Ostaisitko Einsteinin paranteleman jääkaapin? Vuosisadan teoreetikko oli myös käytännönläheinen insinööri ja keksijä.







Ostaisitko Einsteinin paranteleman jääkaapin? Vuosisadan teoreetikko oli myös käytännönläheinen insinööri ja keksijä.


Einstein aloittaa vuonna 1905 suhteellisuusteoria-artikkelinsa esimerkillä, joka kuuluu yhtä hyvin sähkötekniikan kuin fysiikankin historiaan:

“Kun magneetti liikkuu ja johde on levossa, syntyy magneetin ympäristössä tietynsuuruinen sähkökenttä, joka synnyttää virran siellä, missä johteen osat sijaitsevat. Mutta jos magneetti on levossa ja johde liikkuu, magneetin ympäristössä ei synny mitään sähkökenttää. Sitä vastoin johteessa syntyy sähkömotorinen voima, jota ei vastaa mikään energia mutta joka - - synnyttää samansuuruisen ja samansuuntaisen sähkövirran kuin sähköiset voimat ensimmäisessä tapauksessa.“

Älä pelästy, jos tuntuu sekavalta. Niin tuntui Einsteinistakin. Häntä kummeksutti, miksi näissä kahdessa induktiokokeessa tulokset olivat keskenään symmetriset mutta niiden teoreettiset selitykset erilaiset. Hän myös näki, että sähköopin ja mekaniikan ongelmat liittyvät tiiviisti toisiinsa.

“Niiden läheisen yhteenkuuluvuuden ymmärtämistä voidaan pitää todellisena neronleimauksena“, sanoo Albrecht Fölsing, joka Einstein-elämäkerrassaan käsittelee yksityiskohtaisesti myös suhteellisuusteorian sähköistä taustaa.

Neronleimaukset eivät yleensä synny tyhjästä: Einstein kasvoi sähkökoneiden keskellä. Hänen isällään ja sedällään oli sähkökoneyritys J. Einstein & Cie, joka valmisti muun muassa generaattoreita, kaapeleita, lamppuja ja mittareita.

“Fantastinen veljenpoika“

Sedältään Jakob Einsteinilta Albert oppi sekä matematiikkaa että tekniikkaa. Induktion sovelluksiin teollisuudessa hän tutustui yhtiön suunnittelutoimistossa ja vieraillessaan tehtaissa.

Mitä ongelmia hän yrityksessä ratkoi, emme tiedä, mutta ainakin joskus tulokset olivat hyviä.

“Minulla on suorastaan fantastinen veljenpoika“, setä kehui Albertia. “Minä ja apulaisinsinööri mietimme päiväkausia päämme puhki, mutta se nuori mies selvitti jutun vajaassa varttitunnissa.“

Bernin patenttivirastossa Einstein syventyi insinööritieteisiin ja varsinkin sähköteollisuuteen yhä pe-rusteellisemmin. Virastossa hän tutki pääasiassa sähköteknisiä patenttihakemuksia.

“Teknisen patentin muotoiluun liittyvä työ oli minulle siunaus“, Einstein kirjoitti omaelämäkerrallisissa muistiinpanoissaan. “Se pakotti minut monipuoliseen ajatteluun ja antoi tärkeitä virikkeitä myös ajatuksiin fysiikan alalla.“

Eräässä kirjeessään hän puhui tekniikan merkityksestä yleisemmin: “En ole ikinä luopunut paneutumasta teknisiin kysymyksiin. Siitä on ollut etua myös tieteellisessä tutkimuksessa.“

Kaikupohjana insinööri Besso

Kiinnostus tekniikkaan vei Einsteinin kosketuksiin monien insinöö-rien ja teollisuusmiesten kanssa-. Sähköinsinööri Michele Besso, Ein-steinin elinikäinen ystävä, toimi kaikupohjana Einsteinin pohtiessa suhteellisuusteoriaansa.

Keväällä 1905 he kävelivät melkein joka päivä yhdessä töihin samaan patenttivirastoon. Bessolle- Einstein pystyi esittelemään ajatuksiaan, ja hän on ainoa ihminen, jota Einstein kiittää suhteellisuusteoria-artikkelissaan.

Einstein ja Besso pohtivat ahkerasti myös kellojen tahdistusta, joka sata vuotta sitten oli pulma teollisuudessa ja rautateillä. Töihin kävellessään he näkivät Bernin suuret tornikellot ja katukelloja, jotka oli sähkömekaanisesti tahdistettu keskuslennätinaseman äitikellon kanssa. Einsteinin Jakob-setäkin oli kehittänyt mittalaitteen, jossa verrattiin kahden kellon signaalia.

Ei ihme, että Einstein käyttää suhteellisuusteoria-artikkelissaan kelloesimerkkiä: “Kun minä sanon: ’Juna tulee tänne kello seitsemän’, tarkoitan suunnilleen, että ’kelloni pienen viisarin siirtyminen seitsemän kohdalle ja junan saapuminen ovat samanaikaisia tapahtumia’.“

Yhdysvaltalainen tieteenhistorian professori Peter Galison toteaa-kin, että puhtaan filosofi-tutkijan sijasta Einstein oli patenttiekspertti-tutkija, joka tarkasteli suhteellisuusteorian metafysiikkaa kellon, “modernismin vertauskuvallisimpiin kuuluvan mekanismin“, läpi.

Toukokuussa 1905 tarkastelut johtivat läpimurtoon. Einstein ryntäsi Besson luo ja sanoi:

“Kiitos sinun olen ratkaissut koko ongelman - - ajan ja signaalinopeuden välillä on erottamaton yh-teys.“

Pikku kone jännitemittauksiin

Einsteinin kuuluisa kaava kertoo massan ja energian ekvivalenttisuudesta. Hän halusi todistaa tarkoin mittauksin, että massa muuttuu energiaksi radioaktiivisissa ilmiöissä. Siksi hän kehitti mittauslaitevalmistaja Paul Habichtin kanssa kojetta pienten varausten ja jännitteiden mittaamiseen.

Laite koostui sarjaan kytketyistä kondensaattoreista, jotka latautuessaan ja purkautuessaan “monistivat“ jännitteen mitattavalle tasolle.

Einstein kutsui laitettaan hellästi “pikku koneeksi“ (saksaksi Maschinchen). Mittaria valmistettiin ja myytiin muutama kappale, mutta Einsteinin toivoma menestys jäi saavuttamatta. Tarkkuus jäi riittämättömäksi, ja pian kone vanheni, kun elektroninen vahvistintekniikka parani.

Menestystä kompassilla

Paremmin onnistui hyrräkompassin kehitystyö. Kompassitehtailija Hermann Anschützin neuvonantajana Einstein paransi hyrräosan ripustuslaitetta.

Anschütz, joka oli perinyt suuren omaisuuden, halusi tuhlata rikkauksiaan tutkimalla pohjoisnapaa sukellusveneellä. Kokonaisen sukellusveneen rakentaminen tuli kuitenkin liian kalliiksi. Anschütz keskittyi kehittämään hyrräkompassia. Nopeas-ti pyörivä hyrrä pysyi suunnassa, oli tunnoton magneettisille häiriöille ja toimi myös sukellusveneen metallirungon sisällä.

Vuonna 1920 Anschütz kutsui eräässä patenttiriidassa auttaneen Einsteinin Kieliin mukaan kehitystyöhön. Kompassin pallomainen hyrräosa piti ripustaa mahdollisimman kitkattomasti. Einstein suunnitteli sähkömagneettisen, kosketuksettoman ripustuslaitteen, jossa magneetin käämi oli sijoitettu pallon sisään.

Einsteinin ratkaisu patentoitiin vuonna 1922. Kompassi myi hyvin, ja Einstein sai rojalteja vuoteen 1939 saakka.

Kuin halvaantunut ankka

Jotkin Einsteinin keksintöhankkeet epäonnistuivat täysin. Ensimmäisen maailmansodan aikana hän yritti parantaa lentokoneen siipeä. Hän suositti siipimuotoa, joka sai ulkonäön perusteella nimen “köyryselkäkissa“.

Köyrysiipi asennettiin kaksitasoisen lentokoneen runkoon, mutta koelento meni surkeasti.

- Roikuin startin jälkeen ilmassa kuin tiine ankka, ja olin tosi iloinen, kun sain tuskallisen vaakalennon jälkeen pyörät maan kamaralle, muisteli lentäjä Paul Erhardt.

Siipeä korjattiin, mutta silloin ilmanvastus lisääntyi. Erhardt sanoi, että tiine ankka oli nyt muuttunut halvaantuneeksi ankaksi.

Jääkaapeista turvallisempia

Einsteinin keksintötoiminta lähti usein liikkeelle jostakin sattumalta eteen osuneesta ongelmasta. Talvella 1925-26 hän luki lehdestä, että kokonainen perhe oli kuollut nukkuessaan, kun jääkaapista oli vuotanut kylmäainetta. Ensimmäisissä jääkaapeissa käytettiin myrkyllisiä kemikaaleja, kuten ammoniakkia ja rikkidioksidia.

Einstein ja hänen ystävänsä unkarilainen fyysikkko Leo Szilard kehittivät yhdessä jääkaappeja seitsemän vuotta. Ensin he parantelivat absorptiojääkaappia, jota he pitivät turvallisimpana, koska siinä liikkui vain jäähdytysliuos. He suunnittelivat mutkikkaita kiertokulkuprosesseja ja saivat useita patentteja. Kaksi lisenssiä he myivät tunnetulle jääkaappiyritykselle Electroluxille.

Löytääkseen jotain yksinkertaisempaa he kehittivät jääkaapin, joka toimi vedellä. Vesijohdosta otettiin vettä suihkupumppuun, joka synnytti alipaineen. Alipainekammiossa oli veden ja metanolin seosta, joka jäähtyi höyrystyessään.

Poistaakseen kompressorijääkaapin epäkohdat Einstein ja Szilard kehittivät suuren sähköalan yrityksen AEG:n kanssa vielä kolmannen ratkaisun: magnetohydrodynaamisen pumpun. Sähkömagneettinen kenttä pumppasi sulaa natrium-kaliumseosta, joka toimi nestemäisenä mäntänä ja puristi kylmäaineen kokoon. Ratkaisu mahdollisti komp-ressorijääkaapin ilman liikkuvia osia.

Einstein ja Szilard saivat jääkaapeilleen kymmeniä patentteja, mutta yhtäkään ratkaisua ei kaupallistettu. Freonien tullessa myrkyllisten kylmäaineiden tilalle kompressorikaapit vakiinnuttivat asemansa. Vesitoiminen jääkaappi taas kaatui siihen, että vesijohtoverkon paine vaihteli liian paljon.

Runokin keksimisen kunniaksi

Päätettyään jäädä pysyvästi Yhdysvaltoihin 1930-luvulla Einstein jatkoi keksintötoimintaansa toisen emigrantin, radiologi Gustav Buckyn kanssa. He ideoivat muun muassa laitetta säiliön nestepinnan mittaamiseen, vedenpitävää kangasta ja menetelmää nesteiden puhdistamiseen sähkökentissä.

Patenttiakin Einstein ja Bucky hakivat kameralle, joka ilman ulkopuolista energianlähdettä sääteli valotuksen voimakkuutta.

Einsteinin tekniikkainnostus säilyi, vaikka useimmat keksinnöt jäivät paperille tai mallikappaleiksi. Valtaosa hänen keksintötoiminnastaan oli tekemistä tekemisen ilosta.

- Se oli hauskaa, vaikka siitä ei mitään käyttökelpoista syntynytkään“, hän muisteli sähkövarausten mittauslaitteen rakentamista.

Kerran Einstein kirjoitti runonkin keksimisen kunniaksi. Vuonna 1927 hän kehitti uuden kuulolaitteen berliiniläisen teollisuuslaboratorion johtajan Rudolf Goldschmidtin kanssa. Asia virisi, kun erään tutun laulajattaren kuulo huononi. Ei tiedetä, saiko laulajatar apua, mutta syntyi ainakin runo:

Hitunen vain tekniikkaa

ja siitä mieli ilon saa.

Sik’s rohkeasti mietin vaan:

Me yhdess’ muna munitaan.


(suom. Seppo Hyrkäs)

Kalevi Rantanen on teknistä luovuutta tutkiva diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Sisältö jatkuu mainoksen jälkeen
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla