Albert Einstein

Albert Einstein (wym. [ˈalbɐt ˈaɪ̯nʃtaɪ̯n] i) (ur. 14 marca 1879 w Ulm, zm. 18 kwietnia 1955 w Princeton) – niemiecki fizyk żydowskiego pochodzenia. Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1921 roku za „wkład do fizyki teoretycznej, zwłaszcza opis prawa efektu fotoelektrycznego”.

Albert Einstein to twórca szczególnej teorii względności i autor wynikającej z niej równoważności masy i energii, sformułowanej słynnym wzorem E = mc2. Twórca ogólnej teorii względności – uważanej za jego największe dzieło[potrzebny przypis] – oraz opartych na niej pierwszych modeli kosmologicznych i pierwszych spekulacji o falach grawitacyjnych. Współtwórca pojęcia fotonu i korpuskularno-falowej teorii światła, a przez to mechaniki kwantowej. Jednocześnie – czołowy krytyk jej najczęstszej, kopenhaskiej interpretacji i współautor paradoksu EPR. Odkrywca emisji wymuszonej, statystyki Bosego-Einsteina i możliwości istnienia kondensatu Bosego-Einsteina.

Einstein jest uważany za jednego z największych lub największego fizyka XX wieku, obok lub przed innymi twórcami mechaniki kwantowej jak Paul Dirac, Werner Heisenberg czy Erwin Schrödinger. Jego ogólna teoria względności jest uważana za jeden z największych przełomów w fizyce XX wieku, obok wspomnianej teorii kwantów[1].

Jednocześnie Einstein jest uznawany za jednego z największych fizyków w całej historii, obok Newtona, Maxwella czy Galileusza. W 1999 r. czasopismo naukowe Physics World w gronie 100 wiodących fizyków przeprowadziło ankietę. Jako największego fizyka wszech czasów wskazała właśnie Einsteina[1]. W 1999 r. Einstein był też uznany za człowieka stulecia według amerykańskiego tygodnika „Time”[2].

Einstein opublikował ponad 450 prac, w tym ponad 300 naukowych[a][3][4]. Wniósł też swój wkład do rozwoju filozofii nauki.

W 1886 r. zaczął uczęszczać do szkoły powszechnej, gdzie był jednym z najlepszych uczniów[15][16][13]. Od 1888 r. chodził do katolickiego Gimnazjum Luitpolda w Monachium[17][5], gdzie również odnosił sukcesy.

Firma Einsteinów zaczęła podupadać, a w 1894 r. rodzina przeniosła się do Mediolanu[18][19]. Syna pozostawiono w Monachium, pod opieką członków dalszej rodziny, dla ukończenia szkoły[20][21]. Według Marii Einstein jej brat w tym okresie stał się nerwowy. Pojawiły się nawet objawy depresji[b][22]. Pół roku po wyjeździe rodziców Einstein wypisał się ze szkoły i dołączył do rodziców w Mediolanie, gdzie sam przygotowywał się do wstąpienia na uniwersytet[22]. W październiku 1895 r. przyjechał do Zurychu, gdzie przystępował do egzaminu wstępnego na tamtejszą politechnikę[c]. Potrzebował na to specjalnego pozwolenia, gdyż brakowało mu dwóch lat do minimalnego dopuszczalnego wieku[22]. Próba zdania egzaminu zakończyła się niepowodzeniem. Powodem były słabe wyniki egzaminów z przedmiotów humanistycznych[23][5][24].

Za radą dyrektora ETHZ Einstein postanowił spędzić rok w Aarau w Szwajcarii, by ukończyć szkołę średnią[23][25]. We wrześniu 1896 r. zdał tam maturę. Uzyskał dobre oceny z niemal wszystkich przedmiotów – zwłaszcza ze śpiewu i muzyki oraz fizyki i matematyki[d][26]. W tym samym roku zrzekł się obywatelstwa niemieckiego. Zrobił to najprawdopodobniej w celu uniknięcia służby wojskowej[27] lub na znak protestu przeciwko nastrojom militarnym panującym wówczas w Niemczech[28]. Bez przynależności państwowej przystąpił ponownie do egzaminów na ETHZ, które tym razem zdał. Jednocześnie do tej samej sekcji przyjęto Milevę Marić[29], która później wywarła duży wpływ na życie Einsteina.

Jest możliwe, że Einstein w wieku 16 lat (ok. 1895) rozważał ważny eksperyment myślowy. Wspomniał o tym publicznie po raz pierwszy ponad pół wieku później, w swoich Notach autobiograficznych z 1946[e]. Młody Albert miał się zastanawiać, co by się stało przy ruchu z prędkością światła[f]. Wówczas fale elektromagnetyczne takie jak światło stałyby nieruchomo w miejscu, nie wykazując żadnego ruchu. Miałoby to przeczyć zarówno intuicji, jak i równaniom Maxwella[30]. Ta anegdota jest trudna do zinterpretowania z różnych powodów.

Einstein w tym wieku prawdopodobnie nie znał jeszcze równań Maxwella. Być może stary Einstein zwrócił uwagę, że sam eksperyment myślowy znał już w wieku 16 lat, a późniejsza znajomość równań Maxwella utwierdziła go w niedorzeczności takiego wyniku[31]. Ten wynik eksperymentu myślowego nie stanowi większego problemu dla teorii eteru. Były one wówczas powszechnie uznawane i młody Einstein prawdopodobnie w nie wierzył. Brak obserwacji „zamrożonych” fal można wytłumaczyć tym, że Ziemia porusza się względem eteru z prędkością dużo mniejszą od tej światła w próżni[31]. Niewykluczone, że ten eksperyment myślowy odegrał dużą rolę kilka lat później, kiedy Einstein pracował nad emisyjną teorią światła. Dla tych teorii taki eksperyment myślowy prowadzi do poważnych trudności. Przez to mógł przyczynić się do porzucenia przez Einsteina prac nad teorią emisji i do powstania szczególnej teorii względności[32].

Czasami przypisuje się też młodemu Einsteinowi inny eksperyment myślowy – gdyby obserwator trzymający lustro poruszał się z prędkością c względem eteru, jego obraz w lustrze by zniknął. Najprawdopodobniej te legendy to wynik nieporozumienia i zmiany pierwotnego pomysłu Einsteina, opisanego powyżej[33].

Studia i małżeństwo

Albert Einstein ze swoją pierwszą żoną, Milevą W czasie studiów Einstein zakochał się z wzajemnością w Milevie Marić[34][35], co nie podobało się jego matce[36][37][38]. W lipcu 1900 r. oboje zakochanych przystąpiło do zdawania egzaminów końcowych. Albert je zdał, w przeciwieństwie do Milevy[39][25]. Wtedy też młody Einstein opublikował swoją pierwszą pracę naukową – dotyczyła zjawiska włoskowatości[40].

W 1901 r. Mileva zaszła w ciążę[41]. Na czas porodu udała się do rodzinnej Serbii[42] i urodziła tam córkę o imieniu Lise (zdrobniale Lieserl). Oddano ją po cichu do adopcji i jej dalsze losy są nieznane. Albert najprawdopodobniej nigdy jej nie zobaczył[27][43][44].

21 lutego 1901 r. Einstein przyjął obywatelstwo szwajcarskie[45][46]. Mając już dyplom wykładowcy nauk ścisłych, zaczął szukać pracy[37]. Starał się bezskutecznie o asystenturę u wykładającego w ETHZ Webera, a później u Hurwitza i Wilhelma Ostwalda[47]. Dopiero w maju 1901 r. został zatrudniony na krótko jako zastępca nauczyciela w szkole średniej w Winterthur w Szwajcarii[37]. W tym czasie zajmował się tam ruchem materii względem eteru i kinetyczną teorią gazów[46]. Od października 1901 r. do stycznia 1902 r. uczył w prywatnej szkole w Schaffhausen[37], a równolegle pracował nad swoją pracą doktorską dotyczącą kinetycznej teorii gazów[48]. W lutym 1902 r. przeprowadził się do Berna[49], gdyż spodziewał się dostać stałą pracę w Szwajcarskim Urzędzie Patentowym w Bernie. Utrzymywał się z udzielania korepetycji[50][51]. W czerwcu został zatrudniony na okres próbny jako ekspert techniczny trzeciej klasy w urzędzie patentowym, a trzy miesiące później zatrudniono go na stałe.

10 października 1902 r., wskutek choroby serca, zmarł ojciec Einsteina[53]. 6 stycznia 1903 r. Albert Einstein i Mileva Marić wzięli w Bernie ślub cywilny[53]. 14 maja 1904 r. urodził się pierwszy syn Einsteina, Hans Albert[53], który później również został wybitnym uczonym[53]. Kolejny syn, Eduard, urodził się 28 lipca 1910[54].

Cudowny rok 1905

Einstein w roku 1904 lub 1905 Od młodości Einstein pracował nad uzgodnieniem elektrodynamiki Maxwella z zasadą względności. W tym celu pracował nad emisyjną teorią światła, opartą prawdopodobnie na potencjałach opóźnionych. Porzucił jednak te próby. Pewną rolę mógł w tym odegrać jego młodzieńczy eksperyment myślowy z gonieniem fali światła. Kiedy Einstein zrozumiał względność jednoczesności, prawdopodobnie pod wpływem prac Lorentza, zmienił strategię – zamiast modyfikować elektrodynamikę Maxwella, zrewidował podstawy mechaniki Newtona. To doprowadziło go potem do szczególnej teorii względności[55].

Równolegle Einstein prowadził badania nad termodynamiką i fizyką statystyczną promieniowania. Prawdopodobnie to doprowadziło go do pojęcia cząstek światła, użytych potem przy wyjaśnieniu efektu fotoelektrycznego[56]. Pomysł cząstek światła mógł być też związany z jego wczesnymi pracami nad teorią emisyjną[potrzebny przypis].

Rok 1905 jest określany jako Annus mirabilis (cudowny rok) Einsteina[57]. Był wtedy szwajcarskim urzędnikiem patentowym, niedawnym absolwentem fizyki, a jego dorobek obejmował tylko kilka publikacji. Był przez to mało znany w środowisku fizyków. Mimo to opublikował 5 prac, z których przynajmniej część była przełomowa.

Jego publikacja Zur Elektrodynamik bewegter Körper[58] (O elektrodynamice ciał w ruchu) wprowadziła nową teorię, nazwaną później szczególną teorią względności (STW). Dzięki nowemu spojrzeniu na czas i przestrzeń STW pogodziła elektrodynamikę Maxwella z zasadą względności, bez modyfikowania tej pierwszej ani odwoływania się do budowy materii[g]. STW wyjaśniała też obserwowaną niezależność prędkości światła w próżni od obserwatora[h]. Einstein rozwinął STW w innej pracy z tego samego roku, gdzie poprawnie przewidział równoważność masy i energii. To ten fakt został potem wyrażony przez słynny wzór E=mc2.

Einstein wyjaśnił też efekt fotoelektryczny, zaobserwowany w 1888 roku przez Philipa Lenarda[59]. Przyjął, że światło oddziałuje z materią w postaci cząstek – nazwanych później fotonami. To właśnie to wyjaśnienie – a nie teoria względności – było potem głównym powodem przyznania mu Nagrody Nobla. Pracę Einsteina można uznać za rozwinięcie koncepcji Plancka kwantów energii, choć mogły się rozwijać niezależnie[60].

W swoim cudownym roku Einstein napisał też rozprawę doktorską pod tytułem O nowej metodzie wyznaczania rozmiarów molekuł (przyjętą 19 sierpnia na Uniwersytecie w Zurychu[61]) oraz wyjaśnił i opisał ruchy Browna. Mimo wielkiego znaczenia, jego prace nie zostały początkowo docenione[potrzebny przypis].

W 1906 r. Einstein został awansowany na stanowisko eksperta technicznego drugiej klasy[50], jednak nie przestawał zajmować się fizyką. W 1907 r. sformułował zasadę równoważności[62]. Później nazwał ją „najszczęśliwszą myślą swojego życia”[63], ponieważ była przełomowym punktem w jego pracach nad ogólną teorią względności.