Άλμπερτ Αϊνστάιν (1879-1955)

Περισσότερο γνωστός για την θεωρία της σχετικότητας -που μετρά ήδη 106 χρόνια ζωής- και την συμβολή του στην δημιουργία της ατομικής βόμβας, ο Αϊνστάϊν είναι επίσης ο επιστήμονας που διατύπωσε επαναστατικές απόψεις και για την θεωρία του φωτός. Για το λόγο αυτό κατέχει εξέχουσα θέση μεταξύ των μορφών της φυσικής, ενώ το 2005, που συμπληρώθηκαν 50 χρόνια από το θάνατό του, είχε κυρηχθεί έτος Αϊνστάιν.

Ο Αλμπερτ Αϊνστάϊν γεννήθηκε στην πόλη Ούλμ της Γερμανίας το 1879. Το 1880 η οικογένειά του εγκαταστάθηκε στο Μόναχο, όπου ο Αϊνστάϊν πέρασε τα παιδικά του χρόνια. Παράλληλα με τις σπουδές του, σπούδασε μουσική και παρ’ ότι έπαιζε μόνο για να χαλαρώνει, έγινε ένας ολοκληρωμένος βιολιστής. Από το συγγενικό του περιβάλλον πήρε τα πρώτα ερεθίσματα, για να στραφεί αρχικά προς τα μαθηματικά και αργότερα προς την φυσική. Σπούδασε φυσική στην Ελβετία, στην φημισμένη Πολυτεχνική Ακαδημία της Ζυρίχης.

Γερμανοεβραϊκής καταγωγής, πήρε την ελβετική υπηκοότητα την άνοιξη του 1900 και πολιτογραφήθηκε Αμερικανός το 1940. Πέθανε στο Πρίνστον των ΗΠΑ το 1955.

Θεωρία φωτός και Νόμπελ Φυσικής

Ο Αϊνστάϊν εργαζόταν στο ελβετικό ομοσπονδιακό γραφείο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας στην Βέρνη. Εκεί, παρ’ όλο τον φόρτο εργασίας του, έβρισκε καιρό να γράφει και να δημοσιεύει επιστημονικές εργασίες που έκαναν όλο τον επιστημονικό κόσμο να τον προσέξει. Σε μία από αυτές, με τίτλο: «Μελέτη της κινήσεως μικρών σωματιδίων αιόωρουμένων μέσα σε ακίνητο υγρό, σύμφωνα με την μοριακή κινητική θεωρία της επαγωγής» έδωσε μια θεωρητική εξήγηση στο φαινόμενο της «κίνησης Μπράουν».

Στην συνέχεια, το ίδιο έτος, το 1905, και στο ίδιο περιοδικό, το Annalen der Physik, δημοσίευσε μία εργασία με τίτλο: «Μία υπόθεση για τα κβάντα του φωτός», με την οποία επέκτεινε την θεωρία του Μάξ Πλάνκ (1900), ο οποίος είχε ανακαλύψει ότι η ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας εκπέμπεται κατά ασυνεχή ποσά (τα κβάντα). Στην εργασία του αυτή ο Αϊνστάϊν έθεσε το αξίωμα ότι το φως αποτελείται από μεμονωμένα ποσά ενέργειας, τα κβάντα φωτός, που αργότερα ονόμασε φωτόνια. Θεώρησε ότι αυτά, εκτός από την κυματική συμπεριφορά, δίνουν στο φως και σωματιδιακές ιδιότητες. Αυτό ήταν μια πραγματική επανάσταση στην θεωρία του φωτός, αφού αποδείκνυε ότι το φως είναι κύμα αλλά και σωματίδιο, ενώ παράλληλα πέτυχε να εξηγήσει την εκπομπή ηλεκτρονίων από ορισμένα στερεά όταν σ’ αυτά προσπίπτει φως. Αυτό είναι το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και η εξήγησή του, που του χάρισε αργότερα το βραβείο Νομπέλ Φυσικής (1921).

Η επιστημονική του πορεία

Το 1905, έτος ορόσημο για τις εργασίες του, ο Αϊνστάϊν διατύπωσε την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας που τον έκανε διάσημο. Η κεντρική ιδέα της εργασίας του, που δημοσιεύτηκε με τίτλο: «Επί της ηλεκτροδυναμικής κινουμένων σωμάτων», είναι 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. Δηλαδή η τιμή τους σχετίζεται προς τον εκάστοτε παρατηρητή. Με αυτή την εργασία διαπιστώνεται ότι δεν υπάρχει απόλυτος χώρος και χρόνος, όπως πρεσβεύει η Νευτώνεια Φυσική, αλλά τα πάντα εξαρτώνται από τον εκάστοτε παρατηρητή σχετικά προς την θέση και την κίνησή του.

Αυτή η θεμελιώδης εργασία του προκάλεσε τεράστια εντύπωση στον επιστημονικό κόσμο και ο Αϊνστάϊν απέκτησε τεράστια φήμη, μεταξύ των φυσικών. Έτσι, το 1909 έγινε καθηγητής της θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης. Το 1911 τον κάλεσαν στο γερμανικό Πανεπιστήμιο στην Πράγα, ενώ μετά από ένα χρόνο επέστρεψε στην Ζυρίχη και έγινε τακτικός καθηγητής του Πολυτεχνείου. Έμεινε εκεί μέχρις ότου τον κάλεσαν στο Βερολίνο να διευθύνει το Ινστιτούτο του Κάϊζερ Γουλιέλμου. Λίγο αργότερα, το 1913, έγινε μέλος της Πρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και επίτιμος καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της γερμανικής πρωτεύουσας. Παράλληλα με τα διδακτικά του καθήκοντα ολοκλήρωνε και την «Γενική Θεωρία της Σχετικότητας», την οποία διατύπωσε δυο χρόνια αργότερα (1915).

Η γενικευμένη θεωρία του συγκλόνισε τους επιστημονικούς κύκλους και πολλοί ερευνητές κινήθηκαν για την επαλήθευσή της. Στην αρχή ο Αϊνστάϊν αντιμετώπισε πολλές αντιρρήσεις, αλλά αργότερα δικαιώθηκε. Έτσι, το 1921 του απονεμήθηκε το βραβείο Νομπέλ της Φυσικής, όχι για την «Θεωρία της Σχετικότητας», αλλά για την εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Έκτοτε, το όνομά του έγινε γνωστό σε όλο τον κόσμο και η αναγνώρισή του ήταν γενική.

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας επιβεβαιώθηκε πειραματικά από Αγγλους επιστήμονες στην διάρκεια του Α΄ Παγκόσμιου Πολέμου, με την μέτρηση της απόκλισης του φωτός αστέρων, όταν αυτό περνάει από το βαρυτικό πεδίο μεγάλων μαζών, όπως αυτής του Ήλιου. Αυτή η επιβεβαίωση έκανε τον Αϊνστάϊν διάσημο και είναι περίεργο ότι η Θεωρία της Σχετικότητας, παρ’ ότι δυσνόητη ακόμα και για φυσικούς, έγινε δημοφιλές ανάγνωσμα πολλών ανθρώπων, οι οποίοι μελετούσαν εκλαϊκευμένες περιγραφές της, καλύτερη από τις οποίες ήταν, για πολλές δεκαετίες, αυτή του Μπέρτραντ Ράσελ.

Στο τέλος του 1950, ο Αϊνστάϊν διετύπωσε την «Γενικευμένη Θεωρία της Βαρύτητας», που αποτελεί συμπλήρωμα και ολοκλήρωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας.

Οι θεωρίες του Albert Einstein

Ο Αϊνστάϊν διετύπωσε τρεις θεωρίες και άνοιξε νέους ορίζοντες στην Φυσική, που στην εποχή του, παρά τις προσπάθειες των επιστημόνων, βρισκόταν σε στάσιμη κατάσταση. Στις θεωρίες αυτές διατύπωσε για πρώτη φορά την ισοδυναμία της μάζας προς την ενέργεια, ενώ παράλληλα με αυτές έδωσε ένα εντελώς νέο περιεχόμενο στις έννοιες του χώρου, του χρόνου και της βαρύτητας.

Οι θεωρίες αυτές, οι οποίες αποτελούν μια βαθιά αναθεώρηση της Νευτώνειας Φυσικής, είναι οι εξής:

1. Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας

Η θεωρία αυτή που διατυπώθηκε το 1905, εξετάζει συστήματα αναφοράς, τα οποία κινούνται με σταθερή ταχύτητα το ένα ως προς το άλλο, και οι βασικές αρχές της είναι:

α) Οι νόμοι της Φυσικής που ισχύουν για ένα ακίνητο σύστημα αναφοράς, ισχύουν αμετάβλητοι και για κάθε άλλο σύστημα αναφοράς, το οποίο κινείται ευθύγραμμα και ομαλά ως προς το ακίνητο σύστημα.

β) Για παρατηρητές που βρίσκονται σε δυο διαφορετικά συστήματα αναφοράς, η ταχύτητα του φωτός είναι η ίδια και δεν εξαρτάται από την σχετική ταχύτητα της φωτεινής πηγής ως προς τους παρατηρητές.

Η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας αποδεικνύει θεωρητικά ότι η μάζα ενός σώματος εξαρτάται από την ταχύτητα, με την οποία αυτό κινείται. Επιπλέον θεωρεί ότι είναι αδύνατο να κινηθεί ένα σώμα με την ταχύτητα του φωτός στο κενό, γιατί τότε θα έπρεπε να έχει μάζα άπειρη.

Συνέπεια της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας αποτελεί η «Αρχή ισοδυναμίας μάζας και ενέργειας». Σύμφωνα με την αρχή αυτή, η ενέργεια (Ε) που μπορεί να αποδώσει ένα σώμα μάζας (m) ισούται με το γινόμενο της μάζας επί το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός, δηλαδή: Ε= m c². Αυτό σημαίνει ότι ένα υλικό σωμάτιο μπορεί να μετατραπεί σε μια τεράστια ποσότητα ενέργειας και δυστυχώς η πειραματική επιβεβαίωση προήλθε από την δημιουργία των ατομικών και υδρογονικών βομβών.

2. Γενική Θεωρία της Σχετικότητας

Σύμφωνα με την θεωρία αυτή δεν υπάρχει απόλυτος χρόνος και χώρος, αλλά τα φυσικά φαινόμενα εξελίσσονται σε ένα καμπυλόγραμμο τετραδιάστατο συνεχές, τον χωρόχρονο. Έτσι απορρίπτονται οι κλασικές αντιλήψεις για τον χρόνο και την γεωμετρία του χώρου. Ο τρισδιάστατος χώρος και ο χρόνος ενώνονται στον τετραδιάστατο χωρόχρονο, ο οποίος είναι συνάρτηση του αθροίσματος της μάζας και της ενέργειας, δηλαδή της ύλης.

Όσο μεγαλύτερο είναι το ποσό της ύλης τόσο πιο καμπύλος είναι ο χωρόχρονος. Η βαρύτητα δεν θεωρείται δύναμη, αλλά σαν μια ιδιότητα του χωροχρόνου, μέσα στον οποίο μορφοποιείται το Σύμπαν με τρεις διαστάσεις αποστάσεων (χωρικές) και μία χρονική, που δεν μπορεί να περιγραφεί με την Ευκλείδεια γεωμετρία. Στην προσπάθειά του να βρεί μια νέα μετρική που να περιγράφει τον τετραδιάστατο χωρόχρονο, ο Αϊνστάϊν στράφηκε στις μή Ευκλείδειες γεωμετρίες, από τις οποίες εκείνη του Μπέρναρντ Ρήμαν (Bernhard Riemann) φάνηκε ότι εξυπηρετούσε τις απόψεις του.

Η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας με τις κοσμολογικές απόψεις που διατυπώνει συνέβαλε πολύ στην διαμόρφωση των νεότερων αντιλήψεων για το Σύμπαν.

3. Γενικευμένη Θεωρία της Βαρύτητας

Η θεωρία αυτή, με την οποία ο Αϊνστάϊν προσπάθησε να συνδυάσει την βαρύτητα με τον ηλεκτρομαγνητισμό, δέχεται ότι η μάζα, η ενέργεια και τα δυναμικά πεδία είναι μορφές μιάς και της αυτής φυσικής ποσότητας.

Η διατύπωση της Γενικευμένης Θεωρίας της Βαρύτητας δημιούργησε διαμάχη μεταξύ των επιστημόνων, η οποία εξακολουθεί να ισχύει μέχρι σήμερα.

 

 

Βιβλιογραφία

1. Δανέζης Μάνος και Θεοδοσίου Στράτος, Το Σύμπαν που αγάπησα-Εισαγωγή στην Αστροφυσική. Εκδόσεις Δίαυλος, Αθήνα 1999.

2. Δανέζης Μάνος και Θεοδοσίου Στράτος, Η Κοσμολογία της Νόησης-Εισαγωγή στην Κοσμολογία. Εκδόσεις Δίαυλος, Αθήνα 2003.

 

 

Οι φωτογραφίες που δημοσιεύουμε προέρχονται από το Ιστορικό Μουσείο της Βέρνης.

Το Ιστορικό Μουσείο της Βέρνης (Musée Historique de Berne) χτίστηκε από τον αρχιτέκτονα André Lambert, το 1894. Ο Lambert, σχεδιάζοντας το μουσείο χρησιμοποίησε σαν μοντέλο όχι μόνο φόρμες του 15ου και του 16ου αιώνα, αλλά και διάφορα σημαντικά κάστρα, η επίδραση των οποίων φαίνεται ξεκάθαρα στην μορφή του μουσείου, που για τον λόγο αυτό αποκαλείται και «Μουσείο-Κάστρο».  Στην αρχή το κτίριο στέγασε το Εθνικό Μουσείο της Ελβετίας (Landsmuseum), αλλά όταν αυτό μετακόμισε στην Ζυρίχη, δημιουργήθηκε το σημερινό ιστορικό μουσείο, που σήμερα περιλαμβάνει 250.000 εκθέματα.