Αλβέρτος Αïντσάιν (Περιληπτικά)

Γερμανός φυσικός (Εβραïκής καταγωγής) πολιτογραφημένος Αμερικανός (1879-1955). Έζησε στην παιδική του ηλικία στο Ούλμ της Βαυαρίας, αλλά τελείωσε τις σπουδές του στην Ελβετία, παίρνοντας πτυχίο απ’ το πολυτεχνείο της Ζυρίχης (1900). Έγινε υπήκοος Ελβετός και βρήκε μια απασχόληση σ’ ένα γραφείο ευρεσιτεχνίας της Βέρνης. Το 1905 δημοσίευσε τρεις πραγματείες που χάραξαν ένα σημαντικό σταθμό στη φυσική. Η πρώτη εξέθετε τις αρχές της θεωρίας της ειδικής σχετικότητας, που θεωρώντας ως αξίωμα την σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός, επέκτεινε την αρχή της σχετικότητας στο χρόνο και όχι μόνο στις συντεταγμένες του χώρου. Η δεύτερη, που αναφερόταν στην ‘κίνηση του Μπράουν’, αποτελούσε μια δοκιμή της ύπαρξης των ατόμων. Η τρίτη ερμήνευε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, προωθώντας την υπόθεση της διάδοσης του φωτός διαμέσου των φωτονίων. Αυτή η τελευταία πραγματεία του απέφερε το βραβείο Νόμπελ το 1921. Το 1914 τον κάλεσαν στο Βερολίνο για να διευθύνει το Ινστιτούτο Φυσικής Κάιζερ Βίλχελμ. Το 1916 δημοσίευσε μια θεμελιώδη πραγματεία πάνω στη θεωρία της γενικής σχετικότητας, που επέκτεινε τις αρχές της ειδικής σχετικότητας στο σύνολο των φυσικών συστημάτων και επέτρεπε να ερμηνευτούν αστροφυσικά φαινόμενα μέχρι εκείνη την στιγμή ανεξήγητα. Το 1933, ύστερα από την ανάληψη της εξουσίας από τους ναζί, άφησε την Γερμανία και μετακόμισε στις Η.Π.Α. όπου δίδαξε στο πανεπιστήμιο του Πρίνστον. Παρά το γεγονός ότι ήταν ειρηνιστής, υποστήριξε χωρίς να συμμετάσχει, τις μελέτες πάνω στην πολεμική χρησιμοποίηση της ατομικής ενέργειας, κατά τον Β’ παγκόσμιο πόλεμο. Έργα του: “Σχετικότητα, εκλαϊκευτική ερμηνεία” (1917), “Σκέψεις για τα δύσκολα χρόνια” (1950).

Αλβέρτος Αïντσάιν (Αναλυτικότερα)

Ο Αλβέρτος Αϊνστάιν (Albert Einstein), είναι ο επιστήμονας που επηρέασε όσο κανένας άλλος την εξέλιξη της σύγχρονης φυσικής. Το όνομα του έγινε συνώνυμο με τη λέξη ιδιοφυία και είναι ο μόνος φυσικός που έχει γίνει τόσο γνωστός στο ευρύτερο κοινό. Το παράδοξο είναι ότι, ενώ όλοι έχουν ακούσει για τον Αϊνστάιν, λίγοι είναι αυτοί που γνωρίζουν τι έχει προσφέρει στην επιστήμη. Είναι γνωστή η εξής στιχομυθία μεταξύ του Αϊνστάιν και του διάσημου κωμικού Τσάρλι Τσάπλιν: «Αγαπητέ Τσάπλιν, οι ταινίες σας είναι τόσο κατανοητές γι' αυτό είστε τόσο διάσημος», του λέει ο Αϊνστάιν. «Αγαπητέ Αϊνστάιν τα έργα σας είναι εντελώς ακατανόητα κι όμως είστε εξίσου διάσημος», απαντά ο Τσάπλιν.

Σκοπός αυτού του κειμένου είναι να περιγράψει τη ζωή και το έργο του Αϊνστάιν. Η συμβολή του Αϊνστάιν στην κατανόηση των φυσικών φαινομένων ήταν αποφασιστική. Είναι, ίσως, ο μόνος φυσικός που συνέβαλε αποφασιστικά στη δημιουργία και των δύο θεωριών, στις οποίες στηρίζεται η σύγχρονη φυσική: της θεωρίας της Σχετικότητας και της κβαντικής θεωρίας (με την τελευταία στην πορεία διαφώνησε!!!). Είναι, επίσης, ο πρώτος φυσικός που ασχολήθηκε τόσο επίμονα (για 35 χρόνια περίπου) με το πρόβλημα της ενοποίησης των φυσικών θεωριών, πρόβλημα που παραμένει άλυτο μέχρι τις μέρες μας. Και παρ' όλο που αυτή η επίμονη προσπάθεια του Αϊνστάιν δεν απέδωσε άμεσα αποτελέσματα, εντούτοις έδωσε πολλές πρωτότυπες ιδέες για το πρόβλημα της ενοποίησης, οι οποίες χρησιμοποιούνται ακόμη και σήμερα.

Πιο κάτω θα δούμε τα βασικά γεγονότα στη ζωή του Αϊνστάιν και μετά, θα αναφερθούμε πιο αναλυτικά στην προσφορά του στους κλάδους της θεωρητικής φυσικής, με τους οποίους ασχολήθηκε στην πενηντάχρονη επιστημονική του ζωή.

1. Η ζωή του

Ο Αϊνστάιν γεννήθηκε στις 14 Μαρτίου 1879 στην πόλη Ούλμ της Γερμανίας από Εβραίους γονείς. Το 1880 η οικογένεια του μετακόμισε στο Μόναχο. Εκεί ο Αϊνστάιν έζησε μέχρι τα δεκαέξι του χρόνια. Σαν παιδί ήταν αρκετά ήσυχο και μοναχικό. Σπάνια έκανε παρέα με άλλα παιδιά. Σαν μαθητής ήταν καλός, ειδικά στα μαθηματικά, χωρίς, όμως, να ξεχωρίζει ιδιαίτερα. Η κακή του μνήμη και ο αργός τρόπος ομιλίας έκαναν τους καθηγητές του να τον θεωρούν ένα μέτριο μαθητή, παρά το γεγονός ότι είχε καλύψει μέχρι τα δεκαέξι του χρόνια το διαφορικό και ολοκληρωτικό λογισμό.

Τα σχολεία της εποχής στηρίζονταν σε δύο αρχές: στην απομνημόνευση των γνώσεων και στη στρατιωτική πειθαρχία των μαθητών. Αυτά δεν βοηθούσαν το νεαρό Αϊνστάιν, που δεν είχε, όπως είπαμε, καλή μνήμη και είχε ελεύθερο πνεύμα. Αναπολώντας αργότερα αυτή την περίοδο ο Αϊνστάιν θα πει για το εκπαιδευτικό σύστημα: «Κατά την άποψη μου, το χειρότερο απ' όλα είναι να κτίζει το σχολείο το έργο του στη βάση του εκφοβισμού, της βίας και των τεχνητά δημιουργούμενων αυθεντιών. Τέτοιο σύστημα διαπαιδαγώγησης καταστρέφει τα υγιή αισθήματα και τον αυθορμητισμό των μαθητών, σκοτώνει την αυτοπεποίθηση τους. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούν ταπεινούς υποτακτικούς».

Η απέχθεια του για τον τρόπο που οι καθηγητές αντιμετώπιζαν τους μαθητές οδηγεί το δεκαεξάχρονο Αϊνστάιν στην απόφαση να εγκαταλείψει το σχολείο και να φύγει για το Μιλάνο, όπου είχε μετακομίσει προηγουμένως η οικογένεια του. Δίνει εισαγωγικές εξετάσεις για το Πολυτεχνείο της Ζυρίχης, αλλά αποτυγχάνει, παρόλο που πήρε άριστα στα μαθηματικά και στη Φυσική. Οι γνώσεις του στη βιολογία και στις ξένες γλώσσες δεν ήταν αρκετές. Ο νεαρός Αϊνστάιν αναγκάζεται να φοιτήσει για ένα χρόνο στο σχολείο της ελβετικής πόλης Ααράου για να πάρει το απολυτήριο μέσης παιδείας, που επιτρέπει την εισαγωγή του χωρίς εξετάσεις στο Πολυτεχνείο.

Στο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης ο Αϊνστάιν φοιτά μέχρι το 1900 και παίρνει δίπλωμα, που του επιτρέπει να διδάξει σε σχολεία μέσης εκπαίδευσης. Ανάμεσα στους συμφοιτητές του ήταν και η Μιλέβα Μόριτς, σερβοελληνικής καταγωγής, με την οποία παντρεύτηκε το 1903. Μαζί απόκτησαν δυο γιούς, το Χανς Αλμπέρτ (1904-1973) και τον Έντουαρντ (1910-1965). Ο Αϊνστάιν και η Μιλέβα χώρισαν το 1916. Ένας από τους όρους του διαζυγίου ήταν η υποχρέωση του Αϊνστάιν να παραδώσει στη Μιλέβα το χρηματικό ποσό του βραβείου Νόμπελ, που δεν είχε ακόμη κερδίσει, αλλά που ήταν σίγουρο ότι θα το κέρδιζε.

Το 1900 όμως, με την αποφοίτηση του από το Πολυτεχνείο βρέθηκε άνεργος. Απέτυχε να προσληφθεί στο Πολυτεχνείο και για τρία χρόνια είτε δούλευε σαν αναπληρωτής καθηγητής σε διάφορα σχολεία, είτε παρέδιδε ιδιαίτερα μαθήματα. Τον Ιούνιο του 1902 διορίζεται στο Γραφείο Ευρεσιτεχνίας της Βέρνης σαν Ειδικός τρίτης τάξης. Παρέμεινε σ' αυτή τη θέση μέχρι το 1909. Αυτά τα χρόνια ήταν τα πιο δημιουργικά στη ζωή του. Το 1905 διατύπωσε την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας και δημοσίευσε σημαντικά άρθρα για την κίνηση Μπράουν και τα φωτόνια. Το 1909 ο Αϊνστάιν αφήνει το Γραφείο Ευρεσιτεχνίας και διορίζεται καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης. Το 1911 μετακομίζει στην Πράγα σε θέση καθηγητή Θεωρητικής Φυσικής, αλλά τον επόμενο χρόνο επιστρέφει στη Ζυρίχη, αυτή τη φορά στο Πολυτεχνείο. Το 1913 εκλέγεται μέλος της Πρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και διορίζεται καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου (χωρίς υποχρεωτικό ωράριο διδασκαλίας) και διευθυντής του Φυσικού Ινστιτούτου. Το 1914 μετακομίζει με την οικογένεια του στο Βερολίνο. Όμως, σύντομα μένει μόνος του, αφού η γυναίκα του επιστρέφει μαζί με τα παιδιά στη Ζυρίχη. Το 1915-1916 διατυπώνει τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας (ΓΘΣ), με βάση την οποία καταφέρνει να εξηγήσει θεωρητικά την κίνηση του πλανήτη Ερμή και προβλέπει την καμπύλωση των ακτινών του φωτός κατά τη διέλευση τους κοντά σε κάποιο αστρικό σώμα (π.χ. τον Ήλιο). Η επιβεβαίωση και των δύο προβλέψεων του, κατά την έκλειψη του Ήλιου το 1919, φέρνει τον Αϊνστάιν στο κέντρο της δημοσιότητας. Η θεωρία της Σχετικότητας, και ο δημιουργός της, γίνονται πρωτοσέλιδα στις πιο γνωστές εφημερίδες παγκόσμια.

Το 1919 ο Αϊνστάιν παντρεύεται την Έλσα Λοβεντάλ, ξαδέλφη του, και θα μείνουν μαζί μέχρι το θάνατο της το 1936.

Στη δεκαετία του 1920 ο Αϊνστάιν πραγματοποιεί επισκέψεις σε διάφορες χώρες: Ηνωμένες Πολιτείες, Ιαπωνία, Κίνα, Παλαιστίνη, Ισπανία, Νότια Αμερική. Παντού γίνεται δεκτός με ενθουσιασμό. Το αντίθετο συμβαίνει στην πατρίδα του. Λόγω της εβραϊκής του καταγωγής και της ξεκάθαρης αντίθεσης του με τον πόλεμο, ο Αϊνστάιν γίνεται μισητός στους φασίστες, που αρχίζουν να τον ενοχλούν, είτε με τη δημιουργία επεισοδίων στις διαλέξεις του, είτε με προσωπικές επιθέσεις στις εφημερίδες. Οι επιθέσεις εναντίον του Αϊνστάιν μετατρέπονται σε επιθέσεις και εναντίον της θεωρίας της Σχετικότητας. Ξεσπά διαμάχη μεταξύ των φυσικών για την ορθότητα της.

Το 1922 απονέμεται στον Αϊνστάιν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το 1921. Το δικαιολογητικό της απονομής έλεγε: «Στον Αϊνστάιν για τις υπηρεσίες του στον τομέα της θεωρητικής φυσικής και ιδιαίτερα για την ανακάλυψη του νόμου του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Φαίνεται, λοιπόν, ότι η διαμάχη για τη θεωρία της Σχετικότητας εμπόδισε την επιτροπή απονομής να αναφερθεί σ' αυτήν, που, ομολογουμένως, ήταν το πιο σημαντικό επιστημονικό επίτευγμα του Αϊνστάιν.

Το Δεκέμβρη του 1932 ο Αϊνστάιν αναχωρεί με τη σύζυγό του για τις Ηνωμένες Πολιτείες για ένα σύντομο ταξίδι. Όμως, ο ερχομός των ναζιστών στην εξουσία στη Γερμανία στις 30 Ιανουαρίου 1933 αναγκάζει τον Αϊνστάιν να επιστρέψει όχι στην πατρίδα του, αλλά στο Βέλγιο και μετά από λίγους μήνες να επιστρέψει στην Αμερική, στο Πρίνστον, όπου θα ζήσει μέχρι το τέλος της ζωής του. Παραιτείται από μέλος της Βαυαρικής Ακαδημίας Επιστημών και το 1940 παίρνει την αμερικανική υπηκοότητα, διατηρώντας ταυτόχρονα και την ελβετική υπηκοότητα.

Το 1939 συνυπογράφει τη γνωστή επιστολή προς τον Αμερικανό πρόεδρο Ρούσβελτ, με την οποία τον προειδοποιεί για τη δυνατότητα χρησιμοποίησης της ατομικής ενέργειας για πολεμικούς σκοπούς και εκφράζει τους φόβους του για την πιθανότητα να πραγματοποιηθεί κάτι τέτοιο από τους Γερμανούς. Στη δημιουργία της ατομικής βόμβας ο Αϊνστάιν δεν είχε καμιά, άμεση, ανάμιξη.

Το 1952 του προτείνουν να γίνει πρόεδρος του Ισραήλ, όμως ο Αϊνστάιν απορρίπτει την πρόταση.

Στις 18 του Απρίλη του 1955 ο Αϊνστάιν πεθαίνει στο νοσοκομείο του Πρίνστον. Η τέφρα του διασκορπίζεται σε άγνωστο μέρος. Στον Αϊνστάιν ποτέ δεν άρεσαν οι εκδηλώσεις λατρείας. Ίσως, από αυτό το γεγονός μπορούμε να βγάλουμε κάποια συμπεράσματα για τις ‘θρησκευτικές του πεποιθήσεις’ !!

2. Το έργο του

Θα δούμε τώρα, σε συντομία, την επιστημονική προσφορά του Αϊνστάιν με σύντομη αναφορά σε κάθε κλάδο της Φυσικής, με τον οποίο έχει ασχοληθεί. Ο Αϊνστάιν είναι γνωστός κύρια σαν ο δημιουργός της θεωρίας της Σχετικότητας. Με αυτό το όνομα είναι γνωστές δύο θεωρίες: η ειδική θεωρία της Σχετικότητας (ΕΘΣ) και η γενική θεωρία της Σχετικότητας (ΓΘΣ).

2.1 Η ειδική θεωρία της Σχετικότητας

Η ΕΘΣ είναι η βάση της σύγχρονης Φυσικής. Περιγράφει πιο σωστά από τους γνωστούς νόμους του Νεύτωνα τα φυσικά φαινόμενα. Η διαφορά μεταξύ των δύο αυτών θεωριών-Σχετικότητας και Νευτώνειας μηχανικής-γίνεται εμφανής για μεγάλες ταχύτητες (συγκρίσιμες με την ταχύτητα του φωτός), ενώ για μικρές ταχύτητες τα αποτελέσματα των δύο θεωριών συμπίπτουν.

Οι δύο αρχές στις οποίες στηρίχθηκε ο Αϊνστάιν για τη διατύπωση της ΕΘΣ είναι:

Αρχή της Σχετικότητας. Οι νόμοι που περιγράφουν τα φυσικά φαινόμενα έχουν την ίδια μορφή σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς.

Αρχή της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός. Η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή σε κάθε αδρανειακό σύστημα αναφοράς και είναι ανεξάρτητη από την κινητική κατάσταση του σώματος που εκπέμπει το φως.

Αυτές οι δυο αρχές οδήγησαν τον Αϊνστάιν στη διατύπωση νέων απόψεων για τη φύση και τις ιδιότητες του χώρου και του χρόνου (χωρόχρονος). Ο χρόνος ρέει πιο αργά σε κινούμενα συστήματα αναφοράς και οι διαστάσεις των σωμάτων ελαττώνονται στα ίδια συστήματα. Επίσης, η μάζα των σωμάτων αυξάνεται με την αύξηση της ταχύτητας. Το πιο σημαντικό συμπέρασμα της ΕΘΣ από πρακτική άποψη είναι σίγουρα η σχέση που δείχνει την ισοδυναμία της μάζας με την ενέργεια. Η σχέση αυτή είναι: Ε = mc² και δείχνει ότι μια μάζα m περικλείει ενέργεια Ε, που μπορεί να υπολογιστεί από τον πιο πάνω τύπο (c είναι η ταχύτητα του φωτός). Αυτό βρίσκει εφαρμογή και επιβεβαίωση στον υπολογισμό της ενέργειας που παράγεται σε μια πυρηνική αντίδραση.

Θα πρέπει να αναφέρουμε ότι ακόμη δύο επιστήμονες είχαν φθάσει πολύ κοντά σε αυτά τα συμπεράσματα: ο Ολλανδός φυσικός Χ. Λόρεντς (Lorentz Η. Α.,1853-1928) και ο Γάλλος μαθηματικός Ε. Πουανκαρέ (Η. Ρoincare 1854-1912).

2.2 Η γενική θεωρία της Σχετικότητας

Το 1915 ο Αϊνστάιν ολοκλήρωσε τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας. Αυτή η θεωρία μελετά τα φυσικά φαινόμενα λαμβάνοντας υπόψη και τη βαρύτητα. Ο Ισαάκ Νεύτωνας (Isaac Newton 1643-1727)στο έργο του «Μαθηματικές αρχές της φυσικής φιλοσοφίας», στο οποίο, μεταξύ άλλων, διατυπώνει και το νόμο της παγκόσμιας έλξης δεν αναφέρει τίποτα για τη φύση της δύναμης της βαρύτητας λέγοντας το περίφημο «hypotheses non fingo» (δεν διατυπώνω υποθέσεις). Ο Αϊνστάιν συνέδεσε τα φαινόμενα της βαρύτητας με τις ιδιότητες του χώρου και του χρόνου. Η βαρύτητα, δηλαδή η ικανότητα που έχει κάθε σώμα να έλκει τα σώματα γύρω του, είναι, σύμφωνα με τη θεωρία της Σχετικότητας, η καμπύλωση του χώρου. Είναι δύσκολο να φανταστούμε, τι σημαίνει καμπύλωση του τρισδιάστατου χώρου.

Μπορούμε, όμως, να φανταστούμε το ανάλογο για το δισδιάστατο χώρο: ένα καλά τεντωμένο κομμάτι ύφασμα αποτελεί μια επίπεδη επιφάνεια και αν κυλήσουμε μια μικρή, ελαφριά μπάλα πάνω σ' αυτό το ύφασμα, αυτή θα κινηθεί ευθύγραμμα. Αν τώρα βάλουμε στο μέσο του υφάσματος μια βαριά σφαίρα, το ύφασμα καμπυλώνει, ιδιαίτερα κοντά στη σφαίρα. Κυλώντας τώρα την ελαφριά σφαίρα πάνω στο ύφασμα παρατηρούμε ότι θα κινηθεί σε καμπύλη τροχιά δίνοντας την εντύπωση ότι έλκεται από τη βαριά σφαίρα. Κάπως έτσι καμπυλώνει και ο τρισδιάστατος χώρος γύρω από σώματα με μεγάλη μάζα. Το αποτέλεσμα είναι ο χώρος να μην είναι επίπεδος και οι γεωμετρικές σχέσεις σ' αυτό το χώρο να μην περιγράφονται με τη γνωστή σε όλους μας Γεωμετρία του Ευκλείδη, αλλά με τη γεωμετρία του Ρίμαν (Riemann Β. 1826-1866). Η σύνδεση των ιδιοτήτων του χωρόχρονου με την ύλη έγινε μέσω των εξισώσεων του Αϊνστάιν για το βαρυτικό πεδίο (πεδιακές εξισώσεις της Γενικής Σχετικότητας - Einstein field equations):

R_μν - 1/2 Rg_μν = κΤ_μν

όπου τα R και g αφορούν στη δομή του χωρόχρονου, το T αφορά στην επίδραση της ύλης και του ενεργειακού περιεχομένου (που επηρεάζει τη δομή του χωρόχρονου), και το κ είναι παράγοντας μετατροπής (σταθερά) που προκύπτει από τη χρήση παραδοσιακών μονάδων μέτρησης.

Στο πρώτο μέρος αυτών των εξισώσεων υπάρχουν τα χαρακτηριστικά του χωροχρόνου και στο δεύτερο κάποια χαρακτηριστικά της ύλης που βρίσκεται σ' αυτό το χωροχρόνο. Χρησιμοποιώντας αυτές τις εξισώσεις ο Αϊνστάιν κατάφερε να εξηγήσει κάποιες ανωμαλίες που παρατηρούνταν στην κίνηση του πλανήτη Ερμή και να προβλέψει την καμπύλωση του φωτός όταν αυτό διέρχεται μέσα από το βαρυτικό πεδίο κάποιου σώματος. Αυτές οι προβλέψεις της θεωρίας της Σχετικότητας επιβεβαιώθηκαν πλήρως το 1919 με τις παρατηρήσεις που έγιναν κατά τη διάρκεια της έκλειψης του Ήλιου. Ο Αϊνστάιν πρόβλεψε, επίσης και τη μετατόπιση προς το κόκκινο τμήμα του φάσματος της ακτινοβολίας που μεταδίδεται σε βαρυτικό πεδίο. Πρώτος ο Αϊνστάιν προσπάθησε να περιγράψει το Σύμπαν χρησιμοποιώντας τη ΓΘΣ, θέτοντας έτσι τις βάσεις της σύγχρονης κοσμολογίας. Πρώτος, επίσης, κατέληξε, πάλι με τη βοήθεια της θεωρίας της Σχετικότητας, στη δυνατότητα ύπαρξης βαρυτικών κυμάτων. Η έρευνα για τον εντοπισμό των βαρυτικών κυμάτων συνεχίζεται μέχρι σήμερα.

2.3 Η κβαντική θεωρία

Το 1900 o Μαξ Πλανκ (Max Plank,1858-1947) διατύπωσε την ιδέα ότι η ύλη μπορεί να μετατρέπεται σε ενέργεια μόνο κατά στοιχειώδη ποσά ορισμένου μεγέθους, ή κατά «κβαντικές μονάδες». Πέντε χρόνια αργότερα το 1905 ο Αϊνστάιν επέκτεινε την θεωρία του Plank και πρότεινε ότι το φως είναι ρεύμα σωματιδίων. Αυτά τα «κομμάτια φωτός» (κβάντα φωτός) ονομάστηκαν φωτόνια και ανακαλύφθηκαν πειραματικά το 1922 από τον Αμερικανό φυσικό Α. Κόμπτον (Α. Compton, 1892-1962).

Με τη βοήθεια της ιδέας αυτής ο Αϊνστάιν κατάφερε να εξηγήσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (στο οποίο στηρίζεται και η λειτουργία του φωτοκύτταρου), το φωτοϊονισμό των αερίων και το ρόλο του φωτός στις χημικές αντιδράσεις. Ο Αϊνστάιν έχει άμεση θεωρητική σχέση και με ένα άλλο σύγχρονο τεχνολογικό επίτευγμα, το LΑSΕR. Τo 1916 προέβλεψε τη δυνατότητα δημιουργίας ισχυρής μονοχρωματικής ακτινοβολίας με τη βοήθεια της εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας.

Μια από τις βασικές αρχές της κβαντικής μηχανικής είναι ο δυϊσμός σωματιδίου-κύματος, δηλαδή η ιδιότητα των σωματιδίων να συμπεριφέρονται σε κάποιες περιπτώσεις σαν κύματα και σε άλλες σαν σωματίδια. Αυτή η αρχή χρησιμοποιήθηκε πρώτα από τον Αϊνστάιν για τα φωτόνια και επεκτάθηκε για τα άλλα σωματίδια από το γάλλο φυσικό Λουί ντε Μπρόιλ (Lui de Βroglie 1892-1987).

Το κάθε ένα από τα πιο πάνω σημεία θα ήταν αρκετό για να κατατάξει τον Αϊνστάιν σαν ένα από τους δημιουργούς της κβαντικής φυσικής. Κι όμως, μετά τη ολοκληρωμένη διατύπωση της κβαντικής μηχανικής στα τέλη της δεκαετίας του 1920, ο Αϊνστάιν κράτησε μέχρι και το τέλος της ζωής του μια κριτική στάση απέναντι σ' αυτή τη θεωρία. Κι αυτή ήταν, ίσως και η μεγαλύτερη προσφορά του στην κβαντική μηχανική. Η προσπάθεια των δημιουργών της κβαντικής μηχανικής να λύσουν τα ερωτήματα που έθετε ο Αϊνστάιν βοήθησε σημαντικά στη διευκρίνηση πολλών σκοτεινών σημείων της θεωρίας.

2.4 Στατιστική φυσική

Οι πρώτες επιστημονικές εργασίες του Αϊνστάιν αφορούσαν τη στατιστική φυσική. Μελέτησε την κίνηση Μπράουν, δηλαδή τη χαοτική κίνηση μικρών σωμάτων στα υγρά ή στα αέρια. Πρότεινε διάφορους τρόπους υπολογισμού της σταθεράς του Αβογκάντρο (Α. Αvogadro 1776-1856), η γνώση της οποίας είναι σημαντική για διάφορους κλάδους της φυσικής και της χημείας.

Το 1924 μελετώντας ένα άρθρο του Ινδού φυσικού Σ. Μποζέ (Βose Satyendra Νath 1894-1974) για τη στατιστική των φωτονίων ο Αϊνστάιν γενίκευσε τα αποτελέσματα στην περίπτωση του ιδανικού αερίου. Σήμερα αυτά τα αποτελέσματα είναι γνωστά σαν στατιστική Μποζέ-Αϊνστάιν.

Στηριζόμενος στις κβαντικές ιδέες ο Αϊνστάιν διατύπωσε τη θεωρία της θερμοχωρητικότητας του στερεού σώματος.

2.5 Ενιαία θεωρία του πεδίου

Μετά την ολοκλήρωση της γενικής θεωρίας της Σχετικότητας (1915) και μέχρι το θάνατό του (1955) ο Αϊνστάιν ασχολείται κυρίως με την προσπάθεια ενοποίησης της θεωρίας για το βαρυτικό πεδίο (δηλαδή της ΓΘΣ) με τη θεωρία για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Αυτές οι προσπάθειες δεν καρποφόρησαν, ίσως γιατί αυτή η ενοποίηση δεν μπορούσε να γίνει στο επίπεδο που βρισκόταν η φυσική τότε. Ακόμη και σήμερα η ενοποίηση των θεωριών για τις τέσσερεις δυνάμεις της φύσης είναι αρκετά μακριά από την ολοκλήρωσή της.

Πρώτες δημοσιεύσεις

Στις αρχές του 1905 ο Αϊνστάιν δημοσίευσε στο μηνιαίο γερμανικό περιοδικό “Annalen der Physik” μια διατριβή με τίτλο: «Ένας νέος προσδιορισμός των μοριακών διαστάσεων», με την οποία απέκτησε το διδακτορικό του δίπλωμα από το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης. Τέσσερα ακόμη σπουδαία άρθρα δημοσιεύθηκαν στο ίδιο περιοδικό, την ίδια χρονιά, και άλλαξαν για πάντα τη θεώρηση που είχε ο άνθρωπος για το σύμπαν.

Στο άρθρο του «Μια ευρηματική θεώρηση που αφορά στην παραγωγή και τις μεταμορφώσεις του φωτός» ο Αϊνστάιν έθεσε το αξίωμα ότι το φως αποτελείται από μεμονωμένα «ποσά ενέργειας», τα οποία εκτός από την κυματική συμπεριφορά, δίνουν στο φως ορισμένες ιδιότητες χαρακτηριστικές των σωματίων. Έτσι με μία προσπάθεια πέτυχε δύο στόχους: επανάσταση στη θεωρία του φωτός και εξήγηση, εκτός των άλλων, της εκπομπής ηλεκτρονίων από ορισμένα στερεά, όταν σε αυτά προσπίπτει φως.

Η ειδική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν πρωτοδημοσιεύθηκε με τον τίτλο «Επί της ηλεκτροδυναμικής κινουμένων σωμάτων» και είχε ως βάση ένα δοκίμιο που είχε γράψει ο Αϊνστάιν στα δεκαέξι του χρόνια. Η κεντρική ιδέα της θεωρίας ήταν ότι, αν για όλα τα συστήματα αναφοράς η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή και αν όλοι οι φυσικοί νόμοι είναι ίδιοι, τότε τόσο ο χρόνος όσο και η κίνηση εξαρτώνται από το σύστημα αναφοράς στο οποίο μετρούνται.

Προχωρώντας στη μαθηματική διατύπωση της θεωρίας του, ο Αϊνστάιν δημοσίευσε το τέταρτο άρθρο του με τίτλο «Η αδράνεια ενός σώματος εξαρτάται από την ενέργειά του;». Η μαθηματική αυτή υποσημείωση στην ειδική θεωρία της σχετικότητας θεμελίωσε την ισοδυναμία μάζας και ενέργειας σύμφωνα με την οποία μία ποσότητα ύλης με μάζα m έχει ένα ενεργειακό περιεχόμενο E ίσο προς τη μάζα επί το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός. Η σχέση αυτή γράφεται: E = mc².

Σταδιοδρομία

Η κατανόηση της νέας θεωρίας και η αναγνώριση του δημιουργού της απείχαν πολλά χρόνια ακόμη αλλά ο Αϊνστάιν είχε κερδίσει μία θέση ανάμεσα στου πιο φημισμένους Ευρωπαίους φυσικούς οι οποίοι ζητούσαν τις συμβουλές του όλο και περισσότερο. Ενώ ο Αϊνστάιν συνέχιζε την ανάπτυξη της θεωρίας του, προσπαθώντας να ενσωματώσει σ’ αυτήν και το φαινόμενο της βαρύτητας, άφησε το γραφείο ευρεσιτεχνιών και ύστερα από ένα σύντομο πέρασμα από το Πανεπιστήμιο της Βέρνης και το Γερμανικό Πανεπιστήμιο της Πράγας, επανήλθε το 1912 στην Πολυτεχνική Ακαδημία της Ζυρίχης.

Τέλος λόγω της επιμονής του Πλανκ και του Νερνστ αποδέχθηκε το 1913 τη θέση του διδασκάλου στο Ινστιτούτο Κάιζερ Βίλχελμ του Βερολίνου ενώ, ταυτόχρονα, μπήκε στην Πρωσική Ακαδημία Επιστημών. Έτσι, παρά τον ανεξάρτητο χαρακτήρα του και τις πολιτικές και κοινωνικές του αντιθέσεις προς το στρατοκρατικό καθεστώς της Γερμανίας του Γουλιέλμου Β’, αναχώρησε τον Απρίλιο του 1914 οικογενειακώς για το Βερολίνο, που ήταν τότε ένα από τα πιο λαμπρά κέντρα της ευρωπαϊκής επιστήμης.

Η γενική θεωρία της σχετικότητας

Ο Αϊνστάιν προσέγγισε το θέμα της βαρύτητας κατά τρόπο εντελώς διαφορετικό από τον Νεύτωνα. Ο μεγάλος φυσικός του 17ου αιώνα είχε παρατηρήσει κάτι που ήταν μια αξιοσημείωτη συγκυρία: η βαρύτητα δρούσε (επιτάχυνε) κατά τον ίδιο τρόπο σ’ όλα τα σώματα, ανεξάρτητα από τη μάζα τους. Ο Αϊνστάιν έδωσε μία εξήγηση στο ζήτημα αυτό. Η επιτάχυνση που προκαλεί η βαρύτητα, είπε, δεν είναι δυνατόν να ξεχωριστεί από τις επιταχύνσεις που προκαλούν άλλες δυνάμεις.

Ο Αϊνστάιν δημιούργησε χρησιμοποιώντας δέκα σύνθετες εξισώσεις «πεδίου», τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας το 1916. Η Γενική Θεωρία, αντίθετα προς την Ειδική Θεωρία, δεν είχε σχεδόν κανένα άμεσο νοητικό πρόγονο. Ακόμη και σήμερα οι νοητικές συλλήψεις που χρησιμοποίησε ο Αϊνστάιν ξαφνιάζουν τους επιστήμονες.

Οι εξισώσεις του Αϊνστάιν προβλέπουν καμπύλωση του φωτός από τη βαρύτητα, και η καμπύλωση αυτή μπορεί να αποδειχθεί με τη μέτρηση της αποκλίσεως μιας φωτεινής ακτίνας που έρχεται από ένα μακρινό άστρο και περνά κοντά από τον Ήλιο.

Ανάπτυξη της ατομικής βόμβας

Ο μεγάλος Δανός ατομικός φυσικός Νιλς Μπορ έφερε το 1939 στον Αϊνστάιν την είδηση ότι η Γερμανίδα πρόσφυγας φυσικός Λίζε Μάιτνερ είχε διασπάσει το άτομο του ουρανίου με μικρή απώλειας μάζας που είχε μετατραπεί σε ενέργεια. Η πρώτη εργαστηριακή πυρηνική σχάση επιτεύχθηκε από τους του φυσικούς Ότο Χαν και Λίζα Μάιτνερ, το 1938 στο Βερολίνο. Οι δυο τους "βομβάρδισαν" ουράνιο με νετρόνια, σε μια προσπάθεια να το μετατρέψουν στο άγνωστο τότε στοιχείο με ατομικό αριθμό 93 (το ουράνιο έχει Α.Α. 92 και η προσθήκη στον πυρήνα του ενός νετρονίου θα έπρεπε, όπως είχε ήδη διαπιστωθεί ότι συνέβαινε με ελαφρύτερα στοιχεία, να το μετασχηματίσει σε ένα νέο στοιχείο με ένα πρωτόνιο παραπάνω). Το παραγόμενο όμως στοιχείο είχε ιδιότητες πολύ διαφορετικές από τις αναμενόμενες (για ένα βαρύ στοιχείο με Α.Α. 93), γεγονός ανεξήγητο για τους δύο επιστήμονες.

Εκείνη την περίοδο η Μάιτνερ λόγω της εβραϊκής καταγωγής της υποχρεώθηκε (Νόμοι της Νυρεμβέργης) να εγκαταλείψει το Βερολίνο και ο Χαν συνέχισε τα πειράματά του με τον επίσης γερμανό φυσικό Φριτζ Στράσμαν. Σύντομα οι τρεις (η Μάιτνερ εξόριστη στη Σκανδιναβία) κατέληξαν σε ένα πολύ τολμηρό συμπέρασμα: Το παραγόμενο στοιχείο με τις αναπάντεχες ιδιότητες ήταν βάριο, που έχει Α.Α. μόλις 56. Αυτό σήμαινε ότι με κάποιο τρόπο η προσθήκη νετρονίου στον πυρήνα του ουρανίου προκαλούσε τη "σχάση" του, όπως ονόμασε τη διαδικασία η Μάιτνερ, σε δύο στοιχεία: Το Βάριο που ήδη ήταν γνωστό και ένα ακόμα στοιχείο (το οποίο αργότερα ονομάστηκε Τεχνήτιο) με Α.Α. 43, απελευθερώνοντας μάλιστα τεράστια ποσά ενέργειας.

Εκείνο όμως που έκανε ακόμα πιο ενδιαφέρουσα την ανακάλυψη, ήταν η απελευθέρωση (με τη σχάση) δύο νετρονίων, παρέχοντας τη δυνατότητα για μια αλυσιδωτή αντίδραση. Έτσι, τα δύο νετρόνια που απελευθερώνονται κατά τη σχάση του πυρήνα Ουρανίου προκαλούν τη σχάση δύο πρόσθετων πυρήνων Ουρανίου, απελευθερώνοντας 4 νετρόνια που με τη σειρά τους προκαλούν τη σχάση τεσσάρων πυρήνων κοκ. Ο Μπορ υποστήριξε ότι, με τον τρόπο αυτό μια ελάχιστη ποσότητα Ουρανίου μπορεί να απελευθερώσει, με την αλυσιδωτή σχάση της, ένα γιγαντιαίο ποσό ενέργειας που είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί είτε για ειρηνικούς σκοπούς (την κάλυψη ενεργειακών αναγκών) είτε για την κατασκευή βομβών.

Ο Αϊνστάιν δυσπιστούσε σε μια τέτοια δυνατότητα, τα εργαστηριακά όμως πειράματα στις Ηνωμένες Πολιτείες απέδειξαν το εφικτό της ιδέας. Με έναν πόλεμο που θεωρούνταν ότι επέρχεται στην Ευρώπη και με τον φόβο ότι οι ναζί επιστήμονες ίσως να κατασκεύαζαν πρώτοι μια τέτοια «βόμβα» ο Αϊνστάιν πείσθηκε από συναδέλφους του να συνυπογράψει επιστολή προς τον πρόεδρο Φράνκλιν Ρούσβελτ παροτρύνοντας για «μεγάλη επαγρύπνηση και, αν είναι αναγκαίο, γρήγορη δράση» από τις Ηνωμένες Πολιτείες στην έρευνα για την κατασκευή της ατομικής βόμβας. Αυτή η σύσταση είχε ως αποτέλεσμα την έναρξη του Ερευνητικού Προγράμματος Μανχάταν (για την κατασκευή της ατομικής βόμβας).

Μολονότι δεν πήρε μέρος στην εργασία που γινόταν στο Λος Άλαμος του Νέου Μεξικού και δεν έμαθε ότι είχε κατασκευαστεί βόμβα πυρηνικής σχάσεως μέχρις ότου έπεσε η πρώτη στη Χιροσίμα το 1945, το όνομά του είχε συνδεθεί στενά με τον ερχομό της ατομικής εποχής.

Το τέλος

«Δεν μπορεί να αποκόψω τον εαυτό μου από το έργο μου» είπε κάποτε. «Με κρατάει ανηλεώς στα νύχια του». Σε απόδειξη αυτών των λόγων του ήρθε η νέα διατύπωση της Ενοποιημένης Θεωρίας Πεδίου το 1950, ένα πιο σχολαστικό κείμενο που αμέσως, αλλά κατά ευγενικό τρόπο, επικρίθηκε από τους περισσότερους φυσικούς ως στερούμενο θεμελίων.

Σε σύγκριση με τη δόξα που είχε μια γενιά πρωτύτερα, ο Αϊνστάιν ήταν στην πραγματικότητα παραμελημένος και έλεγε ότι αισθανόταν τον εαυτό του σχεδόν σαν ένα ξένο μέσα στον κόσμο.

Η υγεία του είχε επιδεινωθεί σε τέτοιο βαθμό που δεν μπορούσε πια να παίζει βιολί ή να κάνει βαρκάδες. Στις 18 Απριλίου 1955 ο Αϊνστάιν πέθανε, ενώ κοιμόταν, στο Νοσοκομείο του Πρίνστον. Επάνω στο τραπέζι του βρισκόταν η τελευταία του ασυμπλήρωτη δήλωση γραμμένη προς τιμήν της Ημέρας Ανεξαρτησίας του Ισραήλ.

Η συνεισφορά του στην κατανόηση του σύμπαντος από τον άνθρωπο ήταν πολύ μεγάλη και τον καθιέρωσε ως έναν από τους γίγαντες της επιστήμης, όλων των εποχών. Ο ίδιος ο Αϊνστάιν είπε κάποτε:

«Η πολιτική είναι για το σήμερα. Μια εξίσωση ανήκει στην αιωνιότητα».