ألبرت اينشتاين هو أحد أشهر العلماء في التاريخ، والذي قدم إسهامات كبيرة في مجال الفيزياء والفلسفة. ولد في ألمانيا عام 1879، وحصل على الجنسية السويسرية والأمريكية فيما بعد. حاز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921، واشتهر بصياغته لنظرية النسبية، والتي تعتبر من أهم النظريات في الفيزياء الحديثة. في هذه المقالة، سنتعرف معكم في موقع وثائقيه على بعض من اختراعات اينشتاين وأثرها على العلم والحضارة.

النظرية النسبية

النظرية النسبية هي نظرية فيزيائية تصف العلاقة بين المادة والطاقة والزمان والمكان. تتكون هذه النظرية من نظريتين فرعيتين: النظرية النسبية الخاصة والنظرية النسبية العامة.

النظرية النسبية الخاصة

قدم اينشتاين هذه النظرية عام 1905، وهي تشرح سلوك المادة والضوء عندما تكون في حالة حركة مستقيمة وثابتة نسبة لبعضها. هذه النظرية تقوم على مبدأين رئيسيين:

مبدأ التكافؤ: أي أن جميع قوانين الفيزياء تكون ثابتة ومتطابقة في جميع المراجع المتحركة بسرعات ثابتة نسبة لبعضها.
مبدأ ثبات سرعة الضوء: أي أن سرعة الضوء في الفراغ تكون ثابتة ولا تتأثر بحالة حركة المصدر أو المستقبل.

من نتائج هذه النظرية أن المادة والطاقة يمكن تحويلها إلى بعضها، وأن سرعة أي جسم لا يمكن أن تزيد على سرعة الضوء، وأن كل من الزمان والمكان يكونان نسبيان، أي أنهما يختلفان باختلاف حالة حركة الملاحظ.

النظرية النسبية العامة

قدم اينشتاين هذه النظرية عام 1915، وهي تشرح سلوك المادة والضوء عندما تكون في حالات حركة مختلفة، مثل التسارع أو التقارب. هذه النظرية تقوم على مبدأ التكافؤ بين التسارع والجاذبية، أي أن التأثيرات التي يشعر بها شخص في حالات التسارع تكون مشابهة للتأثيرات التي يشعر بها شخص في حقول جاذبية. من نتائج هذه النظرية أن الجاذبية تكون نتيجة لانحناء الزمكان بواسطة المادة والطاقة، وأن الضوء ينحني عندما يمر بالقرب من أجسام ذات كتلة كبيرة، وأن الزمان يبطئ عندما يكون في حقول جاذبية قوية.

التأثير الكهروضوئي

التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة فيزيائية تحدث عندما يسقط ضوء على سطح معدني، فيؤدي إلى انبعاث إلكترونات من هذا السطح. اكتشف هذه الظاهرة عالم الفيزياء الفرنسي ألكسندر إدمون بيكريل عام 1839، ولكن لم يستطع تفسيرها بشكل كامل. اقترح اينشتاين عام 1905 أن الضوء يتكون من جسيمات ذات طاقة محددة تسمى فوتونات، وأن هذه الفوتونات تنطلق من المصدر بسرعة الضوء، وعندما تصطدم بإلكترون في المعدن، تنقل له جزء من طاقتها، وإذا كانت هذه الطاقة كافية لتجاوز قوة التثبيت بين الإلكترون والمعدن، فإن الإلكترون يتحرر من سطح المعدن. حصل اينشتاين على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921 عن تفسيره لهذه الظاهرة.

ثلاجة اينشتاين

ثلاجة اينشتاين هي نوع من أجهزة التبريد التي تعمل بدون استخدام كهرباء أو مادة مبردة. اخترع هذه الثلاجة اينشتاين بالتعاون مع زميله ليو سيلارد عام 1926، وحصلا على براءة اختراع لها عام 1930. تستخدم هذه الثلاجة ضغطًا مستمرًا لثلاث مواد سائلة: الماء والأمونيا والبوتان. تستخدم هذه المواد في دورة حرارية مغلقة، حيث يتم تسخين الماء بالحرارة الخارجية، فيؤدي إلى تبخر الأمونيا والبوتان من الماء، ثم يتم تبريد هذه الغازات بالماء البارد، فيؤدي إلى تكثفها مجددًا، ثم يتم تمرير هذه المواد المكثفة عبر صمام يخفض ضغطها، فيؤدي إلى امتصاص حرارة من المحيط، وبالتالي تبريد الماء. تعتبر هذه الثلاجة صديقة للبيئة، لأنها لا تستخدم مادة مبردة ضارة أو تستهلككهرباء أو تصدر ضوضاء. لكنها تعاني من بعض المشاكل، مثل تسرب المواد السائلة أو تآكل الأنابيب أو انخفاض كفاءتها. لم تنتشر هذه الثلاجة على نطاق واسع، ولكنها ما زالت تستخدم في بعض التطبيقات الخاصة، مثل التبريد في الفضاء أو في المناطق النائية.

مصباح اينشتاين

مصباح اينشتاين هو نوع من المصابيح التي تستخدم ضغطًا عاليًا لإثارة ذرات الغاز، مما يؤدي إلى إصدار ضوء. اخترع هذا المصباح اينشتاين بالتعاون مع زميله ليو سيلارد عام 1928، وحصلا على براءة اختراع له عام 1930. يتكون هذا المصباح من أنبوب زجاجي يحتوي على غاز نادر، مثل الأرجون أو النيون، واثنين من الأقطاب المعدنية التي تمر بها تيار كهربائي. عندما يزداد التيار الكهربائي، يزداد ضغط الغاز داخل الأنبوب، فيؤدي إلى تحفيز ذرات الغاز للانتقال إلى حالات طاقة أعلى، وعندما تعود هذه الذرات إلى حالات طاقة أقل، تطلق فوتونات ذات طول موجي محدد، وهذه الفوتونات تشكل الضوء المرئي. يتميز هذا المصباح بأنه يستهلك قليلًا من الطاقة ويصدر ضوءًا نقيًا ومتجانسًا ومستمرًا. استخدم هذا المصباح في بعض التطبيقات العلمية والطبية والفنية.

اختراعات أينشتاين الأخرى

بالإضافة إلى النظرية النسبية والتأثير الكهروضوئي والثلاجة والمصباح، قام اينشتاين بعدة اختراعات ومساهمات أخرى في مجالات مختلفة من العلم والتقنية. من بين هذه الاختراعات:

مضخة اينشتاين

مضخة اينشتاين هي نوع من المضخات التي تستخدم ضغطًا عاليًا لنقل السوائل. اخترع هذه المضخة اينشتاين بالتعاون مع زميله ليو سيلارد عام 1929، وحصلا على براءة اختراع لها عام 1931. تستخدم هذه المضخة نفس المبدأ الذي يستخدم في ثلاجة اينشتاين، حيث يتم تسخين سائل مثل الماء أو الزئبق بالحرارة الخارجية، فيؤدي إلى توليد ضغط عالٍ داخل أنبوب مغلق، ثم يتم تحرير هذا الضغط عبر صمام يفتح ويغلق بشكل دوري، فيؤدي إلى دفع السائل إلى أنبوب آخر موصول بحاوية أو خزان. تستخدم هذه المضخة في بعض التطبيقات الصناعية والزراعية والطبية.

مولد اينشتاين

مولد اينشتاين هو نوع من المولدات التي تستخدم ضغطًا عاليًا لإنتاج كهرباء. اخترع هذا المولد اينشتاين بالتعاون مع زميله ليو سيلارد عام 1930، وحصلا على براءة اختراع له عام 1932. يستخدم هذا المولد نفس المبدأ الذي يستخدم في ثلاجة اينشتاين ومضخة اينشتاين، حيث يتم تسخين سائل مثل الزئبق بالحرارة الخارجية، فيؤدي إلى توليد ضغط عالٍ داخل أنبوب مغلق، ثم يتم تحرير هذا الضغط عبر صمام يفتح ويغلق بشكل دوري، فيؤدي إلى دفع الزئبق إلى أنبوب آخر موصول بدينامو أو جهاز لإنتاج التيار الكهربائي. تستخدم هذه المولدات في بعض التطبيقات الصغيرة والطارئة.

جهادور اينشتاين

جهادور اينشتاين هو نوع من الأجهزة التي تستخدم لقياس درجة حرارة جسم سوداء. جسم سوداء هو جسم مثالي يستطيع امتصاص كل الإشعاعات التي تسقط عليه وإطلاق كل الإشعاعات التي ينتجها. اخترع هذا الجهاز اينشتاين عام 1913، وهو يتكون من مرآة مقعرة تعكس الضوء الساقط عليها إلى فتحة صغيرة في وسطها، ومن خلال هذه الفتحة يمر الضوء إلى غرفة مظلمة تحتوي على جسم سوداء، ومن ثم إلى مقياس للإشعاع. بواسطة هذا الجهاز، يمكن قياس درجة حرارة الجسم السوداء بدقة عالية، والتحقق من قانون اينشتاين للإشعاع الحراري، والذي يصف العلاقة بين درجة حرارة الجسم السوداء وطول موجة الضوء المنبعث منه.

الخاتمة

أينشتاين: عبقري لا ينسى

في هذه المقالة، استعرضنا بعض من اختراعات اينشتاين وأثرها على العلم والحضارة، ألبرت اينشتاين هو رمز للعبقرية والابتكار في عالم العلم والتقنية. بفضل اختراعاته ومساهماته، تغيرت نظرتنا للكون والطبيعة والحياة. لم يكتف بإسهاماته في مجال الفيزياء فقط، بل تجاوزه إلى مجالات أخرى، مثل الكيمياء والهندسة والفلسفة.اينشتاين لم يكن فقط عالمًا بارزًا، بل كان أيضًا إنسانًا ملتزمًا بالسلام والحقوق والحرية. كان اينشتاين رمزًا للعبقرية والإنسانية، ولا يزال مصدر إلهام للأجيال الحالية والقادمة. اينشتاين توفي عام 1955، لكن ترك وراءه إرثًا عظيمًا لا يزال يستفيد منه البشر حتى الآن.

الوسوم