Einstein és a Fizika Nemzetközi Éve
Horváth Zalán
az MTA rendes tagja
Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizikai Intézet
zalanh @ ludens.elte.hu
Bevezetés
Az ENSZ közgyűlése foglalkozott az UNESCO javaslatával, és közfelkiáltással a következő határozatot hozta 2004. június 10-én:
„Az Egyesült Nemzetek Szövetségének közgyűlése 2004. június elsején,
• elismeri, hogy a fizika a természet megismerésének fejlődéséhez alapvetően járul hozzá,
• megállapítja, hogy a fizika és alkalmazásai napjaink számos műszaki újdonságának alapját képezik,
• hangsúlyozza, hogy a fizika oktatása biztosítja az emberek számára az eszközöket a fejlődés számára elengedhetetlenül szükséges tudományos infrastruktúra megteremtéséhez,
• tudatában van annak, hogy a 2005-ös évben van Albert Einstein nagy hatású, a modern fizikát megalapozó tudományos felfedezéseinek százéves évfordulója, ezért
1. Üdvözöli, hogy az ENSZ Oktatási, Tudományos és Kulturális Szervezete a 2005-ös évet a Fizika Nemzetközi Évévé nyilvánította;
2. Felkéri az ENSZ Oktatási, Tudományos és Kulturális Szervezetét, hogy szervezzen programokat a 2005-ös évnek mint a Fizika Nemzetközi Évének megünneplésére, együttműködve a fizikai társaságokkal és csoportokkal az egész Földön, bevonva a fejlődő országokat is;
3. A 2005-ös esztendőt a Fizika Nemzetközi Évévé nyilvánítja.”
A Fizika Nemzetközi Éve magyarországi eseményeit az Eötvös Loránd Fizikai Társulat szervezte és fogta össze.
Előadásom célja, hogy bemutassam Einstein, a fiatal tudós zseni életútját 1905-ig, az „annus mirabilis”-nek nevezett évig. Ezután ismertetem a modern fizika három területéhez fűződő alapvető és meghatározó eredményeit, melyeket összesen hat tudományos cikkben publikált abban az évben az Annalen der Physik folyóiratban.
Fiatalkor
Albert Einstein 1879. március 14-én született a württenbergi Ulm városában, Németországban. Szülőháza címe: Banhofstrasse 135B. Atyai nagyszülei, Abraham és Hindel Einstein módos polgárok voltak. Édesapjának, Hermann Einsteinnek (1847-1902) elektromos eszközöket gyártó és forgalmazó cége volt. Azonban a vállalkozás gyakran jutott a csőd szélére. Édesanyja, Pauline Koch (1858-1902) kiváló zongoristaként élt a köztudatban.
A következő évben apja átköltöztette üzletét és családját Münchenbe. Itt született meg húga, Maja (1881-1951), aki egész életében szeretetre méltó bizalmasa maradt.
A gyermek Albert tudományos érdeklődése hamar megmutatkozott. Egy ötéves korában kezébe került iránytű rendkívül felizgatta. Gondolkodását jelentősen befolyásolta mérnök unokabátyja, Jakob Einstein, és egy fiatal orvostanhallgató Max Talmey, aki hetente egyszer vacsoravendégként jelent meg Einsteinéknél. A tizenkét éves korában kapott elemi geometria-könyv pedig nagy benyomást tett rá. Talmey vezette be Immanuel Kant filozófiai munkásságába 13 éves korában, és kezébe adta Ludwig Büchner és Aaron Bernstein népszerű tudományos műveit.
Einstein szülei magántanárt fogadtak mellé, hogy 1885 őszén az általános iskolát a másodikban kezdhesse. A harmadik és a negyedik osztályt a Petersschuléban végezte 1886-tól 1888-ig. Ugyancsak ekkor kezdett hegedűleckéket venni anyja kívánságára, melyeket tizenhárom éves koráig folytatott.
Kilenc és fél éves korában, 1888. október elsejétől a Luitpold Gymnasiumban folytatta tanulmányait. Bár általában jó jegyeket kapott, és különösen kiváló volt matematikából, Einstein gyűlölte az iskolát, mivel sikert csak memoriterekkel és korlátlan engedelmességgel lehetett elérni. Valódi tanulmányait otthon folytatta matematika-, fizika- és filozófiakönyveket olvasva. Egyik tanára azt javasolta Einsteinnek, hogy hagyja el az iskolát, mivel már puszta jelenléte rombolja a tanár tekintélyét a többi diák előtt.
1894-ben szülei Milánóba költöztek. Albert magányosan és rosszul érezte magát az iskolában, ezért a tanév közben otthagyta azt, és 1895-ben követte családját Olaszországba.
Itt tanulmányokat folytatott az elektromosságtan terén. Gondolatait egy kis dolgozatban foglalta össze, amelyet unokabátyjának, Caesar Kochnak küldött el. Az elektromos és mágneses teret az éter állapotainak képzelte el. Az étert mint valami rugalmas közeget írta le. Abban az időben a fizikusok úgy gondolták, hogy az elektromágneses hullámok egy közegben, az éterben terjednek.
Kellemes fél évet töltött Olaszországban családjánál.
Ezután 1895 őszén tizenhat évesen Zürichbe utazott, mivel szeretett volna felvételt nyerni a Szövetségi Műszaki Főiskolába (Eidgenössische Polytechnische Schule [ETH]). Nem tudott felmutatni gimnáziumi záró bizonyítványt, és két évvel fiatalabb volt, mint a szokásos beiratkozók. Mégis elérte Gustav Maier, a család barátja segítségével, hogy az ETH igazgatója, Albin Herzog engedélyezte, hogy felvételi vizsgát tegyen. A vizsga két részből állt: az egyik az általános tudását mérte fel (irodalom, történelem, német nyelvtudás), a másik szóbeli vizsga volt tudományos ismeretekből (algebra, geometria, fizika és kémia), továbbá műszaki rajzból. Einsteint nem vették fel, mivel gyengén szerepelt az általános vizsgán. Azonban olyan jól sikerült a tudományos rész, hogy Heinrich Friedrich Weber, a fizika professzora felajánlotta, hogy járjon el az előadásaira, ha Zürichben marad.
Ennek ellenére Herzog igazgató tanácsát fogadta meg, aki azt javasolta, hogy fejezze be középiskolai tanulmányait az aaraui Kantoniskolában. Ez az iskola a liberális tradíciók ápolásáról volt ismert. Einstein beiratkozott az utolsó évre. Bár fiatalabb volt iskolatársainál, mégis sikerrel fejezte be tanulmányait, és tett érettségi vizsgát 1896 szeptemberében. Most már beiratkozhatott az ETH-ra.
1896-ban lemondott német állampolgárságáról, és öt évig hontalanként élt Svájcban.
Az ETH-beli évek
Einstein 1896 októberében, tizenhét évesen kezdte meg tanulmányait a hét intézetre osztott ETH-ban, ami egy a maga korában nemzetközileg elismert színvonalú intézmény volt. A VI. intézet foglalkozott a matematika- és természettudomány-tanárok képzésével. Ez az intézet két részre bomlott, Einstein az Adolf Hurwitz matematikus által vezetett VI.A Matematika Szekció (matematika, fizika, csillagászat) diákja lett. Az ETH 841 diákja közül 23 volt a VI.A Szekció tanulója.
Közülük tizenegy volt kezdő, köztük Mileva Maric, az egyetlen nő az évfolyamon. A szekcióban nem volt előírt tananyag. A vezető minden diákkal kidolgozta a szemeszter elején, hogy milyen tárgyakat vegyen fel. Einstein a fizika szakos diákok részére előírt tantervet követte. Sajnos nem tudott felvenni bizonyos elméleti fizikai kurzusokat az utolsó két évben, mert nem voltak meghirdetve. Kötelezően fel kellett vennie egy szakterületén kívül eső tárgyat is. Einstein többet vett fel a kötelezőnél a filozófia, politikatudomány és gazdaságtudomány területéről. Itt barátkozott meg évfolyamtársával Marcel Grossmann-nal, aki matematikát tanult és kiváló jegyzeteket készített a matematika-előadásokról. Einstein ideje jó részét a laboratóriumokban és a könyvtárban töltötte, így sokat segített rajta, hogy barátja rendelkezésére bocsátotta jegyzeteit. Erről Einstein később ezt írta: „Nem is nagyon szeretnék arra gondolni, hogy mi lett volna belőlem ezen jegyzetek nélkül.”
Einstein gyakran játszott hegedűn egyik barátja lakásán. Egy este itt találkozott Michele Bessóval, egy olasz származású svájci mérnökkel, akivel életre szóló barátságot kötöttek.
Besso kiváló alanynak bizonyult, aki intelligensen és kritikusan hallgatta meg Einstein elképzeléseit, és sokszor javasolt számára hasznos forrásműveket, mint például Ernst Mach könyveit. Abban az időben, amikor nem tartózkodott Svájcban, sűrű levelezésük hasznos forrásnak bizonyul Einstein gondolatainak követésében.
A VI.A Szekcióban két fizika tanszék volt: az egyiket, a Matematikai és Műszaki Fizikai Tanszéket Heinrich Friedrich Weber, a másikat, a Kísérleti Fizikai Tanszéket Jean Pernet vezette. Pernet egyetlen kurzusát vette fel, és ezt a lehetséges legrosszabb jeggyel sikerült elvégeznie. Einstein a továbbiakban inkább Weber két féléves előadására járt. Kezdeti lelkesedése ezekért az előadásokért később lelankadt, mivel nem érintettek olyan modern témákat, mint például a Maxwell-elmélet. A tanulmányok eredményes befejezéséhez félidőben szóbeli diplomaelőkészítő vizsgát kellett tenni, ezt Einsten 1898-ban sikerrel teljesítette. Majd a záróvizsga, a diploma megszerzésére egy szóbeli és egy írott részből állt, a diplomamunkából. Einstein kísérleti diplomamunkáját Weber vezetésével a hővezetésről írta. A VI.A Szekció diákjai közül négy tette le sikerrel a záróvizsgát 1900-ban, közülük egyedül Einstein nem lett valamelyik professzor tanársegédje.
Egyetemi évei alatt beleszeretett Mileva Maricba, aki a menyasszonya lett. Azonban Einstein családja ellenezte a házasságot, így Mileva Maric hazautazott Újvidékre. Levelezésükből sok érdekes információt kaphatunk Einstein gondolati fejlődéséről.
Nehéz idők
Az ETH-nak 1911-ig nem volt joga doktori cím kiadására, de az ETH-n diplomát szerzetteknek elegendő volt csak egy disszertációt benyújtaniuk Zürich egyetemére, hogy megkapják a címet. Einstein először Weber vezetésével kísérleti munkát akart készíteni a termo-elektromos jelenségekről. Azonban később megromlott a viszonya Weberrel, így ezt a témát feladta. Mivel Weber érdeklődési területe a fajhő, hő- és elektromos vezetés és feketetest-sugárzás volt, ezeket részletesen érintette előadásaiban. Einstein is követte ezen témák irodalmát. Ismerte Eduard Riecke és Paul Drude cikkeit a fémek hő- és elektromos vezetésének atomi elméletéről, valamint Max Planck cikkeit a feketetest-sugárzásról. Lelkesen fogadta Philipp Lenard cikkét a katódsugárzás ultraibolya fénnyel való előállításáról. Einstein nehéz helyzetben volt, mivel mind Weber, mind pedig az egyetem fizika professzora, Alfred Kleiner kísérleti fizikusok voltak, az ő érdeklődése ezzel szemben elméleti kérdések felé fordult.
Négy év hontalan élet után, 1899-ben svájci állampolgárságért folyamodott. A hosszadalmas eljárás végén, 1901. február 7-én vált Svájc polgárává.
Diplomája megszerzése után, még 1901-ben is álláskereső leveleket írt különböző egyetemekre, sikertelenül. 1901 közepe táján ideiglenes állást kapott Winterthurban matematikatanárként, majd Schaffhausen következett. Ekkor írta egy levelében: „Feladtam azt az ambíciómat, hogy egyetemre kerüljek…” 1900 őszén a molekuláris erőkkel kezdett foglalkozni, kifejlesztett egy centrális erőkön alapuló elméletet, és alkalmazta a kapillaritás jelenségére. Eredményeit 1900 decemberében beküldte az Annalen der Physik folyóiratba, ez volt az első publikált cikke.
1901 tavaszán alkalmazta elméletét sóoldatokra. Eredményeit második cikkében közölte 1902-ben. 1900 szeptemberében megismerkedett Ludwig Boltzmann gázelméletével, megértette, hogy a molekuláris erők nem játszanak szerepet a kinetikus gázelméletben. Ezek az erők csak a diffúziós együtthatók, a hővezetés és a belső súrlódás meghatározására fontosak. 1901 őszén doktori dolgozatot írt a molekuláris erők szerepéről gázokban, és átadta azt Kleiner professzornak. November 23-án hivatalosan benyújtotta, de 1902 januárjában visszavonta dolgozatát.
1902-ben Marcel Grossmann apja segített Einsteinnek munkát találni. Beajánlotta őt a berni Szabadalmi Hivatal igazgatójánál. Einsteint harmadosztályú műszaki szakértőnek nevezték ki, 3500 svájci frank fizetéssel.
Berni évek
1903. január 6-án feleségül vette Mileva Maric-ot. 1904. május 14-én született fia, Hans Albert.
Einstein évei Bernben különösen boldogok és gyümölcsözőek voltak. Lelki megnyugvásként gyakran játszott hegedűjén. A Szabadalmi Hivatal által nyújtott bevétele biztosította szerény megélhetését, és hivatali feladatai könnyűek voltak, elég időt hagytak az elmélkedésre. Intellektusa gyors lépésekben fejlődött. Barátaival, Conrad Habichttal (matematikus) és Maurice Solovine-nel (filozófus) 1903-ban megalakították az Olimpia Akadémiát, amelynek izgalmas találkozóira mindig nosztalgiával emlékezett. Az összejöveteleiken főleg filozófiai könyveket vitattak meg, például Karl Pearson, David Hume, Ernst Mach, Georg Riemann, Baruch Spinoza és Henri Poincaré könyveit. Az eleven viták néha kora hajnalig elhúzódtak.
1904-ben sikerült állást szereznie barátjának, Michele Bessónak is a Szabadalmi Hivatalban. Gyakran együtt sétáltak haza munka után fizikáról és más témákról beszélgetve.
Einstein három cikket publikált a statisztikus fizika megalapozásáról 1902 és 1904 között, minden évben egyet. Cikkei a Maxwell–Boltzmann-féle kinetikus elméletből indultak ki. Célja az volt, hogy a lehető legáltalánosabb mechanikai feltételekből és a valószínűségszámításból kiindulva levezesse a termikus egyensúly törvényeit és a termodinamika második főtételét.
Hasonló eredményeket ért el 1902-es művével az amerikai tudós, Josiah Willard Gibbs, de műve csak 1905-ben vált elérhetővé német fordításban. Einstein levezetése és elmélete bizonyos különbözőséget mutat Gibbs művéhez képest, jómaga Gibbs precízebb megfogalmazását helyenként átvéve mindvégig kitartott saját gondolatmenete mellett egyetemi előadásaiban. Ez a munkássága gazdagon gyümölcsözött a további eredményeiben, mint látni fogjuk.
1905 az „annus mirabilis”
1905. március 17-én Einstein beküldött egy cikket az Annalen der Physik folyóiratba Egy a fény keletkezésére és átalakulására vonatkozó heurisztikus szempontról címmel (1905, 132–148). 1900-ban Planck sikeresen leírta egy adott hőmérsékletű feketetest-sugárzás energiájának frekvenciák szerinti eloszlását, de levezetésének fizikai jelentése bizonytalan maradt.
Einstein cikkében Planck feketetest-sugárzási törvényéből kiindulva vette annak nagyfrekvenciák és alacsony hőmérsékletek esetére érvényes határesetét, a Wien-törvényt.
Megmutatta, hogy annak a valószínűsége, hogy a teljes frekvenciájú monokromatikus sugárzást egy V0 térfogat kicsiny V résztérfogatában találjuk, megegyezik annak a valószínűségével, hogy n darab részecskét a V0 térfogat V résztérfogatában találunk, ha az n részecskeszámot E/ h-vel helyettesítjük, ahol E a sugárzás teljes energiája, h a Planck-állandó és a fény frekvenciája. Ebből az észrevételből azt a maga által is „forradalminak” tartott következtetést vonta le, hogy a fénynek részecskeszerű viselkedése van, és az egyes fénykvantumok energiája h Bármilyen különösnek is tűnik ez a következtetés – amelyet maga Planck még tíz év múlva sem hitt el –, mégis alkalmas volt számos titokzatos jelenség megmagyarázására. Einstein a fotolumineszcencia Stokes-szabályát, a fényelektromos effektust és a gázok ionizációját magyarázta meg cikkében. Lenard korabeli kísérletében ultraibolya fénnyel sugárzott be fémeket, és elektronok léptek ki, ez a fényelektromos jelenség. Azonban alacsonyabb frekvenciájú fénnyel nem jutott hasonló eredményre. A fény hullámleírásában az energia szétoszlana a fém felületén, így érthetetlen lenne az effektus. A fénykvantumok ezzel szemben lokalizált h energiájú részecskék, amelyek képesek átadni energiájukat egy elektronnak, ha ez az energia fedezni tudja az elektron kiszabadulásához szükséges energiát (kilépési munkát), az kilép a fémből. Minél nagyobb a fénykvantum energiája, azaz a frekvenciája, annál nagyobb sebességgel lép ki az elektron. Ezt az eredményt 1914-re Robert A. Millikan mérései teljesen igazolták. Később a fénykvantumot fotonnak nevezték. Einstein ezzel a művével a kvantumelméletre jellemző részecske-hullám dualitás első példáját mutatta be. Einstein számára ezen eredményre való hivatkozással ítélték oda 1921-ben a Nobel-díjat: „az elméleti fizika számára nyújtott szolgálatáért, és speciálisan a fényelektromos jelenség törvényéért”.
1905. április 30-án benyújtotta doktori disszertációját a Zürichi Egyetemre A molekuláris dimenziók új meghatározása címmel. Ezt rövidítve cikk formájában augusztusban küldte be publikálásra, és 1906-ban jelent meg (1906, 289–305.). Részletes méltatására később visszatérek.
1905. május 11-én érkezett meg az Annalen der Physik szerkesztőségébe Nyugvó folyadékban lebegő részecskéknek a hő molekuláris-kinetikus elmélete által megkövetelt mozgásáról című cikke (1905, 549–560.). Ebben a Brown-mozgás elméleti leírását adta. Einstein a James Clerk Maxwell és Ludwig Boltzmann által kifejlesztett kinetikus gázelmélet híve volt. Azonban több neves fizikus, mint Mach vagy Wilhelm Ostwald nem hitt az atomok létezésében. Einsten célja az volt, hogy olyan kísérleti bizonyítékot találjon, amely egyértelművé teszi az atomok és molekulák létét. Cikkét így kezdte: „Ebben a cikkben megmutatjuk, hogy a hő molekuláris-kinetikus elmélete szerint a folyadékban lebegő mikroszkopikusan látható méretű testek olyan nagyságrendű mozgást fognak végezni a molekuláris hőmozgás következtében, ami könnyen észlelhető egy mikroszkópban.” Figyelembe vette, hogy a részecskét egyrészt a folyadék láthatatlan atomjai szabálytalanul lökdösik, másrészt a részecske mozgását fékezi a folyadék belső súrlódása. Ebből a két hatásból meghatározta a részecskékre a diffúziós állandót, és megmutatta, hogy a részecskék átlagos elmozdulása az idő négyzetgyökével arányos. Einstein elméletét Jean Perrin 1908-ban kezdett méréseiben fényesen igazolta. A Brown-mozgás megértése minden fizikus számára egyértelművé tette a molekulák és atomok létezését. Einstein munkája a Brown-mozgásról hatalmas lökést adott a statisztikus fizikának. Még ma is vannak új alkalmazásaim, például a tőzsdei folyamatok, a közlekedés és a molekuláris motorok elméletében.
Visszatérve doktori dolgozatára, abban folyadékban oldott nem-disszociált molekulák (például: cukor) méretének meghatározására adott új módszert. Rámutatott, hogy a molekulaméretek meghatározására elegendő az oldószer és az oldat belső súrlódási együtthatójának, valamint az oldódó anyag oldószerbeli diffúziós állandójának ismerete. 1905. július 27-én dolgozatát egyhangúlag elfogadta a Zürichi Egyetem Filozófia II. Kara, és 1906. január 15-én megkapta a doktori címet. Az oldat belső súrlódási együtthatójának meghatározása bonyolult hidrodinamikai számolást követelt meg. Később az eredményei nem egyeztek Jean Perrin méréseivel, azonban képtelen volt hibát találni számításaiban. 1909-ben tanítványát, Ludwig Hopfot kérte meg az ellenőrzésre, aki meg is találta a hibát. A javítást 1911-ben publikálta, és a mérésekkel való egyezés is nagymértékben megjavult (1911, 591–593.). Ez a cikke kapta a legtöbb hivatkozást az 1905-ben közöltek közül.
1905 decemberében további cikket írt A Brown-mozgás elmélete címmel (1906, 371–379.). Ebben jóval általánosabb módszert dolgozott ki a fluktuációk leírására, valamint meghatározta a lebegő részecske forgó mozgását is.
1905. június 30-án érkezett meg az Annalen der Physik folyóiratba Mozgó testek elektrodinamikája című cikke (1905, 549–560.), ebben alapozta meg a speciális relativitáselméletet. Itt két axiómát fogalmazott meg, amelyet minden fizikai törvénynek követnie kell – az egyik, a relativitási elv általánosítása – ami igaz volt Isaac Newton mechanikájában – minden fizikai törvény ugyanolyan alakú minden inerciarendszerben, azaz egymáshoz képest állandó sebességgel mozgó rendszerekben. A második, a vákuumbeli fénysebesség minden inerciarendszerben ugyanakkora. Mint cikkében megjegyezte, ez a két axióma „látszólag inkompatibilis”. Azonban Einstein megmutatta, hogy nemcsak logikailag kompatibilisek, de kompatibilisek minden optikai és más kísérlettel, amit 1905-ig végeztek (és természetesen az összes azóta elvégzettekkel is). Einstein már jó ideje tudta, hogy a természet és a mérések ezt a két axiómát sugallják, de hosszú időbe tellett, míg ráébredt arra, hogy a gondot a sebesség összeadás okozza. A sebességösszeadás pedig annak a következménye, hogyan mérjük az időt egy inerciarendszerben. Hogyan döntjük el egy adott inerciarendszerben, hogy két esemény egyidejű-e? Segített rajta Mach és Poincaré olvasása. Azonban a tudománytörténészeknek az a sejtése, hogy mivel annak idején éppen Hume Az emberi természet vizsgálata című művét olvasta, Hume megfogalmazása, miszerint „A doktrína az, hogy az idő nem más, mint az a mód, amelyben a valós tárgyak léteznek”, döntő lehetett az idő relatív koncepciójának kialakításában. Ez lehetett az Einstein által „lépésnek” elismert felismerés. Mint később leírta, ezután hat hét alatt elkészült a mű. Levezette az inerciarendszereket összekötő transzformációt, és a módosított sebességösszeadást. Bebizonyította, hogy a Maxwell-egyenletek minden inerciarendszerben azonos alakúak. Módosította a Newton-egyenleteket, rámutatott, hogy a test tömege nem állandó, hanem függ a sebességétől. Cikkében egyedül Bessónak mondott köszönetet.
1905. szeptember 27-én újabb cikk érkezett az Annalen der Physik folyóiratba Függ-e egy test tehetetlensége az energia tartalmától? (1905, 639–641.). Ebben a cikkben bemutatta, hogy ha egy test energiát sugároz ki, akkor tömege csökkenni fog. Ez a felismerés vezetett el a híres E=mc2 összefüggéshez, amelyhez fokozatosan jutott el. Először 1906-ban megjelent cikkében terjeszti ki eredményét (1906, 627–633.). Majd 1907-ben teljes általánossággal bizonyítja, hogy a tömeg és az energia ugyanaz a mennyiség (1907, 371–384.). Ennek az eredménynek beláthatatlan következményei lettek. Érthetővé tette, hogyan lehet energiát termelni a tömeg sugárzási vagy más energiaformává való átalakításával. Itt lelhető fel a gyökere a magfúzió, a maghasadás energiatermelő folyamatainak. Ezért érthető meg a csillagok és a Nap – a földi élet energiaforrása – energiatermelése. És végül innen következnek a rossz és a hasznos alkalmazások: az atombomba és az atomreaktor.
Út a hírnév felé
Ezt az évet rendkívül alkotó évtized követte, amit Lánczos Kornél élete utolsó évében kiadott könyve címében az „Einstein Decade”-nek, einsteini évtizednek nevez. Ebben az évtizedben 67 művet közölt. Ezen évtized végére jutott el a klasszikus fizika megkoronázásához, az általános relativitáselmélethez. Az elmélet megalkotásakor az ekvivalenciaelv általánosításából indult ki, szerette volna nem csak az egymáshoz képest állandó sebességgel mozgó koordináta rendszerekben leírni a jelenségeket. Azonban hamar kiderült, hogy ez a feladat összekapcsolódik a gravitáció elméletének megértésével is. Az általános relativitáselméletben geometriai magyarázatot adott a gravitáció jelenségére. Az anyag vagy energia jelenléte meggörbíti a teret, és ebben a görbült téridőben mozognak a legrövidebb geodetikus pályán a szabadon mozgó testek vagy a fénysugarak.
Kiszámította a Merkúr perihéliumelfordulását, és örömmel tapasztalta, hogy számítása egyezik a mérésekkel. Kiszámította, hogy a Nap mellett egy csillagból származó fénysugár hogyan térül el. 1919-ben, kihasználva egy napfogyatkozást, az Arthur Eddington által vezetett csoport igazolta eredményét. Einstein személye bekerült a népszerű sajtóba. A londoni Times ezt írta címlapján: „Forradalom a tudományban – Az Univerzum új elmélete – Ledőltek Newton törvényei”. Valóban, hamar felismerte az általános relativitáselmélet fontosságát, és 1907-ben Willen de Sitterrel kidolgozták az Univerzum modelljét, és a modell azt jósolta, hogy a csillagok távolodnak egymástól. Ezt először egy „kozmológiai tag” bevezetésével meg tudta akadályozni. Azonban amikor Edwin Hubble 1929-ben felfedezte, hogy a galaxisok távolodnak tőlünk, az Univerzum tágul, Einstein úgy érezte, hogy a „kozmológiai tag” hiba volt. Máig – bizonyos módosításokkal – ezt a modellt használjuk az Univerzum leírására.
Az általános relativitáselmélet feltételezi a súlyos és tehetetlen tömeg ekvivalenciáját, amit nagy pontossággal Eötvös Loránd bizonyított először. Einstein örömmel vette, amikor megtudta ezen kísérlet eredményét. Érdekes azonban az is, hogy 1911-ben cikket írt az Eötvös-törvényről (1911, 165-169.), mely a kapillaritás jelenségével kapcsolatos. Emlékezzünk vissza, hogy Einstein első cikke a kapillaritásról szólt. Ebben a cikkében rámutatott, hogy az Eötvös-törvényből az következik, hogy a molekulák között ható erők rövid hatótávolságúak, szemben korábbi modelljével.
Hagy említsem meg még egy-két jelentős eredményét, melyeknek napjainkig nyúló hatásuk van.
1917-ben újra levezette a Planck-törvényt, feltéve, hogy a sugárzással termikus egyensúlyban lévő atomok két energiaszinttel rendelkeznek. Bemutatta: ekkor nem elegendő azt feltételezni, hogy az atom spontán sugározza ki energiáját, vagy spontán felveszi az energiát, hanem egy harmadik folyamatra, az indukált energiakibocsátásra is szükség van.
Ez a felismerés áll a lézerelv hátterében. A lézerek ma már bevonultak a köznapi életbe.
További fontos felfedezése a Bose–Einstein-kondenzátum, amelynek előállításáért 2001-ben adtak Nobel-díjat; valamint az Einstein–Podolsky–Rosen-paradoxon, amely az összefonódott állapotokhoz vezet a kvantumelméletben, és például a kvantumkriptográfia alapjául szolgál. Einstein az ész hatalmának szimbólumává vált a világban. Joggal fogadhatjuk el ezért a Time magazin közvélemény-kutatásának eredményét, amely Einsteint a XX. század személyiségének nevezte.
Kulcsszavak: a Fizika Nemzetközi Éve, Albert Einstein, foton, annus mirabilis, fényelektromos jelenség, Brown-mozgás, speciális relativitáselmélet
Irodalom
Einstein, A. (1905): Annalen der Physik. 17, 132–148.
Einstein, A. (1905): Annalen der Physik. 17, 549–560.
Einstein, A. (1905): Annalen der Physik. 17, 549–560.
Einstein, A. (1905): Annalen der Physik. 18, 639–641.
Einstein, A. (1906): Annalen der Physik. 19, 289–305.
Einstein, A. (1906): Annalen der Physik. 19, 371–379.
Einstein, A. (1906): Annalen der Physik. 20, 627–633.
Einstein, A. (1907): Annalen der Physik. 23, 371–384
Einstein, A. (1911): Annalen der Physik. 34, 165–169.
Einstein, A. (1911): Annalen der Physik. 34, 591–593.
<-- Vissza a 2006/7 szám tartalomjegyzékére
<-- Vissza a Magyar Tudomány honlapra
[Információk] [Tartalom] [Akaprint Kft.]