Άλμπερτ Αϊνστάιν: Ο άνθρωπος που αναδιαμόρφωσε τη σύγχρονη φυσική

ALBERT EINSTEIN (1879-1955)

Αναμφίβολα ο μεγαλύτερος επιστήμονας του εικοστού αιώ­να και ένας από τους μεγαλύτερους όλων των εποχών. Μέσα σ’ ένα και μόνο θαυματουργό έτος -το 1905- έκανε τρεις ανα­καλύψεις που κάθε μία από μόνη της θα αρκούσε για να τον ανεβάσει στον… Όλυμπο. Και έκανε τρεις. Διατύπωσε τη θεω­ρία της σχετικότητας -μια επαναστατική ρήξη με την κλασική φυσική-, έδωσε την κβαντομηχανική εξήγηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου -εδραιώνοντας έτσι την ιδέα του φωτεινού κβάντου που είχε σχεδόν ξεχαστεί μετά την αρχική δουλειά του Πλανκ- και, τέλος, περιέγραψε θεωρητικά την λεγάμενη κίνη­ση Μπράουν μέσω της οποίας έγινε για πρώτη φορά δυνατή η άμεση παρατήρηση της άτακτης θερμικής κίνησης των μορίων ενός υγρού μέσου – άρα και των μορίων των ίδιων. Η δεύτερη μεγάλη χρονιά για τον Αϊνστάιν ήταν το 1916, όταν διατύπωσε τη γενική θεωρία της σχετικότητας -δηλαδή μια σχετικιστική

θεωρία της βαρύτητας βασισμένη στην ιδέα ότι το βαρυτικό πεδίο εκδηλώνεται ως «καμπύλωση» της γεωμετρίας του χω­ροχρόνου- και έθεσε τις βάσεις της σύγχρονης κοσμολογίας.

Ο Αϊνστάιν ήταν επίσης εκείνος που έθεσε -το 1924- τις βάσεις της στατιστικής μηχανικής των σωματιδίων με ακέραιο σπιν -με το φωτονικό αέριο ως πιο αντιπροσωπευτικό παρά­δειγμα- απ’ όπου και οι ονομασίες στατιστική Μπόζε-Αϊνστάιν και συμπύκνωμα Μπόζε-Αϊνστάιν. Προς τιμήν, βεβαίως, και του Ινδού φυσικού Σ. Μπόζε που είχε πρώτος τη βασική ιδέα.

Στον κατάλογο των θεμελιωδών συμβολών του Αϊνστάιν στην επιστήμη, θα πρέπει να συμπεριλάβουμε και το περίφημο παράδοξο EPR (Einstein-Podolsky-Rosen paradox) το οποίο διατυπώθηκε το 1935 για να καταδείξει -και σχεδόν τα κατάφερε- ότι η «επίσημη κβαντομηχανική» είναι εγγενώς αντι­φατική και επομένως δεν μπορεί να θεωρείται ως μια θεμελι­ώδης θεωρία της φύσης. Αργά ή γρήγορα θα αντικατασταθεί από μια αληθώς θεμελιώδη θεωρία στο πλαίσιο της οποίας οι κβαντικές πιθανότητες δεν θα έχουν θέση. Η τελική θεωρία της φύσης -αυτό πίστευε ο Αϊνστάιν- θα είναι απολύτως αιτιο­κρατική. Ο Θεός δεν μπορεί να παίζει ζάρια με τον κόσμο. Αν και τελικά αποδείχτηκε (με το πείραμα του Άσπεκτ το 1982) ότι ο Αϊνστάιν δεν είχε δίκιο -ο Θεός πράγματι παίζει ζάρια με τον κόσμο-, εν τούτοις το παράδοξο EPR που επινόησε, και οι κβαντικές καταστάσεις που το πραγματώνουν, αποδείχτη­καν θεμελιώδους σημασίας για την κβαντική μηχανική. Αποτε­λούν πρότυπη περίπτωση της λεγάμενης κβαντικής σύμπλεξης (quantum entanglement) και βρίσκονται σήμερα στο επίκεν

τρο μιας σφύζουσας ερευνητικής δραστηριότητας πάνω στα θεμέλια της κβαντομηχανικής και στο ζήτημα των κβαντικών υπολογιστών. Η αδιαφιλονίκητη πλέον ερμηνεία της κβαντομηχανικής -η περίφημη σχολή της Κοπεγχάγης- βρήκε στο πρόσωπο του Αϊνστάιν τον ιδανικό αντίπαλο. Έναν άνθρωπο που η οξυδέρκεια και το βάθος της κριτικής του έπαιξαν κρίσι­μο ρόλο στην τελική της διαμόρφωση αλλά και στις σημερινές ερευνητικές αναζητήσεις. Ο Αϊνστάιν ήταν πραγματικά μεγά­λος ακόμα κι εκεί που είχε άδικο!

Στο ίδιο πνεύμα, δεν μπορούμε να μην αναφέρουμε δύο άλλες «αποτυχίες» του Αϊνστάιν που επίσης αποδείχτηκαν… μεγαλειώδεις’. Η μία είναι η προσπάθεια ενοποίησης του ηλεκτρομαγνητισμού με τη βαρύτητα -που δεν αποδείχτηκε τότε εφικτή, βρίσκεται όμως στο επίκεντρο των σημερινών αναζητήσεων για μια ενοποιημένη θεωρία όλων των δυνάμεων- και η δεύτερη η εισαγωγή της περίφημης κοσμολογικής σταθεράς -αυτής που ο ίδιος ο Αϊνστάιν θα χαρακτηρίσει αργότερα ως τη μεγαλύτερη γκάφα της ζωής του- η οποία αποδεικνύεται σή­μερα ως ο βασικός πρωταγωνιστής της εξέλιξης του τωρινού «ώριμου» σύμπαντος. Και ίσως αποδειχτεί ως η τρίτη θεμελιώ­δης σταθερά του σύμπαντος, δίπλα στη σταθερά του Πλανκ και την ταχύτητα του φωτός.

Περνώντας στο ολισθηρό έδαφος της… ψυχολογίας, δεν μπορούμε να μη σημειώσουμε ένα θεμελιώδες γεγονός της επιστημονικής ζωής του Αϊνστάιν που δεν έχει όμοιο του στην ιστορία. Είναι ο ίδιος άνθρωπος που μέσα στον ίδιο χρόνο -το 1905- κυριολεκτικά «λύτρωσε» την κλασική φυσική από τις

εσωτερικές της αντιφάσεις -ενοποιώντας μηχανική και ηλεκτρομαγνητισμό μέσω της σχετικότητας- και ταυτόχρονα τί­ναξε όλο το οικοδόμημα στον αέρα με την κβαντική ερμηνεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, που αποκάλυψε με τον πιο αναμφίβολο τρόπο την ύπαρξη του φωτεινού κβάντου. Ότι δη­λαδή η κλασική θεωρία του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου -όπως μας την παρέδωσε ο Μάξγουελ και την εδραίωσε σχετικιστικά ο Αϊνστάιν- πρέπει να «στηθεί» εκ νέου πάνω σε κβαντομηχα­νικές βάσεις. Η ιστορία θυμίζει λίγο τη… γέφυρα του ποταμού Κβάι. Μόνο που εδώ ο αρχιτέκτονας κι ο σαμποτέρ είναι το ίδιο πρόσωπο! Ο Αλβέρτος Αϊνστάιν. Η κριτική στάση του Αϊν­στάιν απέναντι στην κβαντική θεωρία είναι ευεξήγητη σ’ αυτό το πλαίσιο. Απ’ όλους τους φυσικούς της γενιάς του ήταν ο μό­νος που μπορούσε να εκτιμήσει πλήρως την απαράμιλλη εσω­τερική συνοχή και ομορφιά που έδωσε στην κλασική φυσική η σχετικιστική της αναδόμηση. Εκ των υστέρων, είναι φανερό ότι την κβαντική επανάσταση θα μπορούσε να τη φέρει σε πέρας μόνο μια νεώτερη γενιά φυσικών που θα έμπαιναν στο «παιγνί­δι» χωρίς τη συναισθηματική πρόσδεση στο κλασικό οικοδόμη­μα που βάραινε τον Αϊνστάιν. Και πράγματι η κβαντομηχανική ήταν τελικά έργο των «πιτσιρικάδων». Του Νιλς Μπορ (δημο­σίευσε την κβαντική θεωρία του ατόμου του υδρογόνου στα 28 του), του Βέρνερ Χάιζενμπεργκ (ανακάλυψε τη μηχανική των μητρών στα 25 του και την αρχή της αβεβαιότητας στα 26), του Βόλφγκανγκ Πάουλι (πρότεινε τους δύο βαθμούς ελευθερίας του σπιν στα 24 του και την απαγορευτική αρχή στα 25 του) και του Πωλ Ντιράκ, που ανακάλυψε τον γενικό φορμαλισμό της

ομηχανικής στα 24 και την εξίσωση Ντιράκ στα 26 του! Κι ας μην ξεχνάμε βέβαια ότι το «θαυματουργό έτος» 1905 ο ίδιος ο Αϊνστάιν ήταν 26 χρονών!

Εξίσου ενδιαφέρουσα με την επιστημονική είναι και η λοιπή ζωή του Αϊνστάιν. Γεννήθηκε στην Ουλμ της Γερμανίας από μια -μάλλον άτυπη- εβραϊκή οικογένεια. Ο πατέρας του – μαζί με τον θείο του- λειτουργούσε ένα μικρό εργοστάσιο ηλεκτρι­κών συσκευών συνεχούς ρεύματος, το οποίο όμως έκλεισε το 1894 λόγω της επικράτησης του εναλλασσόμενου ρεύματος, και η οικογένεια μετακόμισε στην Ιταλία. Μη όντας οι ίδιοι θρησκευόμενοι εβραίοι, οι γονείς του Αϊνστάιν μεγάλωσαν τον νεαρό Αλβέρτο σ’ ένα πνεύμα ανεξιθρησκίας -με στοιχεία αγνωστικισμού- τα οποία χαρακτήριζαν τελικά και τον ίδιο τον Αϊνστάιν στην ενήλικη ζωή του.

Τέλειωσε το πολυτεχνείο της Ζυρίχης το 1901 και ύστερα από δύο χρόνια μάταιης αναζήτησης βρήκε δουλειά στο γρα­φείο ευρεσιτεχνιών της Ζυρίχης με αντικείμενο εργασίας, με­ταξύ άλλων, την εξέταση ηλεκτρομηχανικών μεθόδων συγχρο­νισμού ρολογιών σε απομακρυσμένες πόλεις. Ένα πρόβλημα που έθεταν τότε επιτακτικά οι εταιρείες σιδηροδρόμων προκειμένου να ρυθμίζουν με… ελβετική ακρίβεια τα δρομολόγια των τραίνων. Και οι ιστορικοί της επιστήμης συμφωνούν σήμερα ότι η ενασχόληση μ’ αυτό το πρόβλημα «έσπρωξε» το μυαλό του νεαρού υπαλλήλου προς το κατ’ εξοχήν ερώτημα της ειδικής σχετικότητας. Το πρόβλημα του συγχρονισμού των ρολογιών. Με τη γνωστή απροσδόκητη απάντηση· ο συγχρονισμός των ρολογιών είναι σχετικός. Δυο ρολόγια συγχρονισμένα ως προς έναν παρατηρητή παύουν να φαίνονται συγχρονισμένα από κά­ποιον άλλο που κινείται ως προς τον πρώτο.

Η άνοδος του Χίτλερ στην εξουσία το 1933 θα βρει τον Αϊνστάιν -καθηγητή πλέον στο Βερολίνο- σε επιστημονικό τα­ξίδι στο εξωτερικό απ’ όπου και αποφασίζει να μην επιστρέψει. Εγκαθίσταται στο Πρίνστον -στο Ινστιτούτο Προχωρημένων Σπουδών- και γίνεται αμερικανός πολίτης το 1940. Κατά τη διάρκεια του πολέμου, χρησιμοποίησε το κύρος του για να πείσει τον πρόεδρο Ρούσβελτ για την αναγκαιότητα ενός αμερικανι­κού πυρηνικού προγράμματος, θεωρώντας βέβαιο ότι η γερμα­νική πλευρά το είχε ήδη ξεκινήσει. Όμως μετά τον πόλεμο μεταστράφηκε σε μαχητικό ειρηνιστή και πολέμιο των πυρηνικών εξοπλισμών, υπογράφοντας ένα σχετικό μανιφέστο μαζί με τον φιλόσοφο Μπέρτραντ Ράσελ. Το 1952 ο ισραηλινός πρωθυ­πουργός Μπεν Γκουριόν πρόσφερε στον Αϊνστάιν τη θέση του προέδρου της χώρας του την οποία όμως ο Αϊνστάιν αρνήθηκε. Στις Ηνωμένες Πολιτείες έγινε μέλος της εθνικής οργάνωσης για τα δικαιώματα των εγχρώμων και διατηρούσε αλληλογρα­φία με ηγετικά στελέχη του κινήματος. Σε αντίθεση με τους περισσότερους φυσικούς της εποχής του, που δεν εκδήλωναν δημόσια τις πολιτικές ή θρησκευτικές τους πεποιθήσεις, ο Αϊν­στάιν δεν έκρυβε την προτίμησή του προς τις σοσιαλιστικές ιδέες -το σοσιαλιστικό κίνημα ήταν τότε πολύ ισχυρό και μέ­σα στο Ισραήλ- ενώ τα θρησκευτικά του πιστεύω κυμαίνονταν μεταξύ αγνωστικισμού και μιας απρόσωπης θεϊκής οντότητας χωρίς παρεμβατικό ρόλο στα ανθρώπινα.

Μια κορυφαία στιγμή στη ζωή του Αϊνστάιν ήταν το 1919, όταν -στη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης ήλιου- μια βρετανι­κή επιστημονική ομάδα υπό τον Άρθουρ Έντινγκτον επιβε­βαίωσε τη σχετικιστική πρόβλεψη ότι οι φωτεινές ακτίνες που φτάνουν σε μας από μακρινά άστρα θα πρέπει να κάμπτονται περνώντας δίπλα από τον ήλιο υπό την επίδραση του βαρυτικού του πεδίου. Ο κύριος τίτλος των Times του Λονδίνου της 7ης Νοεμβρίου 1919 ήταν χαρακτηριστικός: «Επανάσταση στην επιστήμη – Νέα θεωρία για το Σύμπαν – Οι νευτώνειες ιδέες ανατρέπονται». Εν τούτοις το βραβείο Νομπέλ το 1921 δόθηκε στον Αϊνστάιν όχι για τη θεωρία της σχετικότητας αλλά για το… φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Πέθανε από ανεύρυσμα της αορτής, το 1955, και -σύμφωνα με την επιθυμία του- το σώμα του κάηκε και οι στάχτες σκορ­πίστηκαν στον άνεμο. Gone with the wind.

Το κείμενο και η φωτογραφία αντλήθηκαν από το βιβλίο: Μεγάλη επιστήμη ενδιαφέρουσες ζωές, του Στέφανου Λ. Τραχανά. 3η έκδοση Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης Ηράκλειο 2018.