Albert Einstein

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Albert Einstein
(1879-1955 r.)
Największy uczony XX w. i jeden z najwybitniejszych umysłów w historii. Żył w latach
1879-1955. Znany jest przede wszystkim jako twórca teorii względności. Nazwa ta
obejmuje właściwie dwie teorie; pierwsza to szczególna teoria względności,
sformułowana w 1905 r., druga zaś to ogólna teoria względności, sformułowana w 1915
r. Tę ostatnią byłoby chyba lepiej nazwać Einsteina prawem grawitacji. Obie teorie są
bardzo skomplikowane; nie zamierzam tu ich wyjaśniać, ale chciałbym poświęcić kilka
uwag szczególnej teorii względności.
Powszechnie znana maksyma mówi, że "wszystko jest względne". Teoria Einsteina nie
jest jednak powtórzeniem tego filozoficznego banału, ale precyzyjnym matematycznym
twierdzeniem, określającym względność pomiarów naukowych. Oczywiste jest, że
subiektywne postrzeganie czasu i przestrzeni zależy od obserwatora. Jednakże przed
Einsteinem większość ludzi uważała, że za tymi subiektywnymi wrażeniami kryje się
czas absolutny i rzeczywiste odległości, które można mierzyć w sposób obiektywny za
pomocą dokładnych przyrządów pomiarowych. Einstein odrzucił pojęcie czasu
absolutnego, co spowodowało rewolucję w nauce. Poniższy przykład ilustruje, w jak
radykalny sposób jego teoria zmieniła nasze pojęcia czasu i przestrzeni.
Wyobraźmy sobie statek kosmiczny X, oddalający się od Ziemi z szybkością 100000
kilometrów na sekundę. Szybkość tę mierzą dwaj obserwatorzy, z których jeden znajduje
się na statku kosmicznym, a drugi na Ziemi. Wyniki ich pomiarów są identyczne. Drugi
1
statek kosmiczny Y leci dokładnie w tym samym kierunku co statek X, ale ze znacznie
większą szybkością. Mierząc prędkość statku Y, obserwator znajdujący się na Ziemi
stwierdza, że statek ten oddala się od niego z szybkością 180000 kilometrów na
sekundę. Obserwator lecący na statku Y otrzymał ten sam wynik.
Skoro oba statki poruszają się w tym samym kierunku, to wydaje się, że różnica ich
szybkości wynosi 80 000 kilometrów na sekundę i szybszy statek oddala się od
wolniejszego z tą właśnie szybkością. Jednak z teorii Einsteina wynika, że jeśli
odpowiednie pomiary wykonają obserwatorzy podróżujący na statkach- kosmicznych X i
Y, to stwierdzą oni zgodnie, że odległość między nimi wzrasta z szybkością 100000, a nie
80000 kilometrów na sekundę.
Na pozór wydaje się, że wynik ten jest w oczywisty sposób błędny. Czytelnik może
podejrzewać, że chodzi tu o jakąś sztuczkę w opisie sytuacji lub że nie wspomniałem o
jakimś istotnym szczególe. Wcale nie. Wynik ten nie ma nic wspólnego ze szczegółami
budowy obu statków ani ich silników. Nie jest również wynikiem błędnej obserwacji czy
wady przyrządów pomiarowych. Rzecz nie polega też na jakimś triku. Zgodnie ze
szczególną teorią względności rezultat ten (który możemy z łatwością obliczyć ze wzoru
Einsteina na składanie prędkości) wynika jedynie z zasadniczej natury czasu i
przestrzeni.
Wszystko to wydawać się może czystą teorią - i rzeczywiście, przez lata wielu ludzi nie
traktowało poważnie teorii względności, uważając ją za oderwaną od życia akademicką
hipotezę bez żadnego praktycznego znaczenia. Oczywiście, po roku 1945, kiedy to
zrzucono bomby atomowe na Hiroszimę i Nagasaki, nikt już nie popełnił tego błędu. Z
teorii względności Einsteina wynika między innymi, że materia i energia są w pewnym
sensie równoważne, przy czym ich zależność opisuje wzór E=mc2, w którym E oznacza
energię, m - masę, a c - prędkość światła. Skoro c wynoszące 300 000 kilometrów na
sekundę jest już bardzo dużą wielkością, to c2 (tzn. c mnożone przez c) jest po prostu
wielkością olbrzymią. Wynika z tego, że nawet częściowa przemiana małej ilości materii
wyzwala ogromną ilość energii. Oczywiście, nie można zrobić bomby atomowej ani
zbudować elektrowni jądrowej opierając się wyłącznie na wzorze E=mc2. Należy sobie
uświadomić, że w pracach nad wykorzystaniem energii atomowej odegrało ważną rolę
wielu innych ludzi, ale znaczenie wkładu Einsteina jest bezdyskusyjne. Co więcej, to
właśnie list Einsteina przekazany prezydentowi Rooseveltowi w 1939 r., wskazujący na
możliwość skonstruowania broni atomowej i podkreślający wagę, jaką ma wyprzedzenie
Niemców przez Stany Zjednoczone w budowie takiej broni, przyczynił się do rozpoczęcia
prac nad Projektem Manhattan, które doprowadziły do zbudowania pierwszej bomby
atomowej. Szczególna teoria względności budziła ostre kontrowersje, ale wszyscy
zgadzali się, że jest to najbardziej zdumiewająca teoria naukowa, jaka była i będzie
kiedykolwiek stworzona. Pod tym względem wszyscy się mylili, albowiem punktem
wyjścia ogólnej teorii względności Einsteina jest założenie, że przyciąganie grawitacyjne
nie wynika z działania sił fizycznych w normalnym rozumieniu tego pojęcia, ale jest
2
rezultatem zakrzywienia samej przestrzeni. Trudno o bardziej zdumiewający pomysł! Jak
można zmierzyć zakrzywienie przestrzeni? Co to w ogóle znaczy, że przestrzeń jest
zakrzywiona? Einstein nie tylko wysunął taką teorię, ale nadał jej jasną formę
matematyczną, dzięki czemu jego teoria pozwala wysuwać dokładne i nadające się do
doświadczalnego sprawdzenia przewidywania. Przeprowadzone obserwacje - z których
najdonioślejsze zostały zrobione w czasie całkowitego zaćmienia Słońca - wielokrotnie
potwierdziły prawidłowość równań Einsteina.
Ogólna teoria względności pod wieloma względami różni się od innych teorii
naukowych. Po pierwsze, Einstein nie oparł swojej teorii na dokładnych eksperymentach,
lecz przy jej formułowaniu kierował się raczej względami symetrii i matematycznej
elegancji a więc pozostawał na gruncie rozumowym, racjonalistycznym (racjonalizm
rozumiany tu jest jako przeciwieństwo empiryzmu), podobnie jak usiłowali to czynić
filozofowie greccy i średniowieczni scholastycy. Tak postępując Einstein przeciwstawił się
empirycznemu nastawieniu nowożytnej nauki. O ile jednak szukającym piękna i symetrii
Grekom nie udało się znaleźć teorii dynamicznej, która wytrzymałaby decydujący
sprawdzian eksperymentu, o tyle teoria Einsteina, jak do tej pory, przechodzi z
powodzeniem każdy test. Wskutek takiego podejścia Einsteinowska ogólna teoria
względności jest powszechnie uznawana za najpiękniejszą, największą, najbardziej
eleganckÄ… i intelektualnie zadowalajÄ…cÄ… ze wszystkich teorii naukowych.
Ogólna teoria względności wyróżnia się także pod innym względem. Większość praw
naukowych ma charakter przybliżony, tzn. sprawdzają się one w wielu okolicznościach,
ale nie we wszystkich. O ile nam wiadomo, od teorii względności nie ma wyjątków.
Nieznane są warunki, teoretyczne lub doświadczalne, w których przewidywania ogólnej
teorii względności sprawdziłyby się tylko w przybliżeniu. Przyszłe doświadczenia mogą
jeszcze zepsuć ten wspaniały bilans, ale na razie ze wszystkich teorii naukowych ogólna
teoria względności jest najbliższa ostatecznej prawdy. Najlepiej znanymi osiągnięciami
Einsteina są dwie teorie względności, ale inne dokonania oczywiście też zapewniłyby mu
sławę naukową. W istocie, Einstein uzyskał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki przede
wszystkim za pracę wyjaśniającą ważne zjawisko fotoelektryczne, które stanowiło do
owego czasu zagadkę dla fizyków. W swoim opracowaniu założył, że istnieją fotony, czyli
cząstki światła. Ponieważ na długo przedtem stwierdzono w doświadczeniach
poświęconych interferencji, że światło składa się z fal elektromagnetycznych, fale zaś i
cząstki uznawano za pojęcia w sposób oczywisty przeciwstawne, wobec tego hipoteza
Einsteina stanowiła radykalne i paradoksalne zaprzeczenie klasycznej teorii. Okazało się
jednak, że jego wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego ma duże znaczenie praktyczne, a
hipoteza istnienia fotonów wywarła istotny wpływ na rozwój teorii kwantów i stanowi
obecnie jej integralną część.
Przy ocenie znaczenia Einsteina nasuwa się porównanie z Isaakiem Newtonem.
Teorie Newtona są w zasadzie łatwe do zrozumienia, a jego geniusz wyraził się w tym,
że to on pierwszy je sformułował. Natomiast teorie względności Einsteina są bardzo
3
trudne do zrozumienia, nawet gdy ktoś korzysta ze szczegółowych objaśnień. O ile
zatem trudniej było je stworzyć! Niektóre koncepcje Newtona stały w radykalnej
sprzeczności z panującymi ówcześnie poglądami naukowymi, jednak jego teoria nigdy
nie wydawała się wewnętrznie sprzeczna. Inaczej jest w wypadku teorii względności,
która obfituje w paradoksy. Geniusz Einsteina polegał między innymi na tym, że na
samym początku, kiedy jego koncepcje wciąż jeszcze były nie sprawdzonymi hipotezami
początkującego badacza, w obliczu jawnych sprzeczności nie poddał się i nie
zrezygnował. Zamiast tego pracował usilnie, dopóki nie zdołał wykazać, że sprzeczności
są jedynie pozorne i w każdym przypadku istnieje subtelny, ale poprawny sposób
rozwiązania paradoksu ? Dziś uważamy, że teoria Einsteina jest w istocie bardziej
"poprawna" niż teoria Newtona. Dlaczego zatem Einstein znajduje się niżej na naszej
liście? Przede wszystkim dlatego, że teorie Newtona położyły podwaliny pod nowożytną
naukę i technologię. W większości dziedzin techniki osiągnięty obecnie poziom wcale by
się nie zmienił, gdybyśmy wciąż znali jedynie odkrycia Newtona, nie zaś Einsteina.
Istnieje jeszcze inny czynnik, który wpłynął na takie właśnie usytuowanie Einsteina na
liście. W większości wypadków do rozwoju jakiejś ważnej idei przyczyniło się wielu ludzi.
Tak było z pewnością z historią socjalizmu czy rozwojem elektromagnetyzmu. Powstanie
teorii względności nie było stuprocentową zasługą samego tylko Einsteina, ale to on
przyczynił się do tego w największym stopniu. Należy uczciwie powiedzieć, że teorie
względności są dziełem jednego, wybitnego geniusza w stopniu daleko większym niż
jakiekolwiek inne idee o porównywalnym znaczeniu.
Einstein urodził się w 1879 r. w Ulm w Niemczech. Uczęszczał do szkoły średniej w
Szwajcarii, został obywatelem szwajcarskim w 1901 r. Otrzymał stopień doktorski w 1905
r. na uniwersytecie w Zurychu, ale wówczas nie udało mu się uzyskać posady na jakiejś
wyższej uczelni. W tym samym roku opublikował swoje prace na temat szczególnej teorii
względności, zjawiska fotoelektrycznego i teorii ruchów Bro-wna. W ciągu paru lat prace
te, a zwłaszcza praca na temat względności, sprawiły, że zaczął być uważany za jednego
z najwybitniejszych i najbardziej oryginalnych uczonych na świecie. Jego teorie były
wysoce kontrowersyjne; żaden z nowożytnych uczonych, z wyjątkiem Darwina, nie
wzbudził tylu sporów co Einstein. Mimo to w 1913 r. został mianowany profesorem na
uniwersytecie w Berlinie i w tym samym czasie został dyrektorem Instytutu Fizyki
Cesarza Wilhelma i członkiem Pruskiej Akademii Nauk. Stanowiska te dały mu
możliwość poświęcenia tyle czasu na badania naukowe, ile sam pragnął. Rząd niemiecki
nie miał żadnych powodów, by żałować, iż tak niezwykle hojnie obdarzył Einsteina
stanowiskami: już dwa lata później Einsteinowi udało się sformułować ogólną teorię
względności, a w 1921 r. przyznano mu Nagrodę Nobla. W drugiej połowie życia Einstein
cieszył się światową sławą; był prawdopodobnie najsłynniejszym uczonym w historii.
Ze względu na żydowskie pochodzenie Einsteina jego sytuacja w Niemczech po
dojściu Hitlera do władzy stała się niebezpieczna. W 1933 r. przeniósł się więc do Prin-
ceton w stanie New Jersey, gdzie pracował w Institute for Advanced Study, a w 1940 r.
4
został obywatelem Stanów Zjednoczonych. Pierwsze małżeństwo Einsteina zakończyło
się rozwodem, drugie było chyba szczęśliwe. Z pierwszą żoną miał dwoje dzieci,
chłopców. Zmarł w 1955 roku w Princeton.
Einstein interesował się zawsze sprawami otaczającego go świata i często zabierał
głos w kwestiach politycznych. Był konsekwentnym przeciwnikiem politycznej tyranii,
zagorzałym pacyfistą i zdecydowanym stronnikiem syjonizmu. W sprawach ubrania i
zwyczajów towarzyskich był wyraźnym indywidualistą. Miał wielkie poczucie humoru,
cechowała go skromność. Był także dość utalentowanym skrzypkiem. Treść napisu, jaki
widnieje na nagrobku Newtona, zapewne w jeszcze większym stopniu pasowałaby do
Einsteina: "Niech cieszą się śmiertelnicy, że istniała tak wielka ozdoba rasy ludzkiej!"
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]