Over vier maanden, maart tot juni 1905, produceerde Albert Einstein vier artikelen die een revolutie teweegbrachten in de wetenschap. Een legde uit hoe de grootte van moleculen in een vloeistof te meten, een tweede stelde hoe ze hun beweging konden bepalen, en een derde beschreef hoe licht in pakketten komt die fotonen worden genoemd - de basis van de kwantumfysica en het idee dat hem uiteindelijk de Nobelprijs won. Een vierde paper introduceerde speciale relativiteitstheorie, waardoor natuurkundigen de noties van ruimte en tijd heroverwegen die voldoende waren sinds het begin van de beschaving. Toen, enkele maanden later, bijna als een bijzaak, wees Einstein in een vijfde artikel erop dat materie en energie specifiek op atomair niveau uitwisselbaar zijn, dat E = mc2, de wetenschappelijke basis van kernenergie en de meest beroemde wiskundige vergelijking in geschiedenis.
gerelateerde inhoud
- Hoe Albert Einstein zijn roem gebruikte om Amerikaans racisme aan de kaak te stellen
Geen wonder dat 2005 wereldwijd is uitgeroepen tot een viering van alle dingen Einstein. Internationale natuurkundeorganisaties hebben dit eeuwfeest uitgeroepen tot het Wereldjaar van de Natuurkunde en duizenden wetenschappelijke en educatieve instellingen hebben hun leiding gevolgd. Beelden van Einstein zijn nog gebruikelijker geworden dan normaal, discussies over zijn impact op een culturele drumbeat. "Zijn naam is synoniem met wetenschap, " zegt Brian Schwartz, een natuurkundige aan de Universiteit van New York Graduate Center. "Als je kinderen vraagt om je te laten zien hoe een wetenschapper eruitziet, is het eerste wat ze tekenen wild wit haar."
In veel opzichten heeft Einstein's 'wonderjaar' het moderne tijdperk ingehuldigd, met zijn springerige, afwijkende gezichtspunten en schokkende gevestigde waarheden. Maar de tijd was over het algemeen een periode van grote culturele en sociale onrust. Ook in 1905 publiceerde Sigmund Freud zijn essay "Grappen en hun relatie tot het onbewuste" en een verslag van een van zijn eerste psychoanalyses. Pablo Picasso schakelde over van zijn blauwe periode naar zijn roze periode. James Joyce voltooide zijn eerste boek, Dubliners . Toch was er geen heroverweging van universele aannames dieper dan die van Einstein.
Grotendeels om die reden is Einstein vandaag meer een mythe dan de mens, en de essentie van die mythe is dat de werking van zijn geest niet alleen buiten het bereik van de meeste stervelingen maar zelfs van de meeste natuurkundigen ligt. Zoals bij veel mythen, zit er een waarheid in. "Ik heb drie keer algemene relativiteitstheorie geleerd", zegt Spencer Weart, directeur van het Center for History of Physics van het American Institute of Physics. "Het is zo moeilijk, subtiel, anders."
Maar er is ook veel overdrijving van de mythe. Meteen vanaf het begin, lang voordat hij Einstein de Ondoorgrondelijke was, begreep de meest vooruitziende van zijn collega-fysici wat hij had bereikt en de grotere betekenis ervan. Hij had de natuurkunde opnieuw uitgevonden, wat gewoon een andere manier is om te zeggen dat hij de manier waarop we allemaal - zowel natuurkundigen als niet-fysici - onze plaats in de kosmos hebben opgevat.
In het bijzonder had hij de relativiteitstheorie opnieuw uitgevonden. In een verhandeling uit 1632 zette Galileo Galilei uiteen wat de klassieke versie van relativiteit zou worden. Hij nodigde je, zijn lezer, uit om je voor te stellen op een dok en een schip met een constant tempo te observeren. Als iemand boven op de mast van het schip een rots zou laten vallen, waar zou het dan landen? Aan de voet van de mast? Of een kleine afstand terug, wat overeenkomt met de afstand die het schip had afgelegd terwijl de rots viel?
Het intuïtieve antwoord is een kleine afstand terug. Het juiste antwoord is de basis van de mast. Vanuit het oogpunt van de zeeman die de rots liet vallen, valt de rots recht naar beneden. Maar voor jou op het dok lijkt de rots onder een hoek te vallen. Zowel jij als de matroos zouden gelijke bewering hebben gelijk te hebben - de beweging van de rots is in verhouding tot degene die het waarneemt.
Einstein had echter een vraag. Hij had er tien jaar last van, vanaf het moment dat hij een 16-jarige student was in Aarau, Zwitserland, tot op een noodlottige avond in mei 1905. Einstein liep naar huis van zijn werk in gesprek met Michele Besso, een collega-natuurkundige en zijn beste vriend op het octrooibureau in Bern, Zwitserland, waar ze allebei bedienden waren. Einsteins vraag voegde in feite een complicatie toe aan de beelden van Galileo: wat als het object dat van de top van de mast afdaalt geen rots maar een lichtstraal is?
Zijn keuze was niet willekeurig. Veertig jaar eerder had de Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell aangetoond dat de snelheid van het licht constant is. Het is hetzelfde, of je nu naar de lichtbron toe beweegt of er vandaan, of dat het naar je toe of van je af beweegt. (Wat verandert is niet de snelheid van de lichtgolven, maar het aantal golven dat je binnen een bepaalde tijd bereikt.) Stel dat je teruggaat naar het dok en naar het schip van Galileo kijkt, alleen nu is de hoogte van de mast 186, 282 mijl, of de afstand die licht aflegt in een vacuüm in één seconde. (Het is een lang schip.) Als de persoon aan de bovenkant van de mast een lichtsignaal recht naar beneden stuurt terwijl het schip vaart, waar zal het dan landen? Voor Einstein en Galileo landt het aan de voet van de mast. Vanuit uw oogpunt op het dok, zal de basis van de mast tijdens de afdaling van onder de bovenkant van de mast zijn verdwenen, net zoals toen de rots viel. Dit betekent dat de afstand die het licht heeft afgelegd, vanuit uw gezichtspunt, langer is geworden. Het is geen 186.282 mijl. Het is meer.
Dat is waar Einstein begint te vertrekken van Galileo. De snelheid van het licht is altijd 186.282 mijl per seconde. Snelheid is gewoon afstand gedeeld door, of "per", een tijdsduur. In het geval van een lichtstraal is de snelheid altijd 186, 282 mijl per seconde, dus als u de afstand wijzigt die de lichtstraal aflegt, moet u ook de tijd wijzigen.
Je moet de tijd veranderen.
“Bedankt!” Einstein begroette Besso de ochtend na hun gewichtige discussie. "Ik heb het probleem volledig opgelost."
Volgens de berekeningen van Einstein was de tijd zelf niet constant, een absoluut, een onveranderlijk deel van het universum. Nu was het een variabele die afhing van hoe jij en wat je waarneemt in relatie tot elkaar bewegen. "Elke andere natuurkundige ging ervan uit dat er een universele wereldklok was die de tijd bijhield", zegt Schwartz. "Einstein heeft dat idee volledig verwijderd." Vanuit het gezichtspunt van de persoon aan de kade was de tijd die het licht kostte om het dek van het schip te bereiken langer dan een seconde. Dat betekent dat de tijd aan boord van het schip langzamer leek te passeren dan op het dok. Het omgekeerde, wist Einstein, zou ook waar moeten zijn. Vanuit het oogpunt van de zeeman zou het dok bewegen, en daarom zou een lichtstraal die vanaf een lange paal op land naar beneden werd gezonden, hem iets verder reizen dan het voor jou op het dok zou zijn. Voor de matroos lijkt de tijd aan land langzamer te gaan. En daar hebben we het: een nieuw relativiteitsbeginsel.
"Voortaan is de ruimte op zichzelf en de tijd op zichzelf gedoemd weg te verdwijnen in slechts schaduwen, " verklaarde de Duitse wiskundige Hermann Minkowski in 1908. Andere natuurkundigen hadden berekeningen uitgevoerd die een vergelijkbaar verschil in tijdmeting tussen twee waarnemers lieten zien, maar ze voegden altijd een versie van 'maar niet echt' toe. Voor hen is een verschil in tijd misschien wel in de wiskunde, maar dat was niet in de wereld. Einstein zei echter dat er geen "echt" is. Er is alleen wat u op het dok kunt meten over de tijd aan boord van het bewegende schip en wat de matroos kan meten over de tijd aan boord van het bewegende schip. Het verschil tussen de twee zit in de wiskunde, en de wiskunde is de wereld. Einstein's inzicht was dat omdat deze percepties alles zijn wat we ooit kunnen weten, ze ook, in termen van het nemen van de maat van het universum, alles zijn wat telt.
Smithsonian National Museum of American History, Photographic History Collection ("Ik weet wel dat ik door dat soort lot een paar leuke ideeën kon vinden na vele jaren van koortsachtige arbeid", schreef Einstein (in 1940 aan het Institute for Advanced Study in Princeton) aan een collega-natuurkundige.) Dit was behoorlijk bedeesd voor een 26-jarige bediende die slechts een paar weken eerder zijn proefschrift had ingediend bij de Universiteit van Zürich. Einstein zou zijn baan bij het octrooibureau blijven behouden tot 1909, maar zijn onduidelijkheid was voorbij, althans onder natuurkundigen. Binnen een jaar na het voltooien van zijn relativiteitspaper werden zijn ideeën besproken door enkele van de meest vooraanstaande wetenschappers in Duitsland. In 1908 reisde natuurkundige Johann Jakob Laub van Würzburg naar Bern om bij Einstein te studeren, en verklaarde dat het vinden van de grote man die nog steeds in een octrooibureau werkte, een van de "slechte grappen" van de geschiedenis was. Maar Einstein klaagde niet. Zijn "knappe" loon, zoals hij een vriend schreef, was voldoende om een vrouw en 4-jarige zoon, Hans Albert, te ondersteunen en zijn schema liet hem "acht uur plezier op de dag, en dan is er ook zondag. 'Zelfs tijdens het werk vond hij voldoende tijd om te dagdromen.
Tijdens zo'n dagdroom ervoer Einstein wat hij later 'de meest gelukkige gedachte van mijn leven' zou noemen.
Hij wist dat zijn speciale relativiteitstheorie uit 1905 alleen van toepassing was op de relatie tussen een lichaam in rust en een lichaam met een constante snelheid. Hoe zit het met lichamen die bewegen met veranderende snelheden? In de herfst van 1907 zag hij een visioen in zijn geestesoog, niet anders dan een lichtstraal die uit een mast neerdaalde: een man die van een dak viel.
Wat is het verschil? In tegenstelling tot de lichtstraal, die met een constante snelheid beweegt, zou de vallende man versnellen. Maar in een andere zin zou hij ook in rust zijn. Overal in het universum zou elk stukje materie zijn buitengewoon voorspelbare invloed op de mens uitoefenen, door de zwaartekracht. Dit was het belangrijkste inzicht van Einstein - dat versnelling en zwaartekracht twee manieren zijn om dezelfde kracht te beschrijven. Net zoals iemand aan boord van het schip van Galileo evenveel recht zou hebben te denken aan het dok dat het schip verlaat als het schip dat het dok verlaat, zo zou de man in vrije val van het dak evenveel recht hebben te denken dat hij in rust is terwijl de de aarde schiet hem tegemoet. En daar hebben we het: een ander relativiteitsbeginsel, algemene relativiteitstheorie genoemd.
"Einstein nam altijd wat iedereen dacht twee volledig verschillende scenario's van de natuur te zijn en zag ze als gelijkwaardig, " zegt Gerald Holton van Harvard, een vooraanstaand Einstein-geleerde. Ruimte en tijd, energie en massa, en versnelling en zwaartekracht: zoals Holton zegt: "Einstein confronteerde altijd de vraag, waarom zouden er twee verschillende fenomenen met twee verschillende theorieën zijn om ze uit te leggen als ze op mij lijken als één fenomeen?"
Na zijn visie uit 1907 zou het echter nog acht jaar duren voordat Einstein de vergelijkingen om dit te ondersteunen uitwerkte. Einstein vertelde vrienden dat toen hij eindelijk de wiskunde had ontdekt om de algemene relativiteitstheorie in 1915 aan te tonen, er iets in hem barstte. Hij voelde zijn hart onregelmatig kloppen en de hartkloppingen hielden dagenlang niet op. Hij schreef later een vriend: "Ik was boven mezelf met opwinding."
Tegen die tijd was Einstein een professor aan de Universiteit van Berlijn en de Grote Oorlog woedde over het continent. Om Einsteins prestatie te bereiken om de bredere wereld van fysici te bereiken, zou het over vijandelijke linies moeten reizen. Einstein droeg zijn geschriften over algemene relativiteitstheorie naar Nederland, en van daaruit stuurde een natuurkundige vriend ze over de Noordzee naar Engeland, waar ze uiteindelijk Arthur Eddington bereikten, misschien de enige astronoom ter wereld met de politieke invloed en wetenschappelijke prominentie voldoende om te mobiliseren middelen in oorlogstijd en om de algemene relativiteitstest op de proef te stellen.
Einstein had de theorie dat een zonsverduistering een zeldzame gelegenheid bood om het effect van de zwaartekracht op licht waar te nemen. Naarmate de hemel overdag donkerder werd, zouden sterren zichtbaar worden, en als inderdaad de zwaartekracht van de zon aan het voorbijgaande licht trok, dan zouden die sterren nabij de rand van de zon een beetje uit positie lijken te zijn, zijn vergelijkingen precies voorspeld. Eddington verzamelde de wetenschappelijke troepen van zijn land, en Groot-Brittannië's astronoom Royal, Sir Frank Dyson, vroeg zijn door oorlog uitgeputte regering om twee expedities te sturen om de totale zonsverduistering op 29 mei 1919 te observeren - een naar Sobral, Brazilië, de andere naar Príncipe, een eiland voor de westkust van Afrika.
Eind september kreeg Einstein een telegram waarin stond dat de eclipsresultaten overeenkwamen met zijn voorspellingen. In oktober accepteerde hij de felicitaties van de meest prominente natuurkundigen op het continent tijdens een bijeenkomst in Amsterdam. Toen ging hij naar huis naar Berlijn. Voor zover hij wist, had hij zijn schuld gekregen.
"REVOLUTIE IN WETENSCHAP", luidde de Times of London van 7 november. “Nieuwe theorie van het universum. Newtoniaanse ideeën omvergeworpen. ”Dyson had de dag ervoor de eclipsresultaten voorgelezen tijdens een zeldzame gezamenlijke sessie van de Royal Society en de Royal Astronomical Society. De president van de Royal Society en de ontdekker van het elektron, JJ Thomson, noemde de theorie van Einstein, in een citaat dat over de hele wereld raasde, 'een van de meest gewichtige, zo niet de meest gewichtige uitspraken van het menselijk denken.'
Pas toen, 14 jaar na het wonderjaar van Einstein, begon het bereik van Einsteins prestaties algemeen bekend te worden. Omdat het publiek tegelijkertijd hoorde over speciale relativiteit en algemene relativiteit, zegt Weart, vloeide de cultus van Einstein snel samen. "En toen kwam de kwantumtheorie, en mensen gingen terug en zeiden: 'Oh, ja, Einstein deed dat ook.' ”
Een nauwkeurige telling van artikelen over Einstein over de hele wereld in 1919 - dat eerste jaar van bekendheid - is waarschijnlijk onmogelijk; een essaywedstrijd gesponsord door Scientific American voor de beste verklaring van de relativiteitstheorie in termen van leken trok inzendingen uit meer dan 20 landen. "Ik ben zo overspoeld met vragen, uitnodigingen, uitdagingen, " schreef Einstein in een brief tijdens deze periode, "dat ik droom dat ik in de hel brand en dat de postbode de Duivel is die eeuwig naar me brult, nieuwe bundels brieven gooit naar mijn hoofd omdat ik de oude nog niet heb beantwoord. "
En al deze beroemdheid, merkte de Britse astronoom WJS Lockyer op, was voor ontdekkingen die 'niet persoonlijk betrekking hebben op gewone mensen; alleen astronomen worden getroffen. 'De diepte van de reactie kan alleen te wijten zijn aan het historische moment - de nasleep van de Grote Oorlog. "Hier was iets dat tot de verbeelding sprak", schreef Leopold Infeld, een Poolse fysicus en toekomstige medewerker van Einstein: "menselijke ogen kijken van een aarde bedekt met graven en bloed naar de hemel bedekt met de sterren."
Voor velen werd Einstein een symbool van naoorlogse toenadering en een terugkeer naar de rede. Zoals Eddington hem minder dan een maand na de aankondiging van de eclips schreef: "Voor wetenschappelijke relaties tussen Engeland en Duitsland is dit het beste wat er had kunnen gebeuren." Zelfs vandaag blijft die interpretatie resoneren. "Tijdens die oorlog, toen veel van de mensheid zich wijdde aan zinloze vernietiging, " zei Holton, Einstein "onthulde de contouren van de grootse constructie van het universum. Dat moet gelden als een van de meest morele daden van die tijd. '
Maar sommige critici van relativiteit voerden aan dat Einstein slechts één anarchist was die de brandstapels van de beschaving voedde. Een professor in de hemelmechanica aan de Columbia University maakte zich zorgen in de New York Times in november 1919 dat de impuls om 'de goed geteste theorieën terzijde te schuiven waarop de hele structuur van moderne wetenschappelijke en mechanische ontwikkeling is gebouwd' van een stuk was met ' de oorlog, de stakingen, de bolsjewistische opstanden. '
Einsteins eigen politieke neigingen maakten de reacties van mensen op zijn werk nog ingewikkelder. Avisceral, levenslang anti-autoritair, hij had afstand gedaan van zijn Duitse staatsburgerschap op 16-jarige leeftijd in plaats van zich te onderwerpen aan verplichte militaire dienst. Nu, in de ontluikende WeimarRepublic, werd Einstein, een jood, door swastika-sportieve Duitse nationalisten en als een held door internationalisten afgeschilderd als een schurk. "Deze wereld is een nieuwsgierig gekkenhuis", schreef Einstein een vriend. “Momenteel debatteert elke koetsier en elke ober over de vraag of de relativiteitstheorie correct is. De overtuiging van Aperson op dit punt hangt af van de politieke partij waartoe hij behoort. 'De' argumenten 'daalden al snel af in doodsbedreigingen, en Einstein vluchtte kort Duitsland uit voor een sprekende tournee door Japan. Nadat Hitler in 1933 aan de macht kwam, verliet Einstein Duitsland voorgoed. Hij aanvaardde een afspraak bij het Institute for Advanced Study in Princeton, waar hij tot zijn dood in een bescheiden huis aan Mercer Street woonde op 76-jarige leeftijd in april 1955.
Gedurende zijn openbare jaren belichaamde Einstein tegenstellingen. Als pacifist zou hij pleiten voor de bouw van de atoombom. Hij pleitte voor een wereld zonder grenzen en voerde campagne voor de vestiging van de staat Israël - zozeer zelfs dat hij in 1952 werd uitgenodigd om president te worden. Hij was een genie, slordig verstrooid rond zijn huis in Princeton, en hij was een grappenmaker en stak zijn tong uit voor een fotograaf. Maar het waren niet alleen deze tegenstrijdigheden die hem onderscheidden. Het was hun schaal. Ze waren allemaal groter dan het leven en daarom ging het denken ook, moet hij ook zijn.
Maar dat was hij niet, zoals hij goed wist. Zijn eerste huwelijk was bijna twee decennia eerder geëindigd in een scheiding, een tweede met een neef, in haar dood. Hij verwekte een onwettige dochter, die wordt verondersteld te zijn opgegeven voor adoptie en verloren is in de geschiedenis, en twee zonen, Hans Albert en Eduard. Een van hen, Eduard, leed aan schizofrenie. Hans Albert doceerde engineering aan UC Berkeley. Toch werd Einstein père op de een of andere manier een mythe onder mannen.
Het was een lot dat Einstein haatte. "Ik voel me", schreef hij een vriend in 1920, "als een gesneden beeld" - alsof er iets godslasterlijks was in de manier waarop zijn afgodendienaren hem toen al begonnen te vormen. En misschien was er. Als de nazi's eenmaal waren verslagen, zou Einstein niet alle dingen voor alle mensen worden, maar één ding voor alle mensen: een heilige.
Tijdens zijn eerste reis naar de Verenigde Staten (onderweg met tweede vrouw Elsa Einstein in 1921), mengde Einstein natuurkundelessen met fondsenwerving namens de Hebreeuwse Universiteit in Jeruzalem. (Library of Congress, Courtesy American Institute of Physics Visuele archieven Emillio Segre) De halo van wit haar hielp. In 1919, toen de wereld voor het eerst kennis maakte met Einstein, wees zijn 40-jarige, ietwat eigenwijs gezicht alleen op de komende karikatuur. Maar na verloop van tijd vloog zijn haar, als een geest die niet vastgebonden was, terwijl de wallen onder zijn ogen verdiepen, alsof hij te zwaar was en te veel zag. En wat die ogen betreft - nou, toen Steven Spielberg het titelpersonage van ET the Extra-Terrestrial aan het ontwerpen was, en hij wilde dat zijn buitenaardse ambassadeur van goede wil ogen had die vochtig waren als een wijze oude man die fonkelde met kinderlijke verwondering, hij wist wie te gebruiken.
Lang voordat het publiek Einstein verheerlijkte, begonnen zijn collega-fysici zijn onfeilbaarheid in twijfel te trekken. Toen de Russische wiskundige Aleksandr Friedmann in 1922 opmerkte dat, volgens zijn berekeningen met behulp van de vergelijkingen van Einstein, het universum zich zou kunnen uitbreiden of inkrimpen, schreef Einstein een kort weerwoord waarin stond dat de wiskunde van Friedmann verkeerd was. Een jaar later erkende Einstein dat de fout inderdaad van hem was, maar hij bleef berouwloos. Pas na de ontdekking van de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble in 1929 dat andere sterrenstelsels zich terugtrekken uit ons eigen stelsel - dat het universum zich inderdaad uitbreidt - gaf Einstein toe. Hij had zijn 'grootste blunder' begaan, zuchtte hij.
Eigenwijsheid zou ook zijn houding ten opzichte van de kwantummechanica domineren, hoewel het veld gedeeltelijk een uitloper was van Einsteins papier uit 1905 op fotonen. Einstein maakte vaak en beroemd bezwaar tegen het centrale principe van de kwantumtheorie - dat de subatomaire wereld werkt volgens statistische waarschijnlijkheden in plaats van oorzaak-en-gevolgzekerheden. "God dobbelt niet met het universum, " verklaarde hij vaak, en tot de toenemende ergernis van collega's, besteedde hij de laatste drie decennia van zijn leven aan het proberen - zonder succes - een grote verenigde theorie te vinden die dergelijke onzekerheid zou verbannen.
"Einstein was vastberaden, en daar zie je het goede en het slechte", zegt Michael S. Turner, een kosmoloog aan de Universiteit van Chicago en een directeur voor wiskundige en natuurwetenschappen bij de National Science Foundation. “Hij was vastberaden in het verzoenen van de algemene relativiteitstheorie met de zwaartekrachttheorie van Newton, en hij rende naar huis. Maar hij was ook vastbesloten om een uniforme veldtheorie te vinden en vanaf 1920 was zijn carrière die van louter sterveling. ”In de loop van de decennia hebben experimenten herhaaldelijk zowel de relativistische als de kwantuminterpretaties van de kosmos ondersteund. "De ruimte is flexibel", zegt Turner. 'Tijdkrommingen. En God dobbelt. "
In de halve eeuw sinds zijn dood hebben astronomen misschien de meest revolutionaire voorspelling gevalideerd die is ingebed in de vergelijkingen van Einstein - de oerknaltheorie van de schepping van het universum, een conclusie die onvermijdelijk lijkt als iemand de film van het groeiende universum van Hubble achteruit draait. En er zijn andere verrassende vertakkingen in de relativiteitstheorie, zoals zwarte gaten, die kunnen worden gemaakt door ingestorte sterren met massa's zo groot dat hun zwaartekracht alles in hun omgeving opslokt, inclusief licht. Zoals Weart zegt, onder vermelding van een stelregel onder natuurkundigen: "De algemene relativiteitstheorie is net 50 jaar eerder vervallen."
Wetenschappers stellen nog steeds vragen die Einstein mogelijk heeft gemaakt: wat heeft de oerknal aangedreven? Wat gebeurt er met ruimte, tijd en materie aan de rand van een zwart gat? Welke mysterieuze energie veroorzaakt de versnelling van de expansie van het universum? "Dit is echt de gouden eeuw voor Einsteins theorie, los van het eeuwfeest", zegt Clifford M. Will, een natuurkundige aan de Washington University in St. Louis en de auteur van Was Einstein Right?
Einstein wist op zijn beurt nooit helemaal wat hem trof. "Ik heb nooit begrepen waarom de relativiteitstheorie met haar concepten en problemen zo ver verwijderd van het praktische leven zo lang een levendige, of zelfs gepassioneerde, resonantie had moeten hebben in brede kringen van het publiek, " schreef hij in 1942, op leeftijd 63. “Wat zou dit grote en aanhoudende psychologische effect hebben kunnen veroorzaken? Ik heb nog nooit een echt overtuigend antwoord op deze vraag gehoord. '
Maar toen Einstein de Hollywood-première van City Lights bijwoonde in 1931, boden de ster en regisseur van de film, Charlie Chaplin, hem een verklaring: "Ze juichen me toe omdat ze me allemaal begrijpen, en ze juichen je omdat niemand je begrijpt." Misschien Einstein bereikte zijn merkwaardige soort onsterfelijkheid niet ondanks zijn ondoorgrondelijkheid maar daarom. Sociaal wetenschapper Bernard H. Gustin heeft gesuggereerd dat een Einstein een goddelijke status aanneemt omdat men denkt dat hij “in contact komt met wat essentieel is in het universum.” Holton lichtte onlangs deze opmerking toe: “Ik geloof dat dit precies is waarom zoveel mensen die wisten weinig over Einsteins wetenschappelijke geschriften stroomden samen om een glimp van hem op te vangen en voelen zich tot op de dag van vandaag op een of andere manier opgewekt door zijn iconische beeld te overwegen. '
De halo heeft geholpen de mythe in stand te houden door Einstein aanwezig te houden op tijdschriftomslagen en krantenvoorpagina's, op posters en ansichtkaarten, koffiemokken, baseball caps, T-shirts, koelkastmagneten en, op basis van een Google-zoekopdracht, 23.600 internetsites. Maar wat we dit jaar vieren is meer dan een mythe. Bij het opnieuw uitvinden van relativiteit vond Einstein ook niets minder uit dan de manier waarop we het universum zien. Duizenden jaren lang hadden astronomen en wiskundigen de bewegingen van lichamen in de nachtelijke hemel bestudeerd en vervolgens gezocht naar vergelijkingen die bij hen pasten. Einstein deed het omgekeerde. Hij begon met ijdele overpeinzingen en krassen op papier en eindigde in een richting die voorheen ondenkbaar en nog steeds ondoorgrondelijk was. "De algemene relativiteitstheorie is het idee van één man hoe het universum eruit zou moeten zien", zegt Einstein-geleerde Arthur I. Miller van UniversityCollege, Londen. "En dat is zo ongeveer wat het bleek te zijn." Het is deze erfenis van Einstein die het Wereldjaar van de Natuurkunde herdenkt, deze blijvende bijdrage aan de moderne tijd: de triomf van geest over materie.
HET LAATSTE WOORD OVER ENERGIE
Het is misschien wel de beroemdste vergelijking ter wereld, maar wat betekent E = mc2 eigenlijk?
Kort na het voltooien van zijn paper over speciale relativiteitstheorie, in 1905, realiseerde Einstein zijn vergelijkingen toegepast op meer dan ruimte en tijd. Vanuit het gezichtspunt van een waarnemer die stilstaat ten opzichte van een object dat zeer snel beweegt - de snelheid van het licht benadert - lijkt het object massa aan te winnen. En hoe groter zijn snelheid - met andere woorden, hoe meer energie was besteed om het in beweging te krijgen - hoe groter zijn schijnbare massa. In het bijzonder zou de maat van zijn energie gelijk zijn aan de maat van zijn massa vermenigvuldigd met de snelheid van het kwadraat van het licht.
De vergelijking heeft wetenschappers niet geholpen een atoombom te ontwikkelen, maar het verklaart wel waarom het breken van atomen de kracht van paddenstoelwolken kan vrijgeven. De snelheid van het licht, of c, is een groot aantal: 186, 282 mijl per seconde. Vermenigvuldig het zelf, en het resultaat is, nou ja, een heel groot aantal: 34.700.983.524. Vermenigvuldig dat aantal nu met zelfs een buitengewoon kleine hoeveelheid massa, zoals wat je zou kunnen vinden in de kern van een atoom, en het resultaat is nog steeds een buitengewoon enorm aantal. En dat aantal is E, energie.
Op initiatief van twee kernfysici schreef Einstein op 2 augustus 1939 aan president Franklin D. Roosevelt dat 'extreem krachtige bommen' van een nieuw type nu 'denkbaar' waren. Historici denken vaak dat de brief een 'strikt subsidiaire rol' speelde in de beslissing van de geallieerde machten om de nucleaire optie na te streven, zegt natuurhistoricus Spencer Weart. Maar het feit dat Einstein en, indirect, zijn vergelijking welke rol dan ook speelde, heeft een levenslange pacifist en utopist voor altijd verbonden met het vermogen van de mensheid om zichzelf te vernietigen.
Einstein besefte later dat zijn inschatting dat Duitse wetenschappers in staat zouden zijn een atoombom te bouwen - de mening die hem ertoe bracht om naar de FDR te schrijven - verkeerd was. "Als ik had geweten dat deze angsten ongegrond waren, " schreef hij laat in het leven aan een vriend, "zou ik niet hebben deelgenomen aan het openen van die doos van Pandora." Maar open het nu was, nooit te sluiten, zoals Einstein zelf had erkend elliptisch, bijna poëtisch, in augustus 1945, toen hij voor het eerst het nieuws over Hiroshima hoorde. "Oh, weh" - het Duitse woord gebruiken voor pijn. "En dat is dat."
EEN NIEUW UITZICHT OP ZWAARTEKRACHT
Einsteins visie op een man die van een dak viel, markeerde het begin van een grote strijd
Eens terwijl Einstein werkte aan de vergelijkingen voor algemene relativiteit, die hem acht jaar zou kosten om te voltooien, ging hij bergbeklimmen met de Frans-Poolse chemicus Marie Curie. Schijnbaar niet bewust van de kloven en van haar moeilijkheid om zijn Duits te begrijpen, bracht Einstein veel van de tijd door met praten over zwaartekracht. "Je begrijpt het, " zei Einstein tegen haar, terwijl ze plotseling haar arm vastgreep, "wat ik moet weten is precies wat er in een lift gebeurt als deze leeg raakt."
In de verbeelding van Einstein bevond de man die halverwege tussen dak en aarde hing zich nu in een lift. In bepaalde omstandigheden zou de passagier niet weten of hij de zwaartekracht of opwaartse versnelling ervoer. Als de lift op het aardoppervlak zou staan, zou de man de zwaartekracht daar voelen, waardoor vallende voorwerpen versnellen met een snelheid van 32 voet per seconde in het kwadraat. Maar als de lift met dezelfde snelheid door de diepe ruimte zou versnellen, zou hij precies dezelfde neerwaartse kracht ervaren.
Einstein stelde zich een lichtstraal voor die de lift doorboorde. Als de lift zou stijgen ten opzichte van de lichtbron, zou de straal op een bepaalde hoogte aan een kant van de lift binnenkomen en op zijn weg naar een lagere hoogte op de tegenoverliggende muur krommen. Einstein stelde zich toen voor dat de lift stationair op het aardoppervlak stond. Omdat hij stelde dat de twee omstandigheden hetzelfde zijn, concludeerde Einstein dat hetzelfde effect voor beide zou moeten gelden. Met andere woorden, de zwaartekracht moet licht buigen.
Hij zou de wiskunde niet hebben om dit idee te ondersteunen tot 1915, en hij zou het bewijs niet hebben tot de eclipse-expedities van 1919. Maar tegen die tijd was hij zo zeker van zijn berekeningen dat wanneer een student vroeg wat hij zou hebben gedaan als hij had gehoord dat de waarnemingen van de eclips zijn wiskunde niet hadden bevestigd, vertelde Einstein haar: "Dan zou ik medelijden hebben gehad met de lieve Heer. De theorie is correct. "
