880 the family moved to Munich and Einstein attended the “Petersschule” primary school. He didn’t like studying very much, but already at nine years of age, encouraged by his uncle Jakob, he showed a propensity for scientific subjects. The first present that his father gave him was a compass, which attracted him a lot. In the successive years he went to “Luitpold Gymnasium”, but he didn’t like the scholastic environment because it was too strict.

When Albert was 14, he moved to Switzerland because he had the exam to enter the Polytechnic of Zurich, but the test failed in all subjects except Maths and Physics. So, he reached his family, who had moved to Italy. After two years, they sent him to finish studying in Aarau, where he got his diploma. In October of the same year he took the entrance examination at a Polytechnic once again and he passed it. In 1898 he fell in love with Mileva Maric, who was a fellow student four years older than him, the only woman who was admitted to the Polytechnic. In 1900 Einstein took a degree in Maths and Physics and became a teacher. Before the marriage, Mileva had had a daughter, Lieserl, who probably died of scarlet fever or was adopted. After one year Einstein and Mileva married, even if their families didn’t agree. They had two children: Hans Albert and Eduard.

(Mileva and Einstein) (Eduard, Mileva and Hans Albert)

In 1905 Einstein published six works, one of which was the Theory of Relativity, with the famous formula: E = mc².

In 1907 he asked for academy teaching at Berne’s University, but they didn’t approve. The following year, however, they called him to work there. Between 1911 and 1912 he was appointed teacher of theoretical physics at Prague’s University, and between 1912 and 1913 he was appointed teacher at the Polytechnic of Zurich. Between 1913 and 1914 he went to teach at the Academy of Berlin and so he moved to this country.

At the same time, the marriage with Mileva wasn’t good: Einstein was always absent and Mileva was always alone. In Berlin he was hosted by his aunt and uncle. There he met his cousin Elsa, who was married and had two daughters: Ilse and Margot. A love affair started between Einstein and Elsa.

In 1915 they divorced their husband or wife, in 1919 they got married and they went to live in Berlin.

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(Einstein and his cousin Elsa)

In the same year, a fact confirmed his Theory of General Relativity, during a total eclipse of the sun, which made Einstein popular. However, the Nobel Prize that he won in 1921 wasn’t for the Theory of Relativity, but it was attributed to the law of the photoelectric effect. In the following years he travelled a lot to express his social engagement as a pacifist.

When Hitler took power, Einstein and Elsa emigrated to the United States. There, the Institute for Advanced Study in Princeton asked him if he wanted to teach theoretical physics. After a few years, he, Elsa and Elsa’s daughters moved definitely to Princeton. Some years later Elsa fell ill and died on the 20^th of December in 1936. In 1940 Einstein became an American citizen.

In 1955, in April, the mathematical philosopher Bertrand Russell sent Einstein a letter-manifesto. It contained a petition to sensitise all the world about the dangerousness of atomic arms. Einstein approved it and sent it back to the sender in the United Kingdom. This letter was signed by a lot of intellectuals of his time. This document was published on the 9^th of July 1955.

Einstein’s last words allegedly were: “Now my work ends”. He died on the 18^th of April 1955.

Einstein will stay forever in the scientific field, thanks to his discovery.

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Scienze

La teoria della relatività

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La teoria della relatività è probabilmente la scoperta più famosa di Albert Einstein, essa però è anche molto complicata e pochi la conoscono veramente.

Quando si parla di relatività, prima di tutto è bene chiarire che sono due le teorie elaborate da Einstein ad inizio del 1900.

La relatività ristretta o speciale

Nel 1905 Einstein, giovane fisico di 26 anni che lavorava all’ufficio brevetti di Berna, pensando e ripensando ai principi fondamentali che sorreggono la natura delle cose, scrisse 3 eccezionali articoli, che sarebbero stati pubblicati in un’importantissima rivista scientifica, “Annalen der Physik”.

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Il contenuto di quegli articoli andava a rivoluzionare il mondo della fisica con una nuova teoria, la teoria della relatività ristretta, chiamata anche speciale, decisamente differente da tutto ciò che era la cosiddetta “fisica classica”.

Secondo quest’ultima, lo spazio e il tempo erano qualcosa di assoluto, cioè si riteneva che ogni singolo movimento di un certo corpo avvenisse rispetto ad una sorta di griglia immobile, immutabile, eterna.

Einstein invece rivelò che spazio e tempo si comportano in modi stupefacenti, mai previsti da nessuno fino a quel momento. In breve, egli afferma che distanze, velocità e durate sono tutte relative e dipendono dall’osservatore.

Conseguenza della relatività speciale è la famosa equazione E = mc², che mette in relazione l’energia e la massa con la velocità della luce. Viene stabilita un’equivalenza fra l’energia e la massa moltiplicata per una costante che è la velocità della luce al quadrato, dove quest’ultima è l’unica grandezza costante ed è pari a circa 300.000 km al secondo.

Lo scienziato tedesco afferma che niente può andare più veloce della luce. Un oggetto può essere accelerato al massimo immettendo sempre maggiore energia ma, mano a mano che ci si avvicina alla velocità della luce, pur aumentando l’energia, la velocità aumenta in misura sempre minore e per arrivare alla velocità della luce servirebbe energia infinita.

Continuando ad aumentare l’energia immessa, quell’energia non si trasforma in velocità ma i corpi diventano sempre più pesanti, l’energia cioè si trasforma in massa. Se, ad esempio, disponiamo di una bilancia di precisione e di un elastico, pesando l’elastico sia in quiete sia nel momento in cui ci applichiamo un’energia, noteremo che la massa dell’elastico in tensione aumenta perché carica di energia.

Questo è il principio che sta alla base dell’energia nucleare.

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La relatività generale

La teoria della relatività formulata da Albert Einstein, nella versione ristretta e poi in quella generale, ha modificato profondamente la teoria della relatività galileiana e ha cambiato il nostro concetto di tempo e di spazio.

Nella relatività speciale Einstein aveva stabilito che nulla può viaggiare a velocità maggiore della luce. Per lo scienziato tedesco, non solo lo spazio è relativo, ossia dipende dal sistema di riferimento, ma anche il tempo, nel senso che a velocità molto elevate il tempo rallenta. Ciò succede nel “paradosso dei gemelli”, in cui un fratello va nello spazio e viaggia a velocità prossime a quelle della luce mentre l’altro rimane sulla Terra. Quando per il ragazzo nello spazio sono passati un paio di mesi, sulla Terra sono passati anche anni.

Questo fa sì che l’unica grandezza costante sia la velocità della luce.

Tale affermazione apriva la strada ad una serie di contrasti con le teorie precedenti della gravitazione, in cui la gravità esercita la sua azione attraverso lo spazio in maniera istantanea.

Einstein con la relatività generale ha ridefinito il concetto di gravità: invece di una forza che attira le masse l’una verso l’altra, la teoria la spiega come una semplice conseguenza della geometria dello spazio e del tempo. Secondo Einstein, lo spazio e il tempo non sono due concetti separati, ma un’unica entità: lo spazio-tempo.

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La gravità viene rielaborata in termini di deformazione e curvatura di spazio e tempo. Non è più la Terra che attira la tazza sfuggitaci di mano, bensì il pianeta che deforma l’ambiente circostante e dunque la tazza segue uno scivolo spazio-temporale che la porta fino al pavimento.

Per comprendere possiamo immaginare lo spazio-tempo come una superficie di gomma: appoggiandoci sopra un peso, la gomma si deforma creando un piccolo cono; se poi mettiamo una biglia, questa rotolerà verso il centro del cono. È per questo che quando un’astronave si trova in prossimità di un grande corpo celeste viene attratta da questo come una grossa calamita.

Inizialmente la teoria di Einstein non fu accolta come una grande scoperta, ma nel 1919 arrivò la prima dimostrazione con l’eclissi totale di sole.

Nonostante il buio, alcuni scienziati videro una stella che doveva essere oscurata da esso perché posta dietro il Sole, ma la grande massa del Sole, incurvando lo spazio-tempo, permetteva alla luce della stella di compiere una traiettoria deformata e quindi la rendeva osservabile dalla Terra come se fosse spostata rispetto alla sua reale posizione. Tale esperimento passò alla storia come esperimento Einstein-Eddington.

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Tecnologia

Albert Einstein partecipò al progetto per la costruzione di armi nucleari il 2 agosto 1939, quando scrisse una lettera al presidente Roosevelt per la richiesta di un finanziamento speciale per anticipare la Germania nazista nella costruzione della bomba atomica.

L’energia nucleare

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L’energia nucleare è una forma di energia che deriva da modificazioni della struttura della materia. Le applicazioni alla tecnica della scoperta di Albert Einstein hanno permesso di sfruttare questo principio, ma in forma limitata.

I processi che producono energia nucleare sono due: la fissione nucleare e la fusione nucleare.

La fissione nucleare

La fissione nucleare consiste nella disintegrazione del nucleo dell’atomo in alcuni elementi, detti fissili, per mezzo di particelle che lo colpiscono e lo spezzano in due nuclei più leggeri. I prodotti hanno una massa minore del nucleo iniziale, dunque, durante il processo, una parte della materia si è trasformata in energia. L’elemento fissile utilizzato nelle centrali nucleari è l’uranio 235 che, però, è contenuto solo in piccolissima parte nell’uranio naturale e quindi deve essere “arricchito” con complesse operazioni. L’uranio 235 è il combustibile che, introdotto nei reattori, sviluppa una notevole quantità di energia. Nei reattori dell’ultima generazione si producono sia energia sia un nuovo combustibile nucleare: il plutonio.

Il principio di funzionamento di una centrale nucleare è questo:

• Nel reattore, dove è contenuto il combustibile nucleare, avviene una fissione controllata.
• Il calore prodotto genera del vapore che mette in rotazione una turbina a vapore collegata ad un generatore di corrente, l’alternatore: si produce così energia elettrica.

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