Albert Einstein

Albert Einstein urodził się w piątek 14 marca 1879 r. o godzinie 11:30 w domu w mieście Ulm położonym w Wirtembergii na południu Niemiec. Jego matką była Paulina Einstein (z domu Koch), a ojcem Hermann Einstein. Oboje byli Żydami. Hermann handlował pierzynami, dopóki jego brat Jacob nie namówił go do wspólnego założenia zakładu produkującego instalacje gazowe i wodno - kanalizacyjne. W 1881 r. cała rodzina przeniosła się do Monachium, gdzie powstał zakład, tam też 18 listopada 1881 r. urodziła się Maria, jedyna siostra Einsteina.

Albert pierwszy raz zetknął się z nauką, gdy miał pięć lat. Jego ojciec pokazał mu kompas, którego działanie wywarło na Albercie ”głębokie i trwałe wrażenie”. W tym czasie Albert rozpoczął naukę w domu. Ponieważ jego matka była muzyczką, Albert w wieku sześciu lat zaczął uczyć się gry na skrzypcach. Lekcje gry pobierał do trzynastego roku życia, a później grał do późnej starości, dopóki nie zaczęło mu to sprawiać zbyt dużej trudności. W 1886 r. zaczął uczęszczać do szkoły powszechnej, gdzie był jednym z najlepszych uczniów. Od 1888 r. chodził do katolickiego Gimnazjum Luitpolda w Monachium, gdzie również szło mu dobrze. Firma Einsteinów zaczęła podupadać, więc w 1894 r. państwo Einsteinowie przenieśli się do Mediolanu we Włoszech, a nie chcąc, by ich syn przerwał naukę, pozostawili go w Monachium pod opieką członków dalszej rodziny. Według Marii w tym okresie jej brat stał się nerwowy, pojawiły się nawet objawy depresji. Pół roku po wyjeździe rodziców Einstein wypisał się ze szkoły i dołączył do rodziców w Mediolanie, gdzie sam przygotowywał się do wstąpienia na uniwersytet. Gdy w październiku po przyjeździe do Zurychu 1895 r. przystępował do egzaminu wstępnego na tamtejszą politechnikę (przemianowaną później na Eidgenössische Technische Hochschule Zürich - ETHZ), potrzebował specjalnego pozwolenia, gdyż brakowało mu dwóch lat do minimalnego wieku. Niestety z powodu słabych wyników z przedmiotów humanistycznych próba zdania egzaminu zakończyła się niepowodzeniem.

Za radą dyrektora ETHZ Einstein postanowił spędzić rok w Aarau w Szwajcarii, by ukończyć szkołę średnią. We wrześniu 1896 r. zdał tam maturę, uzyskując dobre oceny z niemal wszystkich przedmiotów, zwłaszcza ze śpiewu i muzyki oraz fizyki i matematyki. W tym samym roku, najprawdopodobniej w celu uniknięcia służby wojskowej lub na znak protestu przeciwko nastrojom militarnym panującym wówczas w Niemczech, zrzekł się obywatelstwa niemieckiego i bez przynależności państwowej przystąpił ponownie do egzaminów na ETHZ, które tym razem zdał. Jednocześnie do tej samej sekcji przyjęto Milevę Marić, która później wywarła duży wpływ na życie Einsteina. W lipcu 1900 r. oboje przystąpili do zdawania egzaminów końcowych, które Albert, w przeciwieństwie do Milevy, zdał. Wtedy też opublikował pierwszą mało znaczącą pracę dotyczącą zjawiska włoskowatości.

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

Rok 1905 jest określany jako Annus mirabili (cudowny rok) Einsteina. Wtedy ten nieznany w środowisku fizyków szwajcarski urzędnik patentowy opublikował kilka ważnych dla fizyki prac. Jego publikacja "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" ("O elektrodynamice ciał w ruchu") wprowadza nową teorię, nazwaną później szczególną teorią względności, która poprzez nowe spojrzenie na czas i przestrzeń, rozwiązywała obserwowaną niezależność prędkości światła od obserwatora, wprowadzała związek między masą a energią. Wyjaśnił zaobserwowany w 1888 roku przez Philipa Lenarda efekt fotoelektryczny przyjmując, iż światło oddziałuje z materią w postaci porcji nazwanych później fotonami. Napisał rozprawę doktorską pod tytułem „O nowej metodzie wyznaczania rozmiarów molekuł” (przedłożoną 20 sierpnia na Uniwersytecie w Zurychu) oraz wyjaśnił i opisał ruchy Browna. Mimo swego znaczenia, jego prace nie zostały początkowo docenione.

W 1906 r. Einstein został awansowany na stanowisko eksperta technicznego drugiej klasy, jednak nie przestawał myśleć o fizyce. W 1907 r. sformułował zasadę równoważności, którą później nazwał "najszczęśliwszą myślą swojego życia", gdyż zapoczątkowała jego rozmyślania nad ogólną teorią względności. W grudniu 1908 r. Einstein napisał do Uniwersytetu w Bernie podanie o przyjęcie na stanowisko Privatdozenta. Privatdozent (nauczyciel naukowy) nie otrzymywał wynagrodzenia z uczelni, a utrzymywał się z drobnych wpłat studentów, był to jednak etap konieczny w karierze uczelnianej. Ponieważ zawód Privatdozenta nie pozwalał zarobić na życie, Einstein nie zrezygnował z pracy w urzędzie patentowym. W marcu 1909 r. został profesorem nadzwyczajnym fizyki teoretycznej na uniwersytecie w Zurychu. Stanowisko to stworzono specjalnie dla niego. W tym samym roku został doktorem Honoris Causa na Uniwersytecie Genewskim. W latach 1909-1911 napisał jedenaście artykułów naukowych dotyczących fizyki teoretycznej. W 1910 r. pierwszy raz zgłoszono go jako kandydata do Nagrody Nobla. W 1911 r. Einstein został profesorem zwyczajnym na Uniwersytecie Niemieckim w Pradze. Półtora roku później wrócił na ETHZ jako profesor zwyczajny. W latach 1911-1912 otrzymywał wiele ofert zatrudnienia z różnych uniwersytetów, w tym z Uniwersytetu w Utrechcie. Wiosną 1913 r. Max Planck i Walther Nernst zaproponowali mu zostanie członkiem Pruskiej Akademii Nauk (Preusissche Akademie der Wissenschaftlen), profesorem Uniwersytetu Berlińskiego z prawem, ale bez obowiązku wykładania oraz dyrektorem mającego powstać Instytutu Fizyki Cesarza Wilhelma (Kaiser Wilhem Institut für Physik, obecnie jest to Instytut Fizyki w Berlinie). Ponieważ miał dość wykładania i chciał skupić się wyłącznie na myśleniu, przyjął ofertę. W marcu 1914 r. przeprowadził się z rodziną do Berlina. 5 lipca 1916 r. zastąpił Maxa Plancka na stanowisku przewodniczącego Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego (Deutsche Physikalische Gesellschaft) i sprawował tą funkcję do 31 lipca 1918 r. W tym samym roku napisał on pracę o prawie promieniowania Plancka, w której przewidział istnienie emisji wymuszonej - zjawiska umożliwiającego budowę laserów.

25 listopada 1915 r. Einstein opublikował swoją najważniejszą pracę: ogólną teorię względności. Jest ona uogólnieniem poprzedniej teorii, gdyż opisuje również ruch z przyspieszeniem. Stwierdza równoważność grawitacji i przyspieszenia i opisuje różnice między geometrią euklidesową a geometrią w silnych polach grawitacyjnych. Teoria przewiduje również znacznie silniejsze niż w teorii Newtona odchylenie toru światła przechodzącego obok gwiazdy. W 1919 r. podczas zaćmienia Słońca zespół Arthura Stanleya Eddingtona dokonał pomiaru odchylenia toru światła pochodzącego z gwiazdy znajdującej się za Słońcem i przechodzącego obok niego. Wynik potwierdził przewidywania teorii Einsteina.

W czasie wojny oprócz ogólnej teorii względności Einstein napisał prace na temat kosmologii i fal grawitacyjnych, znalazł nowe wyprowadzenie prawa Plancka, napisał pięćdziesiąt artykułów naukowych i wydał książkę popularyzującą teorię względności. Wytężona praca w połączeniu z głodem spowodowały chorobę Einsteina. W 1917 r. chorował on na wątrobę, wrzody żołądka, żółtaczkę i ogólne wyczerpanie. Podczas choroby zajmowała się nim jego kuzynka, Elsa Einstein. Latem 1917 r. Albert przeprowadził się do mieszkania obok niej, a rok później oboje postanowili się pobrać.

14 lutego 1919 r. sąd w Zurychu orzekł rozwód Alberta i Milevy Einstein. Warunki określały, że Albert ma płacić alimenty, zdeponować w banku 40 000 marek niemieckich, z których odsetki miały być do dyspozycji Milevy, a ponadto, gdyby dostał Nagrodę Nobla, miał przekazać całą sumę byłej żonie. 2 lipca 1919 r. Albert ożenił się ze swoją kuzynką Elsą Einstein, z którą zdążyli się do siebie zbliżyć w 1917 r. podczas choroby Alberta.

3 kwietnia 1921 r. Einstein wyjechał z żoną do USA, gdzie wygłosił kilka wykładów. W czasie tej wizyty 9 maja otrzymał Doktorat Honoris Causa na Princeton University. 30 maja wypłynął do Anglii. 8 czerwca po raz kolejny został Doktorem Honoris Causa, tym razem na uczelni w Liverpoolu. 8 października 1922 r. znów wyjechał z Niemiec, gdyż dowiedział się, że jest planowany zamach na niego. Odwiedził Kolombo, Singapur, Hongkong i Szanghaj w Chinach, następnie Kobe i Kioto w Japonii. W tym czasie dostał Nagrodę Nobla. 2 lutego 1923 r. Einsteinowie wylądowali w Palestynie. Tam Albert zaangażował się na jakiś czas w sprawy Uniwersytetu Hebrajskiego. W latach 1925-1927 był członkiem jego Rady Zarządzającej. W drodze powrotnej z podróży wstąpili do Hiszpanii. 15 marca 1923 r. wrócili do Berlina. Kolejną podróż Einstein odbył w 1925 r. do Argentyny, Brazylii i Urugwaju.

W 1930 r. Einstein ponownie popłynął do Ameryki, przebywając od grudnia 1930 r. do marca 1931 r. oraz od grudnia 1931 r. do marca 1932 r. w Caltechu w Pasadenie. Tam spotkał się z Abrahamem Flexnerem, który chciał przedstawić członkom Caltechu projekt budowy Instytutu Studiów Zaawansowanych w Princeton. Ten zaproponował mu posadę w tymże ośrodku, na co Einstein się zgodził. W marcu 1932 r. wrócił do Niemiec. 10 grudnia 1932 r. Einsteinowie znów wypłynęli do Kalifornii. 30 stycznia 1933 r. naziści doszli do władzy, a Adolf Hitler został kanclerzem Niemiec. Einstein, dowiedziawszy się o tym oświadczył, że nie wraca do Niemiec. Miał jednak kilka spraw do załatwienia w Europie, zamieszkał więc tymczasowo w Le Coq sur Mer w Belgii. W tym czasie otrzymywał oferty pracy z Jerozolimy, Oksfordu, Lejdy, Madrytu i Paryża. Wszystkie odrzucił. 7 października 1933 r. wypłynął z żoną, asystentem i sekretarką do Ameryki.

17 października 1933 r. wylądowali oni w Nowym Jorku. W 1935 r. popłynęli na Bermudy, by wracając uzyskać wizy imigracyjne. W czasie pobytu w Princeton Einstein pracował nad jednolitą teorią pola, mającą opisywać grawitację i elektromagnetyzm jako dwa przejawy tego samego zjawiska. W 1923 r. opublikował artykuł pod tytułem „Czy teoria pola stwarza możliwości rozwiązania problemu kwantowego?” Wysiłki były skazane na niepowodzenie, gdyż w jego czasach nie znano jeszcze oddziaływań silnych i słabych. W październiku 1936 r. Einstein został mianowany Doktorem Honoris Causa Uniwersytetu Nowojorskiego. 20 grudnia tego roku zmarła jego druga żona, Elsa.

W sierpniu 1939 r. Einsteina odwiedzili Leó Szilárd i Eugene Wigner, zaniepokojeni możliwością skonstruowania przez Niemców bomby atomowej. Wspólnie postanowili wysłać do ówczesnego prezydenta Stanów Zjednoczonych Franklina Delano Roosevelta list o następującej treści:

„Szanowny Panie!

Najnowsze prace E. Fermiego i L. Szilarda, które przedstawiono mi w postaci rękopisu, pozwalają oczekiwać, że w najbliższej przyszłości pierwiastek uran może stać się nowym ważnym źródłem energii. Pewne aspekty zaistniałej sytuacji wymagają czujności i, jeśli okaże się to konieczne, szybkiego działania ze strony rządu. Dlatego zamierzam zwrócić Pana uwagę na następujące fakty i zalecenia:

W ciągu ostatnich czterech miesięcy stało się prawdopodobne, że dzięki pracom Joliota we Francji, jak również Fermiego i Szilarda w Ameryce, że uda się doprowadzić do jądrowej reakcji łańcuchowej w dużej masie uranu, w wyniku której powstaną olbrzymie ilości energii i znaczna obfitość nowych pierwiastków przypominających rad. Wydaje się niemal pewne, że dojdzie do tego w najbliższej przyszłości.

To nowe zjawisko umożliwi konstruowanie bomb i nie jest wykluczone - choć mniej pewne - że mogą w ten sposób powstać niezwykle potężne bomby nowego typu. Jedna bomba tego typu, przewieziona na statku i zdetonowana w porcie, zniszczyłaby cały port wraz z częścią otaczającego go obszaru. Takie bomby mogą się jednak okazać za ciężkie, by dało się je transportować drogą powietrzną.

Stany Zjednoczone dysponują bardzo ubogimi rudami uranu w niedużych ilościach. Dobre rudy występują w Kanadzie i dawnej Czechosłowacji, ale najważniejszym źródłem uranu jest Kongo Belgijskie (...)”

— Albert Einstein

Prezydent odpisał:

„Drogi Profesorze!

Chciałbym podziękować za Pana list z niezwykle ważnymi i interesującymi informacjami.

Uznałem je za tak istotne, iż powołałem radę, złożoną z szefa Biura Standardów oraz wybitnych przedstawicieli sił zbrojnych, który zadaniem będzie wszechstronne zbadanie wszystkich aspektów Pańskich sugestii dotyczących uranu (...)

Proszę przyjąć moje najszczersze wyrazy podziękowania.”

— Franklin Delano Roosevelt

Jednak budżet przyznany radzie na pierwszy rok wynosił zaledwie 6000$. Nie jest prawdą, iż list Einsteina był bezpośrednią przyczyną zainicjowania projektu Manhattan. Prezydent zlecił budowę bomby atomowej w październiku 1941 r. (a więc dwa lata po otrzymaniu listu) i wtedy też sekretarz wojny dowiedział się o całej sprawie. Einstein sam stwierdził:

Nie brałem żadnego udziału w pracach [nad bombą atomową], naprawdę żadnego. Interesuję się bombą w takim samym stopniu jak każdy inny człowiek, no, może trochę bardziej.

1 października 1940 r. Einstein został zaprzysiężony jako obywatel Stanów Zjednoczonych, a 31 lipca 1943 r. został konsultantem Działu Badań i Wdrożeń Biura Uzbrojenia Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych z pensją 25$ za dzień i pozostał nim do 30 czerwca 1946 r. W tym samym roku otrzymał Doktorat Honoris Causa Lincoln University. Dwa lata później został nagrodzony One World Award. W listopadzie 1952 r. Einsteinowi zaproponowano zostanie drugim prezydentem niedawno powstałego państwa Izrael, na co ten się nie zgodził. W grudniu 1953 r. został rektorem honorowym Uniwersytetu Hebrajskiego oraz otrzymał nagrodę Lord and Taylor Award.

2 sierpnia 1946 r. Einstein został przewodniczącym nowo powstałego Komitetu Nadzwyczajnego Uczonych Atomistów (Emergency Committee of Atomic Scientists), mającego za cel informowanie opinii publicznej o kwestiach politycznych dotyczących bomby atomowej oraz o pokojowym wykorzystaniu energii jądrowej.

Po ustaleniu w fizyce dwóch zestawów praw dla świata makro i mechaniki kwantowej dla mikroświata, Einstein poświęcił się bezowocnym poszukiwaniom teorii wielkiej unifikacji. Stopniowo przy tym usuwał się z głównego nurtu nauki i w opinii wielu naukowców "zmarnował drugą połowę życia".

W ostatnich latach życia Einstein miewał bóle w górnej części brzucha, a jesienią 1948 r. lekarz wykrył u niego guza wielkości pomarańczy. 31 grudnia laparotomia wykazała, iż był to tętniak aorty. W 1950 r. zaobserwowano powiększanie się tętniaka. 18 marca Einstein spisał testament, w którym wszystkie swoje listy, rękopisy i prawa autorskie przekazał Uniwersytetowi Hebrajskiemu.

W poniedziałek 18 kwietnia 1955 r. o godzinie 01:15 Einstein zmarł. Tego samego dnia jego zwłoki poddano kremacji w Trenton, a popioły rozsypano w nieznanym miejscu.

Zanim skremowano ciało Einsteina, Thomas Stoltz Harvey, patolog szpitalu w Princeton, wyjął bez pozwolenia rodziny Einsteina jego mózg, mając nadzieję, że w przyszłości neurobiologia będzie mogła odkryć, co sprawiło, że Einstein był tak inteligentny

Alberta Einsteina jako kandydata do Nagrody Nobla zgłaszano corocznie w latach 1910-1922 oprócz lat 1911 i 1915.

Rok Kategoria, w jakiej nominowano Einsteina

1910 Badania o charakterze teoretycznym lub matematyczno-przyrodniczym

1912 Fizyka teoretyczna

1913 Fizyka teoretyczna

1914 Badania o naturze bardziej spekulatywnej, fizyka teoretyczna

1916 Fizyka molekularna

1917 Prace związane z niezmiernie owocnymi badaniami Plancka dotyczącymi hipotezy kwantów

1918 Fizyka kwantowa

1919 Fizyka teoretyczna

1920 Fizyka matematyczna

1921 Fizyka matematyczna

1922 Fizyka matematyczna

W 1921 r. Einstein otrzymał Nagrodę Nobla "za zasługi dla fizyki teoretycznej, szczególnie za odkrycie praw rządzących efektem fotoelektrycznym". Stało się to tak późno, ponieważ w większość nominacji jako uzasadnienie podawała sformułowanie przez Einsteina teorii względności, która według komitetu noblowskiego nie była wystarczająco potwierdzona doświadczalnie. Jednak, ponieważ komitet był pod silnym naciskiem, by przyznać nagrodę Einsteinowi, przyjął propozycję Oseena, by jako uzasadnienie podać wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego. Ponieważ w czasie odbierania nagród Einstein był za granicą, w jego imieniu wystąpił Rudolf Nadolny, ambasador Niemiec w Szwecji.

Niektóre odkrycia

Albert Einstein opublikował ponad 300 prac naukowych. Niektóre z nich to:

• 1905:

• Szczególna teoria względności, pozwalająca pogodzić względność ruchu z obserwowaną niezależnością prędkości światła od obserwatora i zawierająca słynną formułę E=mc²

• Opis i wyjaśnienie ruchów Browna, kolejny dowód istnienia atomów.

• Wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego, wprowadzające pojęcie fotonu, cząstki elementarnej będącej nośnikiem oddziaływania elektromagnetycznego. Był to pierwszy krok do odkrycia dualizmu korpuskularno-falowego. Za to odkrycie przyznano Einsteinowi Nagrodę Nobla.

• 1907: Kwantowa teoria ciepła właściwego ciała stałego. Pokazała ona, że wzór Plancka E=hν nie stosuje się tylko do ciała doskonale czarnego (pojęcie stosowane w fizyce dla określenia ciała pochłaniającego całkowicie padające na nie promieniowanie elektromagnetyczne), ale jest uniwersalnym prawem fizyki.

• 1915: Ogólna teoria względności, nowa teoria grawitacji tłumacząca zjawiska grawitacyjne geometrycznymi własnościami zakrzywionej przez masę lub energię czasoprzestrzeni.

gdzie

F_AB siła grawitacji działa wzdłuż wektora
(jest to różnica położenia ciała B i ciała A), która charakteryzuje oddziaływanie ciała B na ciało A, ale o zwrocie przeciwnym niż wektor położenia ciała B względem ciała A.

• 1918: Teoria procesu emisji i absorpcji promieniowania elektromagnetycznego przez atomy. Jest ona podstawą działania laserów

• 1924:

• Statystyka Bosego-Einsteina, dotycząca rozkładu stanów kwantowych bozonów.

gdzie:

n_i - średnia liczba cząsteczek w i-tym stanie,

E_i - energia i-tego stanu,

g_i - degeneracja i-tego stanu,

n - całkowita liczba cząstek,

μ - potencjał chemiczny,

• Kondensacja Bosego-Einsteina, efekt kwantowy zachodzący w układach podległych statystyce Bosego-Einsteina.

gdzie:

N₀ - liczba cząstek, która uległa kondensacji

N - całkowita liczba cząstek

T - temperatura kondensatu

T_C - temperatura krytyczna

• 1935: Paradoks Einsteina - Podolskiego - Rosena (Paradoks EPR), mający udowodnić nieprawdziwość splątania kwantowego. Został on rozwiązany w latach 30. XX w. przez Twierdzenie Bella.

Jeśli bez jakiegokolwiek zaburzenia układu możemy przewidzieć z pewnością wartość jakiejś wielkości fizycznej, to istnieje element rzeczywistości odpowiadający tej wielkości fizycznej.

W 2001 roku naukowcy Eric A. Cornell (USA), Wolfgang Ketterle (Niemcy), Carl E. Wieman (USA) otrzymali Nagrodę Nobla z fizyki: Za wytworzenie kondensatorów Bosego - Einsteina w rozrzedzonym gazie atomów alkalicznych.

---