26

ÂWIAT NAUKI PAèDZIERNIK 2004

DZIEDZICTWO

WST¢P

TOM

DRAPER

(r

ysunek)

;

PHILIPPE HALSMAN

(zdj´cie Einsteina

), ©

1947 PHILIPPE HALSMAN EST

A

T

E

Albert Einstein

jest niekwestionowanym

gigantem fizyki XX wieku. Jego dzie∏o zmie-
ni∏o radykalnie nasz sposób postrzegania rze-
czywistoÊci. „Przebacz mi Newtonie” – b∏aga∏
Einstein, gdy jego teoria wzgl´dnoÊci ca∏ko-
wicie podwa˝y∏a absolutny charakter czasu i
przestrzeni, który ten najwy˝szy arbiter Êwia-
ta fizykalnego ustanowi∏ ponad dwa stulecia
wczeÊniej.

Majàc w dorobku naukowym jedynie odrzu-

conà kilka lat wczeÊniej rozpraw´ doktorskà,
ten 26-letni urz´dnik patentowy zajmujàcy si´
fizykà tylko po godzinach lub ukradkiem w biu-
rze nie tylko mia∏ tupet, by og∏osiç wszem i wo-
bec, i˝ fizycy jego czasów „nie stojà pewnie na
nogach”, ale i tego dowiód∏. Oprócz szczególnej
i ogólnej teorii wzgl´dnoÊci jego prace po∏o˝y-
∏y podwaliny pod mechanik´ kwantowà i wspó∏-
czesnà mechanik´ statystycznà. Nawet chemia
i biotechnologia wiele zawdzi´czajà badaniom
Einsteina, który przedstawi∏ dowody na istnie-
nie czàsteczek i opisa∏ ich zachowanie.

Jeszcze bardziej zdumiewajàce jest to, ˝e

wi´kszoÊç swych Êmia∏ych idei zawar∏ w kilku
artyku∏ach opublikowanych kolejno w ciàgu
tego samego, niezwyk∏ego roku 1905. Trudno
znaleêç równie twórczy okres w ˝yciu jakiego-
kolwiek innego uczonego – jedyny podobny an-
nus mirabilis to czas mi´dzy rokiem 1665 a
1666, gdy Isaac Newton w obawie przed zarazà zaszy∏ si´ w
swoim wiejskim domu i obmyÊli∏ podstawy rachunku ró˝-
niczkowego i ca∏kowego, teori´ powszechnego cià˝enia oraz
teori´ barw. Dla uczczenia setnej rocznicy tych dokonaƒ Ein-
steina mi´dzynarodowa spo∏ecznoÊç fizyków og∏osi∏a rok
2005 Âwiatowym Rokiem Fizyki.

Przez ca∏y XX wiek zarówno badacze zajmujàcy si´ ró˝ny-

mi ga∏´ziami fizyki, jak i in˝ynierowie testowali, wdra˝ali i
stosowali koncepcje wynikajàce z dzie∏a Einsteina. Jak wia-
domo, wzór E = mc

2

otworzy∏ drog´ do budowy bomby

atomowej z wszelkimi jej bezpoÊrednimi i poÊrednimi skut-
kami. Podane przez Einsteina wyjaÊnienie zjawiska foto-
elektrycznego leg∏o u podstaw wielu rozwiàzaƒ technicz-
nych, od fotokomórek do baterii s∏onecznych [patrz: „Einstein
na co dzieƒ”, strona 32]. Po stu latach in˝ynierowie wcià˝
znajdujà kolejne nowatorskie zastosowania teoretycznych
pomys∏ów Einsteina.

Miarà genialnoÊci twórcy nowej teorii jest

czas potrzebny do pe∏nego przebadania do-
Êwiadczalnego wszystkich jej implikacji. Pod
tym wzgl´dem Einstein wcià˝ wypada znako-
micie. Niedawno wystrzelona sonda kosmicz-
na ma w∏aÊnie za zadanie sprawdzenie jedne-
go z przewidywaƒ teorii wzgl´dnoÊci. Ale fizycy
nie czekajàc nawet na t´ odpowiedê, zadajà
pytanie: co dalej? Wi´kszoÊci fascynujàcych
badaƒ prowadzonych obecnie w fizyce przy-
Êwieca bardziej ambitny cel – pójÊç dalej ni˝
Einstein, aby wykorzystujàc twórczo jego dzie-
dzictwo, osiàgnàç to, nad czym na pró˝no tru-
dzi∏ si´ przez ostatnie 30 lat swojego ˝ycia.

Jak powszechnie wiadomo, ogólna teoria

wzgl´dnoÊci i teoria czàstek elementarnych
nie dajà spójnego opisu rzeczywistoÊci fizycz-
nej, poniewa˝ fundamentem tej ostatniej jest
mechanika kwantowa, a ogólna teoria wzgl´d-
noÊci i kwanty majà si´ do siebie jak olej i wo-
da. Pomimo d∏ugoletnich wysi∏ków Einsteino-
wi nie uda∏o si´ po∏àczyç oddzia∏ywaƒ
grawitacyjnych i elektromagnetycznych w jed-
nolità teori´ pola. Mia∏a to byç teoria w pe∏ni
deterministyczna, eliminujàca probabilistycz-
ne prawa i charakterystyczne dla mechaniki
kwantowej naruszenie zale˝noÊci przyczyno-
wo-skutkowych – co w∏aÊnie by∏o g∏ównym po-
wodem tego, ˝e odwróci∏ si´ od niej, pomimo

i˝ sam przyczyni∏ si´ do jej powstania. Obecne pokolenie ba-
daczy, które usilnie pracuje nad stworzeniem w∏asnych teo-
rii wszystkiego, uwzgl´dniajàcych o wiele szerszy zakres
fundamentalnych oddzia∏ywaƒ przyrody ni˝ Einstein, nie
ma ju˝ tego rodzaju uprzedzeƒ wobec mechaniki kwanto-
wej. Jaka nagroda czeka zwyci´zc´ w tej rywalizacji? Dla
fizyka, któremu uda si´ opracowaç takà teori´, b´dzie ozna-
cza∏o to wiecznà s∏aw´, podobnà do tej, jaka sta∏a si´ udzia-
∏em Newtona i Einsteina. A my wszyscy zyskamy nie tylko pe∏-
niejszà wizj´ Êwiata, ale i zapewne nowe koncepcje i
wynalazki, których dzisiaj nie potrafimy nawet przewidzieç,
podobnie jak nikt nie by∏ w stanie wyobraziç sobie czarnych
dziur i komputerów kwantowych sto lat temu.

Aby kontynuowaç dzie∏o Einsteina, trzeba najpierw je w

pe∏ni ogarnàç. Wiosnà 1905 roku m∏ody „wyrobnik patento-
wy”, jak Einstein sam siebie nazywa∏, pisa∏ do swego przyja-
ciela Conrada Habichta, ˝e ma dla niego troszk´ „nieistot-

PAèDZIERNIK 2004 ÂWIAT NAUKI

27

Rozwa˝ania

skromnego

urz´dnika

patentowego

w 1905 roku

zmieni∏y

nieodwracalnie

naszà wizj´

Êwiata i wcià˝

inspirujà nowe

pokolenia

fizyków

zaciekle

rywalizujàcych,

kto pierwszy

wymyÊli teori´

wszystkiego

Gary Stix

BERNE¡SKIEGO

REFERENTA

Z WYJÑ

TKIEM ZAZNACZONY

CH WSZYSTKIE FOTOGRAFIE UDOST¢PNIONE PRZEZ ALBER

T EINSTEIN ARCHIVES,

JEWISH NA

TIONAL AND UNIVERSITY LIBRARY

, HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM, IZRAEL;

©

HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM (

r´kopis pracy z 1905 r

o

ku

)

nej pisaniny”. Chodzi∏o o kilka artyku∏ów, które zamierza∏
mu przes∏aç. Jeden z nich okreÊlony w liÊcie jako „doÊç rewo-
lucyjny” nie dotyczy∏ bynajmniej teorii wzgl´dnoÊci, jakkol-
wiek to w∏aÊnie on mia∏ faktycznie przynieÊç autorowi w
1922 roku Nagrod´ Nobla z fizyki za rok 1921. Ukoƒczona w
marcu praca zatytu∏owana „O pewnym heurystycznym po-
dejÊciu dotyczàcym zjawiska emisji i przemian Êwiat∏a” wy-
korzystuje i rozszerza wprowadzonà przez Maxa Plancka
ide´ kwantów, która zak∏ada∏a, ˝e energia cia∏ rozgrzanych
do wysokiej temperatury jest emitowana lub poch∏aniana nie
w sposób ciàg∏y, lecz jedynie w oddzielnych porcjach.

W artykule tym, jednym z pi´ciu swych wielkich dokonaƒ ro-

ku 1905, Einstein zastosowa∏ koncepcj´ Plancka do wyjaÊnie-
nia zjawiska fotoelektrycznego: dlaczego kawa∏ek metalu na-
∏adowany elektrycznie emituje elektrony pod wp∏ywem
padajàcego naƒ Êwiat∏a. Wysunà∏ hipotez´, ˝e wiàzka Êwiat∏a
sk∏ada si´ z czàstek (którym póêniej nadano nazw´ fotonów)
wbrew panujàcemu poglàdowi, ˝e Êwiat∏o ma wy∏àcznie na-
tur´ falowà. Opublikowana w czerwcu 1905 roku w Annalen
der Physik praca utorowa∏a drog´ do przyj´cia idei, ˝e Êwiat∏o
ma natur´ dwoistà – korpuskularno-falowà – k∏adàc tym sa-
mym podwaliny pod mechanik´ kwantowà.

W tym czasie Einstein wcià˝ jeszcze nie mia∏ doktoratu. Uni-

wersytet w Zurychu odrzuci∏ jego rozpraw´ z kinetycznej teo-
rii gazów, którà przedstawi∏ w 1901 roku, jako nie zawierajà-
cà niczego szczególnie godnego uwagi. Einstein by∏ ju˝ bliski
porzucenia myÊli o poddawaniu si´ temu, co nazywa∏ „farsà”
zdobywania stopnia naukowego, jednak w 1905 roku zdecydo-
wa∏ si´ na jeszcze jednà prób´. Jak wspomina∏a jego siostra
Maja, najpierw przed∏o˝y∏ prac´ z teorii wzgl´dnoÊci, ale po-
niewa˝ uniwersytet uzna∏ jà za „nieco ekscentrycznà”, przed-
stawi∏ innà pt. „Nowy sposób wyznaczenia rozmiarów mole-
ku∏”, którà ukoƒczy∏ 30 kwietnia. Zosta∏a przyj´ta w lipcu.

Inspiracjà do jej napisania by∏y podobno dyskusje, jakie prowa-
dzi∏ przy herbacie ze swoim najbli˝szym przyjacielem Miche-
lem Bessem, o zwiàzku lepkoÊci cieczy z rozmiarami czàsteczek
rozpuszczonego cukru. Rozwa˝ajàc zbiór takich moleku∏, Ein-
stein wyprowadzi∏ matematyczny wzór na szybkoÊç dyfuzji,
co umo˝liwi∏o mu wyznaczenie wielkoÊci czàsteczek cukru na
podstawie wartoÊci wspó∏czynnika dyfuzji i lepkoÊci roztworu.

Kilka dni po napisaniu tego artyku∏u Einstein ukoƒczy∏ pra-

c´ na ten temat, która równie˝ mia∏a dostarczyç dowodów
na „istnienie atomów o skoƒczonych rozmiarach” – idea ta
by∏a wcià˝ kwestionowana przez niektórych fizyków. Opubli-
kowana w lipcu w Annalen der Physik praca „O ruchu drob-
nych czàstek zawieszonych w spoczywajàcej cieczy b´dàcym
konsekwencjà molekularno-kinetycznej teorii ciep∏a”
przedstawia∏a oszacowania zarówno liczby, jak i masy mole-
ku∏ zawartych w danej obj´toÊci cieczy oraz przewidywa∏a,
˝e bez∏adnie poruszajà si´ we wszystkich kierunkach. Temu
chaotycznemu ruchowi nadano nazw´ ruchów Browna, na
czeÊç szkockiego botanika Roberta Browna, który na poczàt-
ku XIX wieku zaobserwowa∏ nieregularne, zygzakowate ru-
chy ziaren py∏ku kwiatowego umieszczonego w wodzie. Ein-
stein wysunà∏ tez´, ˝e ruchy czàsteczek wody sà tak gwa∏towne,
i˝ popychajà one zawieszone w niej drobinki sta∏e, których
szaleƒczy taniec mo˝na zobaczyç pod mikroskopem. Meto-
dy, jakimi pos∏u˝y∏ si´ w tej stanowiàcej istotny wk∏ad do
wspó∏czesnej mechaniki statystycznej pracy, dajà si´ te˝ za-
stosowaç do symulacji rozprzestrzeniania si´ zanieczyszczeƒ
atmosferycznych bàdê fluktuacji kursów gie∏dowych [patrz:
„Atomowe propozycje na XXI wiek”, strona 38].

Kolejna praca, ukoƒczona pod koniec czerwca, nosi∏a ty-

tu∏ „O elektrodynamice cia∏ w ruchu”. Zasada wzgl´dnoÊci
znana by∏a ju˝ wiele stuleci przed Einsteinem. W 1632 roku
Galileusz postawi∏ tez´, ˝e wszystkie prawa fizyki pozostajà

28

ÂWIAT NAUKI PAèDZIERNIK 2004

Kronika niezwyk∏ego ˝ycia

NajwczeÊniejsze
znane zdj´cie
Alberta Einsteina

Otrzymuje dyplom
Politechniki w Zurychu

Umiera jego ojciec,
Hermann

PoÊlubia
Milev´ Marıˇc

Fragment
odbitki pracy
„O elektrodynamice
cia∏ w ruchu”

Narodziny syna
Hansa Alberta
(zm. w 1973 r.)

Narodziny nieÊlubnej
córki Lieserl ze zwiàzku
z Milevà Marıˇc. Jej dalsze
losy sà nieznane; byç mo˝e
umar∏a albo zosta∏a
oddana do adopcji.
Podejmuje prac´
w urz´dzie patentowym
w Bernie

Uzyskuje obywatelstwo
szwajcarskie

Urodzi∏ si´ w bawarskim
miasteczku Ulm, którego dewizà jest
stwierdzenie: „W naszym mieÊcie
mieszkajà sami matematycy”

W wieku 16 lat
pisze swojà
pierwszà prac´
naukowà:
„Badania stanu
eteru w polu
magnetycznym”

Poznaje in˝yniera
Michela Bessa,
który do koƒca
˝ycia pozostaje
jego bliskim
przyjacielem
i „testerem”
nowych koncepcji

1879

1895

1897

1900

1901

1902

1903

1904

1905

Koƒczy pisanie epokowych prac opublikowanych w Annalen der Physik,
jednym z najwa˝niejszych niemieckich czasopism naukowych,
w ciàgu jednego, „cudownego” roku

Tematem jego artyku∏u
„O pewnym heurystycznym
podejÊciu dotyczàcym
zjawiska emisji i przemian
Êwiat∏a” sà kwanty
Êwiat∏a i zjawisko
fotoelektryczne

Praca „O elektrodynamice cia∏ w ruchu”
zapowiada szczególnà teori´
wzgl´dnoÊci oraz wprowadza nowà
koncepcj´ zwiàzku przestrzeni i czasu

Artyku∏ „Czy bezw∏adnoÊç cia∏a
zale˝y od zawartej w nim
energii?”, b´dàcy rozszerzeniem
pracy o szczególnej teorii

wzgl´dnoÊci, dowodzi,

˝e masa i energia
sà poj´ciami
zamiennymi

Praca „O ruchu drobnych czàstek
zawieszonych w spoczywajàcej cieczy
b´dàcym konsekwencjà molekularno-
-kinetycznej teorii ciep∏a” dotyczy ruchów
Browna i istnienia czàsteczek; ta ostatnia
kwestia by∏a równie˝ tematem jego rozprawy
doktorskiej obronionej w tym˝e roku

HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM (

r´kopis z 1916 r

o

ku

);

BROWN BROTHERS (

zdj´cie w samochodzie

); AP PHOTO (

medal noblowski

)

takie same niezale˝nie od tego, czy jesteÊmy w spoczynku, czy
poruszamy si´ ze sta∏à pr´dkoÊcià – dla obserwatora na
statku kamieƒ upuszczony z masztu spada pionowo, zarów-
no gdy statek p∏ynie, jak i wtedy gdy stoi zacumowany w
porcie. T´ zasad´ wzgl´dnoÊci spe∏nia∏y prawa mechaniki
sformu∏owane przez Newtona w po∏owie XVII wieku. Jednak
ów porzàdek zosta∏ naruszony pod koniec XIX wieku wraz
z pojawieniem si´ elektromagnetyzmu. Poniewa˝ z równaƒ
Jamesa Clerka Maxwella wynika∏o, ˝e promieniowanie elek-
tromagnetyczne porusza si´ w przestrzeni w postaci fal, fi-
zycy sàdzili, ˝e rozchodzi si´ ono w oÊrodku zwanym eterem
podobnie jak fale dêwi´kowe w powietrzu. Maxwell wykaza∏,
˝e Êwiat∏o i inne fale elektromagnetyczne mknà w pró˝ni z
pr´dkoÊcià 300 000 km/s wzgl´dem uk∏adu odniesienia znaj-
dujàcego si´ w spoczynku wzgl´dem eteru. W wype∏nionym
eterem Êwiecie Êwiat∏o narusza∏oby jednak zasad´ wzgl´dno-
Êci. Gdy tylko ruszymy z miejsca, pr´dkoÊç Êwiat∏a nie b´dzie
ju˝ wynosiç dla nas 300 000 km/s. Eksperymentatorzy nie
stwierdzali jednak ˝adnych ró˝nic w przypadku cia∏ porusza-
jàcych si´. Pr´dkoÊç Êwiat∏a w pró˝ni by∏a zawsze taka sama.

To w∏aÊnie ta niemo˝liwoÊç pogodzenia elektromagne-

tyzmu z resztà fizyki nie dawa∏a Einsteinowi spokoju. G∏´-
boki zmys∏ estetyczny nie pozwala∏ mu pogodziç si´ z myÊlà,
˝e zasada wzgl´dnoÊci, obowiàzujàca w mechanice newto-
nowskiej, nie stosuje si´ w przypadku elektromagnetyzmu.
Jego opublikowana we wrzeÊniu 1905 roku praca o szcze-
gólnej teorii wzgl´dnoÊci podporzàdkowywa∏a zasadzie
wzgl´dnoÊci tak˝e elektromagnetyzm i uznawa∏a pr´dkoÊç
Êwiat∏a w pró˝ni za sta∏à przyrody. Niemniej rozwiàzujàc pa-
radoks wzgl´dnoÊci, stwarza∏a kolejny, który wystawia∏ na
ci´˝kà prób´ nasze zdroworozsàdkowe pojmowanie biegu
rzeczy – oto pr´dkoÊç Êwiat∏a pozostanie taka sama zarówno
dla tego, kto buja si´ spokojnie w fotelu na werandzie swego

domu, jak i dla kogoÊ, kto przemierza przestrzenie mi´dzy-
gwiezdne w jakimÊ futurystycznym statku kosmicznym po-
ruszajàcym si´ ze sta∏à pr´dkoÊcià, bliskà pr´dkoÊci Êwiat∏a.

Ta sta∏oÊç pr´dkoÊci Êwiat∏a sprawi∏a, ˝e nasze pojmowa-

nie przestrzeni i czasu jako absolutnie niezmiennych leg∏o w
gruzach. Pr´dkoÊç to po prostu odleg∏oÊç podzielona przez
czas. Aby pr´dkoÊç Êwiat∏a po jednej stronie równania mo-
g∏a pozostaç niezmienna, gdy w jednym uk∏adzie odniesie-
nia (fotel na werandzie) obserwujemy kogoÊ poruszajàcego
si´ w innym uk∏adzie odniesienia (astronauci w statku kos-
micznym), zarówno odleg∏oÊç (d∏ugoÊç), jak i czas w tym
innym uk∏adzie muszà ulec zmianie. Mówiàc ÊciÊlej, dla ob-
serwatora siedzàcego w fotelu czas astronautów b´dzie p∏y-
nà∏ wolniej ni˝ czas ziemski, a jednoczeÊnie zauwa˝y on
skrócenie statku kosmicznego w kierunku ruchu.

Gdyby obserwator w fotelu potrafi∏ jakoÊ mierzyç mas´

astronautów podczas ich podró˝y, stwierdzi∏by, ˝e zwi´kszy-
∏a si´ ona po starcie. Piàta i ostatnia praca z owego niezwyk∏e-
go roku w ˝yciu Einsteina, opublikowana w listopadzie w An-
nalen der Physik, by∏a istotnym uzupe∏nieniem szczególnej
teorii wzgl´dnoÊci. Einstein sformu∏owa∏ w niej tez´, ˝e „ma-
sa cia∏a stanowi miar´ zawartej w nim energii”, którà póê-
niej, w 1907 roku, ujà∏ w postaci najs∏ynniejszej formu∏y na-
ukowej wszech czasów. Wzór E = mc

2

odnosi si´ równie˝ do

energii kinetycznej, czyli energii ruchu. Im szybciej porusza
si´ statek kosmiczny wzgl´dem obserwatora w fotelu, tym
wi´ksza jest jego energia kinetyczna, a tym samym wi´ksza
masa, co sprawia, ˝e coraz trudniej go jeszcze bardziej przy-
Êpieszyç. W miar´ zbli˝ania si´ do pr´dkoÊci Êwiat∏a wydatek
energii potrzebny na dalsze zwi´kszanie pr´dkoÊci roÊnie do
nieskoƒczonoÊci i m.in. dlatego rakieta poruszajàca si´ szyb-
ciej ni˝ Êwiat∏o mo˝e istnieç jedynie w wyobraêni
autorów fantastyki naukowej.

PAèDZIERNIK 2004 ÂWIAT NAUKI

29

Narodziny syna
Eduarda (zm. w 1965 r.)

Uzyskanie
profesury
na Uniwersytecie
Berliƒskim
i cz∏onkostwa
Pruskiej
Akademii Nauk

Separacja z Milevà,
która wraz
z synami
powraca
do Zurychu

Pisze prac´, która
da∏a podwaliny
koncepcji wymuszonej
emisji Êwiat∏a (laser)

Rozwodzi si´ z Milevà
i poÊlubia swojà
kuzynk´ Els´ Löwenthal
(z domu
Einstein),
z którà
mieszka
w Berlinie

Otrzymuje telegram
z wiadomoÊcià, ˝e dwie
brytyjskie ekspedycje, które
obserwowa∏y zaçmienie S∏oƒca,
potwierdzi∏y empirycznie
przewidywania ogólnej
teorii wzgl´dnoÊci dotyczàce
wartoÊci ugi´cia Êwiat∏a
w polu grawitacyjnym S∏oƒca

Mileva z synami,

Eduardem (z lewej) i Hansem Albertem

Fragment r´kopisu „Podstaw ogólnej teorii wzgl´dnoÊci”

Umiera
matka
Paulina

W odkrytym
samochodzie
na ulicy
Nowego Jorku

Pierwsza wizyta Einsteina
w USA, gdzie fetowany jest
jako bohater i wielki uczony

Zostaje
cz∏onkiem
Komitetu
Wspó∏pracy
Intelektualnej
Ligi Narodów

Publikuje
pierwszà prac´
o jednolitej
teorii pola;
niemal ca∏à
reszt´ ˝ycia
wype∏nià mu
bezowocne
poszukiwania
teorii unifikujàcej
wszystkie znane
prawa fizyki

Otrzymuje
Nagrod´ Nobla z fizyki
„za wk∏ad do fizyki
teoretycznej, a w szczególnoÊci
za odkrycie praw rzàdzàcych
zjawiskiem fotoelektrycznym”

Przychodzi mu
do g∏owy
„najszcz´Êliwsza
myÊl w ˝yciu”, ˝e
efekty grawitacji
i przyÊpieszenia
sà niemo˝liwe
do odró˝nienia
w lokalnym
uk∏adzie odniesienia,
co daje asumpt
do opracowania
ogólnej teorii
wzgl´dnoÊci

Otrzymuje
stanowisko
profesora
nadzwyczajnego
fizyki
teoretycznej
na Uniwersytecie
w Zurychu

Publikuje „Podstawy ogólnej teorii wzgl´dnoÊci”

1907 1909

1910

1914

1916

1917

1919

1920

1921

1922

Rok 1905 nie by∏ jeszcze wcale szczytem mo˝liwoÊci

Einsteina. Og∏oszona w 1916 roku ogólna teoria wzgl´dno-
Êci jako dokonanie intelektualne przyçmiewa wszystko, co
Einstein (czy te˝ jakikolwiek inny fizyk, z wyjàtkiem byç
mo˝e Newtona) osiàgnà∏ przedtem i potem [patrz: „Ein-
stein i Newton: pojedynek tytanów”, strona 84]. Matematyk
Henri Poincaré ubieg∏by Einsteina w sformu∏owaniu szcze-
gólnej teorii wzgl´dnoÊci, gdyby tylko zdecydowa∏ si´ na
ostatni, acz konieczny, krok, jakim by∏o odrzucenie poj´cia
eteru. Szczególna teoria wzgl´dnoÊci eliminowa∏a niezgod-
noÊç mechaniki Newtona z teorià elektromagnetyzmu Max-
wella, ale wy∏àcznie dla cia∏ poruszajàcych si´ ruchem jed-
nostajnym, czyli ze sta∏à pr´dkoÊcià po torze prostoliniowym.
Ogólna teoria wzgl´dnoÊci by∏a niezb´dna w sytuacji, z jakà
mamy do czynienia w realnym Êwiecie, gdy cia∏a poruszajàc
si´, na ogó∏ zmieniajà pr´dkoÊç lub kierunek swojego ru-
chu. Innymi s∏owy, trzeba by∏o uwzgl´dniç efekty przyÊpie-
szenia, w tym tego najbardziej powszechnego, wywo∏ywa-
nego dzia∏aniem grawitacji. Newton postrzega∏ grawitacj´
jako si∏´ dzia∏ajàcà momentalnie na znacznych odleg∏oÊciach,
natomiast Einstein nada∏ jej rang´ nieod∏àcznej w∏asnoÊci
przestrzeni i czasu. Wed∏ug Einsteina ka˝de cia∏o obdarzo-
ne masà, na przyk∏ad gwiazda, zakrzywia otaczajàcà je cza-
soprzestrzeƒ, wskutek czego inne cia∏a, jak planety, poru-
szajà si´ ruchem krzywoliniowym w czasoprzestrzennym
kontinuum.

„Idea, ˝e masa powoduje odkszta∏cenie czasoprzestrzeni,

a odkszta∏cona czasoprzestrzeƒ wyznacza ruch poruszajàcych
si´ w niej mas, by∏a zaiste wytworem czystego geniuszu –
uwa˝a Michael Shara, kierownik Oddzia∏u Astrofizyki w
American Museum of Natural History i kustosz otwartej
ostatnio wystawy poÊwi´conej Einsteinowi. – Fizycy osta-
tecznie odkryliby efekty relatywistyczne na podstawie po-

miarów ruchu satelitów i obserwacji pulsarów, ale zapewne
dopiero pod koniec XX wieku. I nie wiadomo, czy nawet
wówczas ktokolwiek nada∏by teorii grawitacji tak eleganckà,
geometrycznà postaç, jak uczyni∏ to Einstein”.

Wkrótce po og∏oszeniu ogólnej teorii wzgl´dnoÊci pomia-

ry odchylenia Êwiat∏a gwiazd w polu grawitacyjnym S∏oƒ-
ca przeprowadzone podczas zaçmienia S∏oƒca w 1919 roku
potwierdzi∏y jej przewidywania. Ten dowód s∏usznoÊci nowej
teorii grawitacji uczyni∏ Einsteina z dnia na dzieƒ gwiazdà
mediów na skal´ mi´dzynarodowà, choç zapewne wi´kszoÊç
ludzi t∏oczàcych si´, by go choç przez chwil´ zobaczyç, mia-
∏aby niema∏y problem z odpowiedzià na pytanie, na czym
w∏aÊciwie polega∏o jego osiàgni´cie jako uczonego. Einstein
mia∏ si´ rzekomo wyraziç, ˝e na ca∏ym Êwiecie jedynie 12 lu-
dzi rozumie, o co chodzi w teorii wzgl´dnoÊci. Nawet jeÊli fak-
tycznie tak powiedzia∏, to nieco zani˝y∏ t´ liczb´, poniewa˝
szeregi zapalonych zwolenników Einsteina i jego teorii szyb-
ko ros∏y. Scientific American og∏osi∏ nawet konkurs ustana-
wiajàc nagrod´ 5000 dolarów za najbardziej zrozumia∏e wy-
jaÊnienie teorii wzgl´dnoÊci, którym przyciàgnà∏ setki
uczestników. Einstein ˝artowa∏, ˝e jako jedyny z kr´gu
osobiÊcie znanych mu fizyków nie wzià∏ w nim udzia∏u. „Chy-
ba nie da∏bym rady” – dowcipkowa∏ [patrz: „Stulecie Ein-
steina”, strona 94].

Od 1916 do 1925 roku Einstein opublikowa∏ kilka prac

dotyczàcych teorii kwantów, w tym artyku∏ o zjawisku wymu-
szonej emisji promieniowania, które póêniej znalaz∏o zasto-
sowanie w laserach. Jednak coraz bardziej zniech´ca∏ si´
do mechaniki kwantowej, gdy˝ opisywa∏a ona zachowanie si´
czàstek subatomowych wy∏àcznie w kategoriach statystycz-
nych, operujàc prawdopodobieƒstwami, a nie zwiàzkami
przyczynowymi. W ostatnim okresie swojego ˝ycia, a˝ do
Êmierci w 1955 roku, zajmowa∏ si´ g∏ównie tworzeniem jed-

THE NEW YORK TIMES

(zdj´cie z Edwinem Hubble’em

)

30

ÂWIAT NAUKI PAèDZIERNIK 2004

1925

1928

1930

1931

1932

1933

1935

1936

1939

Publikuje artyku∏
przewidujàcy
kondensacj´
Bosego–Einsteina

Po zas∏abni´ciu
z wyczerpania
sp´dza cztery
miesiàce przykuty
do ∏ó˝ka

Spotkanie z Edwinem Hubble’em,
który w∏aÊnie wykorzysta∏ efekt
Dopplera do wykazania,
˝e WszechÊwiat si´ rozszerza;
Hubble przekonuje, ˝e
WszechÊwiat zaczà∏ si´
od Wielkiego Wybuchu, co
sk∏ania Einsteina do porzucenia
wysuni´tej wczeÊniej koncepcji
sta∏ej kosmologicznej, cz∏onu
matematycznego niezb´dnego
w statycznym modelu
WszechÊwiata

Narodziny pierwszego wnuka,
syna Hansa Alberta;
Eduard zapada na schizofreni´

Obawiajàc si´ rozwoju
wydarzeƒ w Niemczech
i przej´cia w∏adzy przez Hitlera,
Einstein i Elsa decydujà si´
na wyjazd do Caltechu,
zamierzajà jednak powróciç
do swego domu w Caputh
w nast´pnym roku

Przybywa do Princeton w stanie
New Jersey, by pracowaç
w nowo utworzonym Institute
for Advanced Study

Hitlerowcy przeszukujà
dom w Caputh, lecz
nie znajdujà niczego;
pasierbicy Einsteina
uda∏o si´ wczeÊniej
po kryjomu usunàç
wszystkie jego
osobiste papiery

Jego ostatni
wyjazd z USA:
wyprawa
na Bermudy
w celu uzyskania
amerykaƒskiej
wizy imigracyjnej

Na proÊb´ m.in. Leo Szilarda
podpisuje list do prezydenta
Franklina D. Roosevelta
wzywajàcy do podj´cia
przez USA badaƒ nad
bronià jàdrowà. Wbrew
rozpowszechnionej opinii
jedynie ten list oraz wzór
E=mc

2

stanowià wk∏ad

Einsteina w budow´
amerykaƒskiej bomby
atomowej

Pisze artyku∏
wraz z Borisem
Podolskym
i Nathanem
Rosenem,
przedstawiajàcy
argumenty krytyczne
wobec mechaniki
kwantowej

Z Edwinem Hubble’em
(z prawej)

Dom Einsteina
w Princeton

W wieku 60 lat
umiera na niewydolnoÊç
serca i nerek Elsa,
druga ˝ona Einsteina

Einstein z synem Hansem Albertem
i wnukiem Bernhardem

nolitej teorii pola, która nie tylko wyjaÊnia∏aby oddzia∏ywa-
nia grawitacyjne i elektromagnetyczne jako dwa aspekty tej
samej rzeczy, ale i t∏umaczy∏a w∏asnoÊci czàstek elementar-
nych i wartoÊci uniwersalnych sta∏ych przyrody, jak ∏adu-
nek elektronu czy pr´dkoÊç Êwiat∏a w pró˝ni.

Te wszystkie jego usi∏owania spe∏z∏y na niczym – po cz´Êci

dlatego, ˝e Einstein zdecydowanie odrzuca∏ nowy kierunek,
jaki obra∏a fizyka kwantowa, a po cz´Êci, poniewa˝ dwa z
fundamentalnych oddzia∏ywaƒ (silne i s∏abe oddzia∏ywania jà-
drowe) poznano dobrze dopiero wiele lat po jego Êmierci.
„Nawet najwierniejsi wielbiciele Einsteina muszà przyznaç,
˝e post´p w fizyce nie dozna∏by ˝adnego uszczerbku, gdyby
ten bezdyskusyjnie najwi´kszy z fizyków przez ostatnie 30
lat swojego ˝ycia – mniej wi´cej od 1926 roku – oddawa∏ si´
wy∏àcznie ˝eglarstwu” – napisa∏ Albrecht Fölsing w wydanej
w 1993 roku biografii, nawiàzujàc do jednej z ulubionych
rozrywek Einsteina. Inni sà bardziej wyrozumiali. Mo˝e byç
przecie˝ tak, ˝e uczony wyprzedza swój czas. „Trwajàce obec-
nie poszukiwania teorii wszystkiego to najwa˝niejsze dzie-
dzictwo, jakie nauka zawdzi´cza Einsteinowi” – uwa˝a Ze’ev
Rosenkranz, by∏y kustosz spuÊcizny naukowej Einsteina.

Na poszukiwaniach tych wcià˝ skupia si´ uwaga przewa-

˝ajàcej cz´Êci Êrodowiska fizyków teoretycznych. Fizycy w
dalszym ciàgu odwo∏ujà si´ do wyrafinowanych narz´dzi
matematycznych przy wyjaÊnianiu tajemnic przyrody, na-
wiàzujàc nawet twórczo do prac teoretycznych Theodora
Kaluzy i Oskara Kleina, zawierajàcych koncepcj´ wszech-
Êwiata pi´ciowymiarowego, która inspirowa∏a Einsteina w
jego w∏asnych próbach sformu∏owania jednolitej teorii pola
[patrz: „Krajobraz teorii strun”, strona 58]. Niezale˝nie po-
szukuje si´ faktów obserwacyjnych niezgodnych z teorià
wzgl´dnoÊci, które mog∏yby dostarczyç empirycznych wska-
zówek, jak elegancko po∏àczyç mechanik´ kwantowà z teo-

rià grawitacji w spójnà ca∏oÊç [patrz: „W poszukiwaniu gra-
nic teorii wzgl´dnoÊci”, strona 72]. A zaproponowana niegdyÊ
przez Einsteina sta∏a kosmologiczna, niezwyk∏a postaç ener-
gii powodujàca odpychanie grawitacyjne, powróci∏a do ∏ask
i znalaz∏a si´ w centrum zainteresowania kosmologów, któ-
rzy usi∏ujà znaleêç klucz do zagadki „ciemnej energii” [patrz:
„Kosmiczna zagadka”, strona 50].

Choç próby Einsteina sformu∏owania jednolitej teorii po-

la by∏y przedwczesne, odnosi∏ on w ostatnim okresie ˝ycia
tak˝e sukcesy, gdy wykorzystywa∏ swojà s∏aw´ do propago-
wania idei spo∏ecznych, które uwa˝a∏ za s∏uszne. Dziwi∏ si´,
dlaczego teoria wzgl´dnoÊci tak wszystkich fascynuje, sko-
ro odnosi si´ jedynie do rzeczywistoÊci fizykalnej i nie ma
nic wspólnego z subiektywnym pojmowaniem przestrzeni i
czasu ani relatywizmem w sensie psychologicznym czy kul-
turowym. „Nigdy nie by∏em w stanie pojàç – twierdzi∏ – dla-
czego teoria wzgl´dnoÊci dotyczàca problemów i poj´ç tak
odleg∏ych od ˝ycia codziennego niezmiennie spotyka si´ z
tak ˝ywym, wr´cz nami´tnym, oddêwi´kiem wÊród szero-
kich rzesz spo∏eczeƒstwa”.

Dzi´ki temu, ˝e by∏ tak s∏awny, móg∏ publicznie wypowia-

daç si´ na temat pacyfizmu, rzàdzenia Êwiatem i potrzeby
niedopuszczenia do zbudowania bomby atomowej przez
Niemcy hitlerowskie. To samo pragnienie, które doprowa-
dzi∏o go od szczególnej teorii wzgl´dnoÊci: pogodzenia me-
chaniki newtonowskiej z teorià elektromagnetyzmu Maxwel-
la, do prób unifikacji wszystkich oddzia∏ywaƒ w ramach
jednolitej teorii pola, przyÊwieca∏o mu do koƒca jego dni.
„Einsteina cechowa∏a zawsze przemo˝na ch´ç ∏àczenia, nie
tylko w nauce, ale i w polityce, kwestiach spo∏ecznych, a na-
wet codziennym ˝yciu” – zauwa˝a Gerald Holton z Harvard
University, wybitny znawca dorobku Einsteina.

Gdyby dzi´ki jakiejÊ magicznej fa∏dzie czasoprzestrzeni

Einstein znalaz∏ si´ nieoczekiwanie w dzisiejszym Êwiecie, nie
by∏by bynajmniej zachwycony obchodzonym na ca∏ym Êwie-
cie jubileuszem roku jego wspania∏ych dokonaƒ. B´dàc jak
zawsze zainteresowany bardziej sferà idei ni˝ szumem me-
dialnym, rych∏o wymyka∏by si´ ukradkiem z uroczystoÊci
organizowanych z okazji Roku Fizyki w Jerozolimie, Zury-
chu, Berlinie czy Princeton, ˝eby dowiedzieç si´ czegoÊ o
najnowszych próbach detekcji fal grawitacyjnych, których
istnienie postulowa∏a jego ogólna teoria wzgl´dnoÊci. A po-
tem poszed∏by pogadaç sobie z naukowcami na temat rezul-
tatów misji wystrzelonej przez NASA sondy Gravity Probe B,
która byç mo˝e dostarczy empirycznego potwierdzenia inne-
go z przewidywaƒ teorii wzgl´dnoÊci – zjawiska wleczenia
uk∏adu odniesienia, polegajàcego na tym, ˝e rotujàce cia∏a
o du˝ej masie, jak Ziemia, pociàgajà za sobà otaczajàcà je
czasoprzestrzeƒ.

Niewàtpliwie by∏by zaintrygowany tym, ˝e sta∏a kosmo-

logiczna, z której sam kiedyÊ zrezygnowa∏, ponownie oka-
zuje si´ u˝yteczna, pozwalajàc wyjaÊniç przyÊpieszenie eks-
pansji WszechÊwiata. Byç mo˝e kibicowa∏by pracom
badawczym nad superstrunami, branami, M-teorià i p´tlo-
wà grawitacjà kwantowà. Zapewne by∏by zadowolony, wi-
dzàc, ˝e fizycy z powodzeniem kontynuujà jego dzie∏o, wie-
dzeni jak on pragnieniem stworzenia spójnej teoretycznej
wizji Êwiata, która wyjaÊnia∏aby wszystkie jego fizyczne
aspekty, poczynajàc od poziomu subatomowego, a koƒczàc
na WszechÊwiecie jako ca∏oÊci.

n

PAèDZIERNIK 2004 ÂWIAT NAUKI

31

©

HEBREW UNIVERSITY OF JERUSALEM (

certyfikat naturalizacji i list do R

oosevelta z 1939 r

o

ku

)

1940

1948

1952

1955

Amerykaƒski certyfikat
o naturalizacji Einsteina

List
do prezydenta
Roosevelta

Odrzuca propozycj´,
by zosta∏ drugim
prezydentem
Izraela, jakkolwiek
twierdzi, ˝e czuje si´
nià bardzo
zaszczycony

Umiera w szpitalu
w wyniku p´kni´cia
aorty brzusznej.
Jego prochy
zostajà rozrzucone
w nieznanym
miejscu,
prawdopodobnie
nad rzekà
Delaware

Wysy∏a ostatni podpisany
osobiÊcie list do swego
d∏ugoletniego przyjaciela
Bertranda Russella,
zgadzajàc si´ udzieliç
swego poparcia manifestowi
wzywajàcemu wszystkie
paƒstwa do zaniechania
prac nad bronià jàdrowà

Pierwsza ˝ona, Mileva,
umiera w Zurychu na wylew

Uzyskuje obywatelstwo
Stanów Zjednoczonych,
zachowujàc jednoczeÊnie
szwajcarskie

KRONIK¢ ˚YCIA EINSTEINA OPRACOWA¸A BETSY QUERNA