Αλβέρτος Αϊνστάιν

Η ζωή του...

Γεννήθηκε το 1879 στην Ούλμ. Όταν ήταν τεσσάρων χρονών, ο πατέρας του που είχε ένα ηλεκτροχημικό εργαστήριο, μετακόμισε στο Μόναχο, και δυο χρόνια αργότερα το αγόρι πήγε σχολείο, ζώντας μια αυστηρή, σχεδόν στρατιωτικού τύπου πειθαρχία και επίσης την απομόνωση ενός ντροπαλού και στοχαστικού Εβραιόπουλου – παράγοντες που δημιουργούσαν βαθιά και διαρκή εντύπωση. Από τη σκοπιά των δασκάλων του ήταν ένας ανεπαρκής μαθητής, προφανώς ανεπίδεκτος  προόδου στις γλώσσες, την ιστορία, τη γεωγραφία και άλλα πρωταρχικής σημασίας μαθήματα. Το ενδιαφέρον του για τα μαθηματικά κινήθηκε όχι από τους δασκάλους του αλλά από έναν Εβραίο φοιτητή της ιατρικής, τον Μαξ Τάλμεϊ, που του έδωσε ένα βιβλίο γεωμετρίας , και με αυτό τον τρόπο τον έβαλε σε μια πορεία ενθουσιώδους μελέτης που τον έκανε σε ηλικία δεκατεσσάρων χρόνων, καλύτερο μαθηματικό από τους καθηγητές του. Σε αυτό το στάδιο άρχισε επίσης να μελετά φιλοσοφία, διαβάζοντας και ξαναδιαβάζοντας τα έργα του Καντ και άλλων μεταφυσικών φιλοσόφων. Ανακατατάξεις στο χώρο της εργασίας του οδήγησαν τον πατέρα Αϊνστάιν να κάνει μια νέα αρχή στο Μιλάνο, βάζοντας με αυτόν τον τρόπο τον Άλμπερτ στις χαρές μιας πιο ελεύθερης και πιο ηλιόλουστης ζωής από αυτή της Γερμανίας. Η ανάγκη, όμως, έκανε τις διακοπές αυτές σύντομες και έπειτα από μερικούς μήνες ελευθερίας άρχισε η προπαρασκευή της καριέρας. Άρχισε με μια προσπάθεια, υποστηρίχτηκε με ένα δίπλωμα επίδοσης στα μαθηματικά, που δόθηκε από τον καθηγητή του γυμνασίου στο Μόναχο, για να εισαχθεί στην Πολυτεχνική Ακαδημία της Ζυρίχης. Αφιέρωσε ένα χρόνο στη μελέτη των αναγκαίων θεμάτων τα οποία είχε παραμελήσει για χάρη των μαθηματικών, αλλά από τη στιγμή που είχε εισαχθεί, ο νεαρός Αϊνστάιν απορροφήθηκε στην αναζήτηση της επιστήμης και της φιλοσοφίας και έκανε σημαντική πρόοδο. Έπειτα από πέντε χρόνια διακρίσεων στην πολυτεχνική, αποφάσισε να προχωρήσει στη θέση του λέκτορα, αλλά διαπίστωσε ότι οι ευγενικοί λόγοι των καθηγητών, που είχαν αναπτερώσει την ελπίδα του, δεν υλοποιήθηκαν.

  Τότε ακολούθησε μια κουραστική αναζήτηση εργασίας, δυο σύντομα διαλείμματα διδασκαλίας και μια σταθερή θέση σαν εξεταστής στο Ομοσπονδιακό Γραφείο Πατεντών της Βέρνης. Καθώς η εργασία ήταν πληκτική, είχε το διπλό πλεονέκτημα να του παρέχει ένα εισόδημα αλλά και να αφήνει το μυαλό του ελεύθερο στις μαθηματικές του σκέψεις, που τότε έπαιρναν μορφή με τη θεωρία της σχετικότητας. Το 1905, η πρώτη του μονογραφία στη θεωρία δημοσιεύτηκε σε ένα ελβετικό επιστημονικό περιοδικό, το “Annalen der Physik”. Η Ζυρίχη αντιλήφθηκε ότι είχε στους κόλπους της μια διάνοια στη μορφή ενός υπαλλήλου γραφείου πατεντών και τον προήγαγε στη θέση του λέκτορα στο πανεπιστήμιο, ενώ τέσσερα χρόνια αργότερα, το 1909, τον εγκατέστησε στη θέση του καθηγητή.

  Η επόμενη θέση του ήταν το 1911 στο Πανεπιστήμιο της Πράγας, όπου και παρέμεινε επί δεκαοχτώ μήνες. Έπειτα από μια σύντομη επιστροφή στη Ζυρίχη, πήγε στις αρχές  του 1914 στο Βερολίνο, σαν καθηγητής στην Πρωσική Ακαδημία Επιστημών και διευθυντής του Ινστιτούτου Κάιζερ Βίλχελμ της θεωρητικής φυσικής. Η περίοδος του Μεγάλου Πολέμου ήταν μια εποχή δοκιμασίας για τον Αϊνστάιν , ο οποίος δεν μπορούσε να κρύψει την ακραιφνή ειρηνοφιλία του. Βρήκε όμως όση παρηγοριά μπορούσε στις μελέτες του. Κατοπινά γεγονότα τον έφεραν στο προσκήνιο, σε πολλά μέρη του κόσμου, σαν συνήγορο όχι μόνο της ειρήνης αλλά και του παγκόσμιου αφοπλισμού και του εβραϊκού ζητήματος. Για έναν παθιασμένο άνθρωπο με τέτοιες απόψεις όπως ο Αϊνστάιν, η διαβίωση στη Γερμανία κάτω από την εξουσία των Ναζί ήταν καταφανώς αδύνατη. Το 1933, ο Αϊνστάιν έκανε την περίφημη δήλωσή του: «Όσο έχω επιλογή, θα διαμένω σε χώρα όπου τον κανόνα αποτελούν η πολιτική ελευθερία, η ανοχή και η ισότητα όλων των πολιτών της μπροστά στο νόμο» . Για κάποιο διάστημα ήταν ένας άστεγος εξόριστος  Έπειτα από προσφορές που του έγιναν από την Ισπανία, τη Γαλλία και τη Βρετανία, κατέληξε στο Πρίνστον, ως καθηγητής των μαθηματικών και της Θεωρητικής φυσικής, ευτυχής με την εργασία του, χαρούμενος σε ένα ελεύθερο περιβάλλον αλλά πάντα πικραμένος από την τραγωδία του πολέμου και της καταπίεσης.

  Το 1952 του προτείνεται η προεδρία του Ισραήλ, αλλά δεν την αποδέχεται.

  Στις 18 Απριλίου, στη 1.15 το πρωί, πεθαίνει στο νοσοκομείο του Πρίνστον, εξαιτίας “ρήξης ανευρύσματος της κοιλιακής αορτής”.

Το έργο του

Η ειδική θεωρία της Σχετικότητας

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). Η ΕΘΣ είναι η βάση της σύγχρονης Φυσικής όταν δεν χρειάζεται να ληφθούν υπόψη τα φαινόμενα της βαρύτητας. Περιγράφει πιο σωστά από τους γνωστούς νόμους του Νεύτωνα τα φυσικά φαινόμενα. Η διαφορά μεταξύ των δύο αυτών θεωριών 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. 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).

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. Είναι γνωστό ότι ο Νεύτωνας 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, καμπύλωση του χώρου. Είναι δύσκολο να φανταστούμε, τι σημαίνει καμπύλωση του τρισδιάστατου χώρου, στον οποίο ζούμε.

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 χωροχρόνου με την ύλη έγινε μέσω των εξισώσεων του Αϊνστάιν για το βαρυτικό πεδίο:

Rμν - 1/2 Rgμν = κΤμν

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 Ηλιου. 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.

Η κβαντική θεωρία

Το 1905 ο Αϊνστάιν διατύπωσε την ιδέα 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.

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.

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.

 

Μνημειώδη γνωμικά του Αϊνστάιν

Η επαφή με το μυστήριο είναι η ωραιότερη εμπειρία του ανθρώπου.

Τι ξέρει το ψάρι για το νερό, που μέσα του περνά ολόκληρη τη ζωή του;

Η απάντηση είναι «ναι» ή «όχι», ανάλογα με την ερμηνεία.

Αν είχα καταλάβει από πριν την έννοια του χρόνου, θα είχα γίνει ωρολογοποιός.

Δεν μπορώ να πιστέψω πως ο θεός παίζει ζάρια στο Σύμπαν.

Πιστεύω πως η αγάπη είναι πολύ καλύτερος δάσκαλος από την αίσθηση καθήκοντος.

Δεν έχω κανένα ιδιαίτερο ταλέντο. Απλώς, είμαι με πάθος περίεργος.

Δεν ενδιαφέρομαι για διδακτορικά... τη βαρέθηκα όλη αυτή την κωμωδία.

Για να με τιμωρήσει για την περιφρόνησή μου στις αυθεντίες, η μοίρα έκανε κι εμένα μια αυθεντία.

Πιστεύω στο θεό του Σπινόζα, που αποκαλύπτει τον εαυτό του στη σοφή αρμονία του κόσμου, και όχι σ' έναν θεό που ασχολείται με τις τύχες και τις πράξεις των ανθρώπων.

Στη διάρκεια της ζωής μου έμαθα ένα πράγμα: Ότι όλη μας η επιστήμη, σε σύγκριση με την πραγματικότητα, είναι πρωτόγονη και παιδαριώδης - αλλά παρόλα' αυτά είναι το πιο πολύτιμο πράγμα που έχουμε.

 

 

Ματίνα Αρκουμάνη Α'1