Albert Einstein

Albert Einstein ( njemački izgovor [▶] )(Ulm, 14. ožujka 1879. - Princeton, 18. travnja 1955.) bio je teorijski fizičar, prema jednom izboru najveći fizičar uopće.[1][2] Mladost je proveo u Münchenu, Italiji i zatim u Švicarskoj, gdje je (1900.) završio studij na Tehničkoj visokoj školi u Zürichu. Od godine 1902. do 1909. radio je u Bernu u patentnom uredu. U tom razdoblju otkrio je niz osnovnih zakona prirode (brzinu svjetlosti kao maksimalnu brzinu, dilataciju vremena i novo objašnjenje dilatacije dužina, te ekvivalentnost mase i energije, korpuskularnu prirodu svjetlosti i načelo ekvivalencije, osnovu opće teorije relativnosti). Godine 1909. postao je izvanredni profesor teorijske fizike na Sveučilištu u Zürichu, a 1911. profesor teorijske fizike u Pragu; 1912. vratio se u Zürich i postao redoviti profesor na Tehničkoj visokoj školi; 1914. izabran je za člana Pruske akademije znanosti; 1914. postao je u Berlinu direktor Kaiser-Wilhelmova instituta za fiziku. Po Hitlerovu dolasku na vlast (1933.) Einsteinu su oduzete sve funkcije i konfisciran imetak. U znak prosvjeda Einstein se odrekao njemačkoga državljanstva i otišao u SAD, gdje je do kraja života radio u Institutu za viša znanstvena istraživanja u Princetonu. Bio je čovjek širokih shvaćanja, slobodouman, slobodoljubiv i dosljedan mirotvorac (pacifist), koji se zalagao za pravdu i mir. Na početku Prvog svjetskog rata odbio je potpisati deklaraciju njemačkih učenjaka koji su se složili s ulaskom Njemačke u rat. Na njegovo upozorenje 1939. da bi Nijemci mogli načiniti atomsku bombu, započeli su u SAD-u istraživački radovi za proizvodnju takve bombe (Projekt Manhattan). Poslije se Einstein uporno borio protiv primjene tog oružja.

Einsteinovo je glavno djelo njegova teorija relativnosti (1916.), koja je ne samo od osnovne važnosti kao temeljni okvir za daljnji razvoj teorijske fizike, već duboko zahvaća i u filozofske koncepcije, napose o prostoru i vremenu, a povrh toga u probleme kozmologije i kozmogonije. Einstein je neprekidno usavršavao teoriju relativnosti, pa je u posljednjim godinama života razvio takozvanu unificiranu teoriju polja, koja poopćuje njegovu teoriju gravitacije i uključuje teoriju elektromagnetizma. Osim teorije relativnosti, Einstein je fizici dao i druge vrlo važne prinose. Godine 1905. uveo je hipotezu o kvantima svjetlosti ili fotonima, to jest pretpostavku da se svjetlost može shvatiti i korpuskularno, kao roj čestica, kada treba objasniti neke pojave, napose fotoelektrični učinak. Analiza te pojave pokazuje da se ona može lako objasniti ako se pretpostavi da postoje kvanti svjetlosti, a da ostaje nerazumljiva na temelju predodžbe svjetlosti kao elektromagnetskih valova. Einstein je postavio vezu između energije 'E fotona i frekvencije svjetlosti ν kao valne pojave, u obliku:

E=h \cdot \nu \,
gdje je: h = 6,626 069 3 · 10–34 Js; Planckova konstanta); potpuno objašnjenje dvojnoga karaktera svjetlosti, koja se prema okolnostima očituje kao korpuskularna ili kao valna pojava, daje tek moderna kvantna fizika. Godine 1907. Einstein je razvio kvantnu teoriju specifične topline, koju je dalje usavršio P. Debye. Godine 1917. izveo je prve kvantne zakone za materiju (1900. M. Planck otkrio je prve kvantne zakone za zračenje). Za radove na polju kvantne teorije Einsteinu je 1921. dodijeljena Nobelova nagrada za fiziku. Einstein je pokazao da Brownovo gibanje nastaje kao posljedica sudara molekula tekućine sa sitnim česticama suspendiranima u tekućini i tako pridonio potvrdi kinetičke teorije topline, primijenivši je i na tekućine. U vezi s tim problemima dao je još nekoliko prinosa, koji se nadopunjuju radovima M. Smoluchowskoga. Einstein i W. J. de Haas pokusima su ostvarili žiromagnetski učinak, koji se sastoji u tome da željezni štap pri magnetiziranju dobiva vrlo malen moment impulsa.

Albert Einstein je rođen 14. ožujka 1879., otprilike u 11:30 sati, u židovskoj obitelji, nastanjenoj u gradu Ulm u pokrajini Württemberg, što je oko 100 kilometara istočno od Stuttgarta. Njegov otac bio je Hermann Einstein, po zanimanju trgovac, koji se kasnije bavio elektrokemijskim poslovima, a majka mu je bila Paulina Einstein, djevojačko Koch. Oni su se vjenčali u Stuttgart-Bad Cannstattu. Po Albertovom rođenju, njegova majka navodno je bila preplašena, jer je mislila da je glava njenog novorođenčeta previše velika i da je loše oblikovana. Pošto je veličina njegove glave, čini se, bila manje vrijedna pažnje kako je on bivao stariji (što je očigledno sa svih fotografija na kojima se vidi da mu je glava bila proporcionalna veličini tijela u svim periodima života), ovu njegovu osobinu na dalje su tretirali kao neku vrstu benigne makrocefalnosti odnosno smatrali su da proporcije njegove glave nisu ni u kakvoj vezi s nekom mogućom bolešću, niti da imaju bilo kakvog utjecaja na njegove kognitivne sposobnosti.

Još jedna, poznatija, osobina Einsteinovog djetinjstva predstavlja činjenica da je on progovorio kasnije nego većina prosječne djece. Einstein je sam tvrdio da nije progovorio prije svoje treće godine i da je i tada to nevoljko radio sve do uzrasta od devet godina. Zbog ovog Einsteinovog zakasnjelog razvoja govornih sposobnosti i njegove kasnije dječačke sklonosti da izbjegava svaku temu u školi koja mu je dosadna, a da se snažno koncentrira samo na ono što ga interesira, neki od njegovih poznavalaca iz tog vremena, kao na primjer jedna obiteljska kućna pomoćnica, predlagali su čak da je on možda dijete s posebnim potrebama. Ovo posljednje zapažanje nije, međutim, bilo i jedino u Einsteinovom životu koje je išlo za tim da mu se prikače nekakvi kontroverzni epiteti ili da se označi nekom patološkom naljepnicom. Pošto se nitko od članova Albertove obitelji nije strogo pridržavao židovskih vjerskih običaja, i za njega je bilo dozvoljeno da pohađa katoličku osnovnu školu. Iako mu se u početku nisu baš sviđale sve lekcije koje je čuo u toj školi, a nerijetko ih je i propuštao, on je kasnije, na primjer, često nalazio veliko zadovoljstvo i utjehu u Mozartovim violinskim sonatama.

Počevši od 1889., student medicine po imenu Max Talmud (kasnije Talmey), koji je četvrtkom navečer posjećivao Einsteinove u razdoblju od šest godina,[4] upoznaje Einsteina s ključnim znanstvenim i filozofskim tekstovima, uključujući Kantovu Kritiku čistog uma. Dvojica njegovih ujaka na dalje će hraniti ovu njegovu intelektualnu radoznalost, tijekom njegovog kasnijeg djetinjstva i razdoblje rane adolescencije, nabavljajući mu ili mu preporučavajući za čitanje knjige iz oblasti znanosti, matematike i filozofije. Einstein je pohađao Gimnaziju Luitpold, gdje je stekao relativno napredno i, za to vrijeme, moderno obrazovanje. S učenjem matematike započeo je negdje oko dvanaeste godine (1891.), učeći samostalno iz školskih udžbenika Euklidovu geometriju u ravnini, a infinitezimalni račun počeo je izučavati četiri godine kasnije. Einstein je shvatio kolika je moć aksiomatskog, deduktivnog, razmišljanja proučavajući Euklidove Elemente, koje je on nazivao svetom geometrijskom knjižicom[4]. Dok je bio u gimnaziji, Einstein se često sukobljavao sa školskim autoritetima i vrijeđao upravu, vjerujući da je duh učenja i kreativnog razmišljanja izgubljen uslijed nastojanja na čistm pamćenju gradiva.

Godine 1894., nakon propasti elektrokemijskih poslova njegovog oca Hermanna, Albert se seli iz Münchena u Paviju, talijanski grad blizu Milana. Einsteinov prvi znanstveni rad, pod nazivom Istraživanje stanja etera u magnetskom polju, bio je ujedno tada napisan i za jednog od njegovih ujaka. Albert je ostao u Münchenu želeći završiti školu, ali je završio samo jedan semestar, prije nego što je napustio gimnaziju u proljeće 1895., da bi se pridružio svojoj obitelji u Paviji. On napušta školu godinu i pol dana prije završnih ispita, ne govoreći o tome ništa svojim roditeljima, uvjeravajući školsku upravu da mu dozvole odlazak uz pomoć lijekarskog uvjerenja dobivenog od jednog prijateljski nastrojenog liječnika. Ali to je ujedno značilo i da neće dobiti svjedodžbu o završenoj srednjoj školi. Te godine, u uzrastu od 16 godina, on stvara misaoni pokus poznat kao Einsteinovo ogledalo. Zureći u ogledalo, on je pokušavao dokučiti što bi se dogodilo s njegovom slikom u zrcalu ako bi se on počeo kretati brzinom svjetlosti. Njegov zaključak, da je brzina svjetlosti neovisna o brzini promatrača (brzine njenog izvora), koji je, između ostalog, bio potaknut i ovim razmišljanjem, kasnije će postati jedan od dva postulata specijalne relativnosti.

Mada je pokazao odličan uspjeh na matematičkom i znanstvenom dijelu prijemnog ispita za upis na Savezni politehnički institut u Zürichu, današnji ETH Zürich, njegov neuspjeh u dijelu ispita iz slobodnih vještina osujetio je ove njegove planove. Njegova ga obitelj tada šalje u Arau, u Švicarskoj, da završi srednju školu. Tada postaje jasno da on neće biti inženjer elektrotehnike, kao što se njegov otac dotada nadao. Tamo, on sluša povremena predavanja iz Maxwellove elektromagnetne teorije i konačno prima svoju diplomu u rujnu 1896. U to vrijeme on stanuje u obitelji profesora Josta Wintelera gdje se zaljubljuje u Sofiju Winteler, kćerku profesora Wintelera. Einsteinova sestra Maja, koja je vjerojatno bila njemu najbliža osoba u to vrijeme, kasnije će se udati za Wintelerovog sina Paula, a Einsteinov prijatelj Michele Besso oženit će Wintelerovu drugu kćerku, Annu. Einstein se u listopadu upisuje na Savezni politehnički institut i prelazi u Zürich, dok Sofia odlazi u Olsberg gdje je čeka posao učiteljice. Iste godine on obnavlja svoje njemačko državljanstvo.

U jesen 1896., Srpkinja Mileva Marić započinje svoje studije medicine u Zürichu, da bi se već poslije prvog semestra prebacila na Savezni politehnički institut gdje, kao jedina žena upisana te godine, studira na istom smjeru kao i Albert. Milevino druženje s Albertom razvit će se u pravu ljubavnu romansu tijekom sljedećih par godina, unatoč negodovanju Albertove majke kojoj je smetalo to što je ona previše stara za njega, što nije Židovka i što ima fizičku manu (jedna noga bila joj je nešto kraća od druge).[5]

Godine 1900., Einstein je stekao diplomu Saveznog politehničkog instituta koja mu je omogućavala da se bavi nastavnim radom. Iste godine on prijavljuje za objavljivanje svoj prvi rad o kapilarnim silama, pod naslovom Rezultati promatranja kapilarnih pojava (njem. Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen). U ovom svom radu, on pokušava ujediniti različite zakone fizike, dakle čini pokušaj u onome što će bez prekida nastojati tijekom cijelog svog života. Preko svoga prijatelja, inženjera Michelea Bessoa, Einstein će se upoznati s djelom Ernsta Macha, kojeg će kasnije nazivati najboljom rezonatorskom kutijom Europe za fizikalne ideje. Tijekom tog vremena, Einstein razmjenjuje i dijeli svoje znanstvene zanimacije s grupom bliskih prijatelja, uključujući Bessoa i Milenu. Oni tada sami sebe nazivaju Olimpija Akademijom. Einstein i Milena dobivaju u to vrijeme izvanbračnu kćerku, Lieserl Einstein, rođenu u siječnju 1902. Sudbina ovoga djeteta do danas je nepoznata. Neki vjeruju da je ona umrla odmah po rođenju, dok drugi vjeruju da su je roditelji dali na usvajanje

Einstein poslije diplomiranja nije mogao odmah naći nastavničko zaposlenje, ponajviše zato što je kao mladić svojom drskošću očigledno iritirao većinu svojih profesora. Otac prijatelja iz razreda mu je pomogao da se domogne zaposlenja kao pomoćni tehnički ispitivač u Švicarskom patentnom birou[6] 1902. Tu je Einstein procjenjivao vrijednost patenata raznih pronalazača, koji su se prijavljivali u ovaj biro, kao i mogućnosti primjene tih patenata u tehničkim uređajima, radio je dakle posao koji je ipak zahtijevao poznavanje njegove struke - fizike. Posebno je bio zadužen za ocjenjivanje patenata koji su u nekoj vezi s elektromagnetnim uređajima.[7] On je ovdje morao naučiti kako raspoznati suštinu primjene patenta usprkos, ponekad, veoma šturom opisu, a i njegov direktor poučio ga je kako da samog sebe izrazi korektno. Dok je ocjenjivao praktičnost njihovog rada on je povremeno i ispravljao greške u njihovim dizajnima.

Ronald W. Clark, Einsteinov biograf, tvrdi da razmak koja je postojala u Einsteinovom braku s Milevom, za njega bila prijeko potrebna, jer da bi upotpunio svoj rad on je morao postići neku vrstu intelektualne izolacije. Abram Joffe, sovjetski fizičar koji je poznavao Einsteina, u jednoj osmrtnici piše o njemu “Autor radova iz 1905. bio je... birokrat u Patentnom birou u Bernu, Einstein-Marić”, i ovo je nedavno bilo uzeto kao dokaz suradničke strane njihove veze. Međutim, prema Albertu A. Martínezu iz Centra za studije Sveučilišta Einstein u Bostonu, Joffe je jedino time pripisao autorstvo Einsteinu, jer, kako on misli, bio je to uvriježeni švicarski običaj da se dodaje ženino prezime iza muževljevog imena.[8] Ipak, razmjeri Milevinog utjecaja na Einsteinovo djelo još uvijek su dvojbeni.

Godine 1903., Einsteinovo zaposlenje u Švicarskom patentnom birou postalo je stalno, mada ga je unapređenje mimoišlo sve dok se u potpunosti ne usavrši za strojarsku tehnologiju.[9] On svoj doktorat stiče pod mentorstvom Alfreda Kleinera na Sveučilištu u Zürichu, nakon prijavljivanja svoje doktorske teze pod nazivom "Jedno novo određivanje molekularnih dimenzija" ("Eeine neue Bestimmung der Moleküldimensionen") iz 1905. godine.

Tijekom 1905., u svoje slobodno vrijeme, Einstein je napisao četiri članka koja su poslužila u osnivanju moderne fizike, bez mnogo znanstvene literature na koju bi se mogao pozvati, ili mnogo kolega znanstvenika s kojima bi o tome mogao prodiskutirati. Većina fizičara se slaže da su tri od ova četiri članaka (oni o Brownovom gibanju, fotoelektričnom učinku i posebnoj teoriji relativnosti) zasluživali da budu nagrađeni Nobelovom nagradom. Ali samo rad o fotoelektričnom učinku bio je spomenut od strane Nobelovog komiteta prilikom dodeljivanja nagrade, jer je u to vreme samo iza njega stajalo mnogo neospornih, eksperimentalnih dokaza, dok je za druge Einsteinove radove Nobelov komitet izrazio mišljenje da bi oni trebali biti potvrđeni u budućnosti.

Netko bi mogao smatrati ironičnim što je nagrada dodeljena za fotoelektrični učinak, ne samo zato što je Einstein najviše poznat po teoriji relativnosti, nego i zato što je fotoefekt kvantni fenomen, a Einstein je, zbog nečega, kasnije postao razočaran putem kojeg kvantna teorija zauzela u svojem daljnjem razvoju. Einstein je ove znanstvene radove objavio u časopisu Annalen der Physik. Uobičajeno je da se oni danas nazivaju znanstveni radovi Annus Mirabilis (od latinske fraze Annus mirabilis što na latinskom znači “Godina čuda”). Međunarodna unija za čistu i primenjenu fiziku (IUPAP) obilježila je 100. godinu od objavljivanja njegovih opsežnih radova 1905. kao Svjetsku godinu fizike 2005. (World Year of Physics 2005).

Prvi rad, nazvan O jednom istraživačkom gledanju na proizvodnju i transformaciju svjetlosti (njem. Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt) bio je posebno citiran u priopćenju povodom dodjele Nobelove nagrade. U ovom radu, Einstein proširuje Planckovu hipotezu (E = h\nu) o diskretnim djelićima energije, na svoju vlastitu hipotezu da se elektromagnetska energija (svjetlost) također emitira iz materije ili apsorbira u diskretnim djelićima, kvantima, čiji je iznos h \nu (gdjе је h Planckova konstanta, a \nu je frekvencija svjetlosti) predlažući tako novi zakon:

E_{\mathrm{max}}  = h \cdot \nu - P\,
kao objašnjenje fotoelektričnog učinka, jednako kao i svojstava drugih pojava fotoluminiscencije i fotoionizacije. U kasnijim radovima, Einstein koristi ovaj zakon da opiše Voltin učinak (1906.), nastanak sekundarnih katodnih zraka (1909.) i visokofrekventnu granicu zakočnog zračenja (1911.). Ključni Einsteinov doprinos je u njegovom tvrđenju da je kvantizacija energije uopće, suštinsko svojstvo svjetlosti, a ne samo, kao što je Max Planck vjerovao, neka vrsta ograničenja u međudjelovanju između svjetlosti i materije. Jedan drugi, često previđani, doprinos ovoga rada predstavlja Einsteinova izvanredna procjena (6,17 \times 10^{23}) Avogadrove konstante (6,02 \times 10^{23}). Međutim, kako Einstein u ovom radu nije predložio da je svjetlost sastavljena od čestica, koncept svjetlosti kao snopa fotona neće ni biti predložen sve do 1909.

Njegov drugi članak iz 1905., pod nazivom O kretanju — potrebnom od strane molekularne kinetičke teorije topline — malih čestica suspendiranih u nepokretnom fluidu (njem. Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen), pokriva njegovu studiju Brownovog gibanja i osigurava iskustvene dokaze za postojanje atoma. Prije pojave ovog članka, atom je bio prihvaćen kao korisna ideja, ali fizičari i kemičari su se vatreno raspravljali jesu li atomi stvarni ili nisu. Einsteinovo statističko razmatranje ponašanja atoma dalo je eksperimentatorima način da broje atome gledajući kroz obični mikroskop. Wilhelm Ostwald, jedan od vođa anti-atomske škole, kasnije se povjerio Arnoldu Sommerfeldu da se njegova sumnja u atome preobratila u vjerovanje zahvaljujući Einsteinovom potpunom objašnjenju Brownovog gibanja.[10] Brownovo gibanje bilo je također objašnjeno i od strane Louisa Bacheliera 1900.

Einsteinov treći rad iz ove godine, O elektrodinamici pokretnih tijela (njem. Zur Elektrodynamik bewegter Körper), bio je objavljen u lipnju 1905. Ovaj rad predstavlja uvod u posebnu teoriju relativnosti, kao teoriju vremena, prostora, mase i energije, koja je u suglasnosti s teorijom elektromagnetizma, ali ne opisuje pojavu gravitacije. Dok je razvijao ovaj svoj članak, Einstein je o njemu pisao Milevi kao o našem radu o relativnom kretanju, i ovo je navelo neke da pretpostave da je i Mileva imala svoju ulogu u stvaranju ovog čuvenog znanstvenog rada.

Nekolicina povjesničara znanosti vjeruje da su i Einstein i njegova žena oboje bili upoznati s time da je čuveni francuski matematičar i fizičar Henri Poincaré bio već objavio relativističke jednadžbe, par tjedana prije nego što je Einstein prijavio svoj rad za objavljivanje. Ali, mnogi vjeruju da je njihov rad neovisan i da se razlikuje od Poincaréovog rada u mnogo prelomnih trenutaka, naime, u pogledu etera, Einstein negira postojanje etera, dok ga Poincaré smatra suvišnim. Slično tome, još uvijek je sporno je li je on znao za rad Hendrika Antoona Lorentza iz 1904., koji sadrži u sebi veći dio jednadžbi ove teorije i na koga se Poincaré poziva u svom radu. Većina povjesničara, međutim, vjeruje da se Einsteinova relativnost razlikuje na mnogo ključnih načina od drugih teorija relativnosti koje su kružile u to vrijeme, i da mnoga pitanja u vezi s prioritetom ovog otkrića izrastaju iz obmanjive slike Einsteina kao genija koji je radio u potpunoj izolaciji.[11] Mada je sigurno da je Einstein razgovarao o fizici s Milevom, ne postoje čvrsti dokazi o tome da je ona učinila neki značajan doprinos njegovom radu.