Летом 1912 г. Эйнштейн возвратился в Цюрих на новую кафедру математической физики Высшей технической школы, где приступил к дальнейшему развитию математического аппарата теории относительности. Результатом совместных с его соучеником Марселем Гроссманом усилий стал фундаментальный труд «Проект обобщенной теории относительности и теории тяготения» (1913). В том же году Эйнштейн был избран в Берлинскую академию наук и переехал в Берлин для работы в Университете Гумбольдта, где в должности директора Физического института провел последующие 19 лет. Здесь он закончил общую теорию относительности (ОТО), показав, что гравитацию можно свести к изменению геометрии пространства — времени вокруг тяготеющих тел. В 1915 г. Эйнштейн попытался распространить ОТО на Вселенную в целом и получил модель замкнутого мира. В 1922 г. космологию Эйнштейна рассмотрел петербургский математик А.А. Фридман, придя к динамической модели, в которой радиус кривизны Вселенной возрастает во времени.
В 1921 г. был удостоен Нобелевской премии по физике с формулировкой «За основные работы в области теоретической физики, особенно за создание квантовой теории света».
В 1916–1917 гг. вышли работы, содержащие квантовую теорию излучения Эйнштейна. В них рассматривались вероятности переходов между стационарными состояниями атома Бора — Резерфорда и выдвигалась идея индуцированного излучения, в дальнейшем это стало теоретической основой создания квантовых генераторов.
В конце 1920-х гг. разгорелась дискуссия вокруг «натурфилософских» основ квантовой физики, где Эйнштейн выступил против копенгагенской школы Н. Бора. Дискуссия продолжилась на Сольвеевских конгрессах 1927 и 1930 гг., где разгорелась полемика между Эйнштейном и Бором, продолжавшаяся долгие годы и так и не убедившая его в вероятностной природе квантовой механики. В конце 1920-х гг. Эйнштейн стал уделять все больше времени разработке единой теории поля, призванной объединить в одной модели электромагнитное и гравитационное поля. Однако на этом пути он так и не достиг решающего результата.
После прихода нацистов к власти в Германии в 1933 г. Эйнштейн заявил о своем выходе из Берлинской академии наук и отказался от немецкого гражданства. С октября 1933 г. он приступил к работе в Принстонском институте высших исследований, где до самой своей кончины занимался созданием единой теории поля.
Словарь терминов
Аннигиляция — взрыв при встрече материи и антиматерии, превращающий вещество в излучение.
Антимир — гипотетический мир, построенный из антиматерии (антивещества), состоящей из античастиц, и полностью повторяющий наш мир, но с заменой обычных атомов на антиатомы. Раньше предполагали, что из антивещества могут состоять далекие звезды и галактики, но современные наблюдения не подтверждают эту гипотезу.
Атмосфера — газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает большое влияние на жизнь человечества.
Атмосферное электричество — совокупность электрических явлений и процессов в атмосфере; раздел физики атмосферы, изучающий электрические явления в атмосфере и ее электрические свойства. При исследовании атмосферного электричества изучают электрическое поле в атмосфере, ее ионизацию и проводимость, электрические токи в ней, объемные заряды, заряды облаков и осадков, грозовые разряды и др. Все проявления атмосферного электричества тесно взаимосвязаны, и на их развитие влияют метеорологические факторы — облака, осадки, метели и т. п. К области атмосферного электричества обычно относят процессы, происходящие в тропосфере и стратосфере (нижний и верхний слои атмосферы).
Атом — наименьшая частица обычного вещества. Атом состоит из положительно заряженного ядра, окруженного облаком отрицательно заряженных электронов.
Белый карлик — стабильная холодная звезда, находящаяся в равновесии благодаря тому, что в силу принципа исключения Паули между электронами действуют силы отталкивания.
Вакуум — пространство с низким давлением газа или вообще без давления. Различают космический вакуум с тысячами атомов или молекул на кубометр, лабораторный вакуум с давлением, пониженным откачанным газом до долей земной атмосферы, и физический вакуум с полным отсутствием каких-либо микрочастиц.
Виртуальная частица — в квантовой механике — частица, которую невозможно зарегистрировать непосредственно, но существование которой подтверждается эффектами, поддающимися измерению.
Гамма-излучение — электромагнитное излучение с очень малой длиной волны, испускаемое при радиоактивном распаде или при соударениях элементарных частиц.
Гравитационное взаимодействие — самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий, обладающее большим радиусом действия. В гравитационном взаимодействии участвуют все частицы материи.
Длина волны — расстояние между двумя соседними гребнями волны или между двумя ее соседними впадинами.
Ионизация — превращение атомов и молекул в ионы и свободные электроны; процесс, обратный рекомбинации. Ионизация в газах происходит в результате отрыва от атома или молекулы одного или нескольких электронов под влиянием внешних воздействий. В некоторых случаях возможно прилипание электронов к атому или молекуле и образование отрицательного иона. Энергия, необходимая для отрыва электронов, называется энергией ионизации. Происходит ионизация при поглощении электромагнитного излучения (фотоионизация), при нагревании (термическая ионизация), при воздействии сильного электрического поля (полевая ионизация), при столкновении частиц с электронами и возбужденными частицами (ударная ионизация).
Ионосфера — ионизованная часть верхних слоев атмосферы Земли, расположенная на высотах от 50 до 400 км. Характеризуется значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Верхней границей ионосферы является внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышенной ионизации атмосферы — разложение молекул и ионизация атомов газов, составляющих атмосферу, под действием ультрафиолетовой и рентгеновской радиации солнечного ветра и космического излучения. Только благодаря ионосфере возможно распространение радиоволн на дальние расстояния.
Квант — минимальная порция, которой измеряется испускание или поглощение волн.
Квантовая механика — теория, разработанная на основе квантово-механического принципа Планка, состоящего в том, что свет (или любые другие классические волны) может испускаться или поглощаться только дискретными порциями — квантами — с энергией, пропорциональной их частоте, и принципа неопределенности Гейзенберга.
Кварк — элементарная (заряженная) частица, участвующая в сильном взаимодействии. Протоны и нейтроны состоят каждый из трех кварков.
