Pierwszy gwiazdor fizyki. Co tak naprawdę wiemy o Albercie Einsteinie?

Język geniusza

Zmarły 18 kwietnia 1955 roku noblista Albert Einstein, stawiany w jednym rzędzie z Izaakiem Newtonem, to człowiek, który, podobnie jak jego genialny poprzednik, zrewolucjonizował naukę o podstawach wszechświata i utorował drogę przyszłym pokoleniom badaczy zajmujących się najbardziej fundamentalnymi kwestiami fizyki.

Jako teoretyk do pracy potrzebował wyłącznie własnego mózgu i rąk, a także papieru i czegoś do pisania. Z tego powodu jego twórcza aktywność była mało widowiskowa. Zarazem wypracowane przez niego teorie, oparte na skomplikowanych matematycznych obliczeniach, były niezrozumiałe dla większości niespecjalistów, a z początku nawet dla pewnej części innych fizyków.

Nie był to więc typ naukowca czy wynalazcy, który zadziwia publiczność "wybuchowymi" efektami eksperymentów. A jednak nie przeszkodziło mu to zostać gwiazdą kultury masowej. Jego postać zdominowała wyobraźnię odbiorców gazet, radia i telewizji jako najlepsze wcielenie XX-wiecznego geniusza, którego myśl przenika samo sedno rzeczywistości.

Obecność postaci Alberta Einsteina w sztukach wizualnych i scenicznych (u dołu po prawej charakteryzajca aktora Billa Landry'ego wcielającego się w rolę uczonego). Fot. Wikimedia/domena publiczna

– Trudno jest znaleźć drugą taką postać, zwłaszcza pochodzącą z dosyć hermetycznego kręgu naukowców, która byłaby lepiej znana i którą zidentyfikować potrafi właściwie każdy człowiek na Ziemi – zauważył w Polskim Radiu historyk nauki Jarosław Włodarczyk. – Albert Einstein stał się ikoną XX wieku, a to za sprawą przede wszystkim mediów, dla których był obiektem niezwykle atrakcyjnym: uczony, wielki, a jednocześnie ekscentryk, dziwak, wypowiadający czasami kontrowersyjne sądy. Wydawało się, że Einstein stał się ostatecznym autorytetem w każdej dziedzinie życia codziennego, również politycznego – dodał.

Posłuchaj

"Einstein nieznany". O faktach z życia wielkiego fizyka opowiada historyk nauki Jarosław Włodarczyk (PR, 1995) 19:31

Dodaj do playlisty

Dodaj do playlisty

O to, co stanowiło o wyjątkowości naukowego dorobku Einsteina, nieoswojona z fizyką publiczność mało dbała. W tym względzie zdała się po prostu na opinię środowiska uczonych, które dobrze wiedziało, że sława uczonego jest w pełni zasłużona. I tak od z górą stu lat trwa ogromna popularność zjawiska zwanego "Albert Einstein".

Jego nazwisko weszło do języka potocznego i stało się elementem sprzedaży np. zabawek edukacyjnych, jego postać stała się modelowym "roztargnionym profesorem" w wielu produkcjach kulturalnych, a jego charakterystyczna twarz i fryzura zostały powielone w niezliczonych karykaturach. Do rangi znaku firmowego Einsteina urosło zdjęcie wykonane w 1951 roku, na którym uczony pokazał reporterom język.

Kopie i przeróbki zdjęcia z 1951 roku. U góry po lewej: mural na podstawie fotografii w Petersburgu; u góry po prawej: fragment pomnika w Ulm, mieście urodzenia Einsteina; u dołu po lewej: reprodukcja fotografii na znaczku pocztowym; u dołu po prawej: Jerzy Owsiak z kopią zdjęcia Einsteina na plakacie WOŚP. Fot. Shutterstock/PAP/Tomasz Gzell

Wszystko to odpowiadało życzeniom szerokich mas, by człowiek, którego myśl teoretyczna sięgała dalej, niż potrafili sobie wyobrazić, był w zwyczajnym życiu nieco zdziecinniałym, ciepłym, rozkojarzonym, w pewnym stopniu fajtłapowatym, ale zawsze uśmiechniętym starszym panem. To miała być cena za sukces w sferze nauki.

Zaczęło się już za życia geniusza. Einstein po części sam uczestniczył w kreowaniu swego wizerunku, po części miał wiele dystansu do tego, co z tym wizerunkiem wyczynia prasa i opinia publiczna. Jego stosunek do sławy był ambiwalentny. W 1921 roku pisał z Ameryki:

"Kontrast między potoczną oceną moich osiągnięć a rzeczywistością osiągnął poziom groteski. Ten dziwaczny stan rzeczy byłby nie do zniesienia, gdyby nie jedna, jakże pocieszająca myśl: oto w epoce, którą powszechnie krytykuje się za materializm, robi się jednak bohaterów z ludzi, których ambicje ograniczają się wyłącznie do sfery intelektualnej i moralnej".

Znaczki pocztowe z różnych stron świata z wizerunkiem Alberta Einsteina i kojarzona z nim ikonografią. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Zaczęło się od kompasu

Przyszedł na świat 14 marca 1879 roku w Ulm. Był Żydem, obywatelem Cesarstwa Niemieckiego i poddanym Królestwa Wirtembergii, pierwszym synem handlarza pierzyn Hermanna Einsteina (który tylko z powodu braku funduszy nie został matematykiem) i Pauliny z domu Koch, pośród innych talentów szczególnie biegłej w muzykowaniu (do którego miłość zaszczepiła także synowi). W 1881 urodziła się młodsza siostra Alberta Maria, zwana "Mają". Rodzina mieszkała już wówczas w Monachium, gdzie Hermann Einstein do spółki z bratem założył firmę dostarczającą instalacje elektryczne i gazowe - Elektrotechnischen Fabrik J. Einstein & Cie.

Według wielu źródeł, a także wspomnień samego Einsteina, mały Albert z początku nie zapowiadał się na geniusza. Mówić nauczył się, i to z wielkim trudem, dopiero po ukończeniu dwóch lat. Gdy nieco podrósł, nie przepadał za wspólnymi zabawami z innymi dziećmi. Wolał samotność i rozmyślania, godzinami budował wielopiętrowe wieże karciane.

Od lewej: trzyletni Albert Einstein w 1882 roku; Albert i Maja około 1886 roku; Albert i Maja około 1893 roku. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Przez pewien czas nie umiał sobie radzić z gniewem. Ataki złości bywały spektakularne - kiedyś rzucił krzesłem w guwernantkę, która poczuła się tym samym zmuszona do porzucenia posady. Z czasem nauczył się panowania nad emocjami, ale, jak sam utrzymywał, jego umysł zawsze pracował wolno, co w dorosłości paradoksalnie miało mu ułatwić wypracowanie swoich przełomowych teorii.

"Kiedy pytam sam siebie, jak to się stało, że wpadłem na teorię względności, dochodzę do wniosku, że zadziałały tu następujące czynniki" – opowiadał po latach Einstein. – "Otóż zwyczajni dorośli nie zawracają sobie głowy kwestiami przestrzeni i czasu. O takich sprawach myśli się w wieku dziecięcym. Ja jednak rozwijałem się tak powoli, że zacząłem rozmyślać o czasie i przestrzeni już jako człowiek niemal dorosły. Dlatego mogłem zgłębić ten temat bardziej niż dziecko".

Ale sama inteligencja i sposób jej działania to wciąż za mało. Albert Einstein przez całe życie podkreślał, jak wielką rolę w jego pracy odegrała wyobraźnia. To właśnie ona stała u źródeł jego zainteresowania sekretnymi siłami sterującymi światem.

Albert Einstein jako pięciolatek, mniej więcej w okresie, w którym doznał "kompasowego" olśnienia. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Gdy Albert miał cztery lub pięć lat, leżał chory w łóżku i na pocieszenie dostał od ojca kompas. Igła magnetyczna, podlegająca "cudownej" sile, która wskazywała na porządek natury leżący poza logiką codzienności, zafascynowała chłopca do tego stopnia, że skutki tego olśnienia zasilały jego motywacje przez resztę życia. "Wciąż pamiętam - a przynajmniej sądzę, że pamiętam - że doświadczenie to zrobiło na mnie głębokie i trwałe wrażenie. W naturze rzeczy musiało tkwić coś głęboko ukrytego" – pisał później.

O tym, co jego zdaniem jest kluczowe dla postępu ludzkiej myśli, fizyk wspomniał również podczas swojego pierwszego wystąpienia radiowego w latach 30. XX wieku:

– Szanowni słuchacze bliscy i dalecy! Słuchając radia, starajcie się sobie przypomnieć, jak człowiek wszedł w posiadanie tego wspaniałego instrumentu komunikowania się. Źródłem każdej zdobyczy technicznej jest przeogromna chęć i wola poznania, bezgraniczna cierpliwość, a czasem i pasja detektywa, wreszcie - choć to wcale nie ostatni czynnik - twórcza wyobraźnia wynalazcy – powiedział.

Posłuchaj

Pierwsze radiowe wystąpienie Alberta Einsteina (lata 30. XX wieku) 0:46

Dodaj do playlisty

Dodaj do playlisty

Albert Einstein z innymi naukowcami i inżynierami w transatlantyckiej Radiostacji RCA-Marconi w Nowym Brunszwiku w 1921 roku. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Narodziny gwiazdy

Edukację podstawową i gimnazjalną, a także część średniej Albert Einstein odbył w Monachium. W 1894 roku na pewien czas został sam w Niemczech, bo jego rodzina, bo bankructwie firmy J. Einstein & Cie, w poszukiwaniu nowym możliwości przeniosła się do Włoch. Albert wkrótce dołączył do familii, ale zabawił we Włoszech niedługo, bo już w 1895 roku podjął naukę w klasie maturalnej w Szwajcarii, a w 1896 roku rozpoczął studia na Politechnice Federalnej w Zurychu.

W tym samym roku zrzekł się obywatelstwa niemieckiego, by uniknąć obowiązkowej służby wojskowej - od dziecka bowiem czuł ogromną niechęć do militaryzmu oraz samej idei wojny, charakteryzował się też dużym oporem względem autorytetów i sztywnych norm instytucjonalnych. Była to pierwsza z wielu zmian przynależności państwowej i jedna z wielu przeprowadzek, jakie podjął z inicjatywy własnej bądź zmuszony przez historyczne okoliczności.

Od lewej: nastoletni Albert Einstein w 1895 oraz w 1896 roku; z prawej: świadectwo dojrzałości Einsteina z 1896 roku. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Zarówno w szkole podstawowej, jak i na kolejnych etapach edukacji Einstein był jednym z najzdolniejszych uczniów, szczególnie w zakresie matematyki i fizyki, które już wówczas fascynowały go jako sposób rozumienia "matematycznej struktury" świata. Jednocześnie ze względu na swój indywidualistyczny charakter nieraz popadał w konflikty z nauczycielami i władzami szkół. Uważał, że skonwencjonalizowany system edukacji zbyt często stawia tamę naturalnej kreatywności.

Właśnie z tego względu studia ukończył nie bez trudu - bo choć był nieprzeciętnie uzdolniony, jego zapał studziły przestarzałe treści zajęć na politechnice. W dotarciu do dyplomu dopingowali go przyjaciele, w tym kilka lat starsza Serbka Mileva Marić, która niebawem stała się dla niego kimś więcej.

Początek nowego wieku oznaczał dla Einsteina wiele zmian w prywatnym i zawodowym życiu. Po ukończeniu politechniki uzyskał w 1901 roku obywatelstwo szwajcarskie. W 1902 roku rozpoczął pracę w Szwajcarskim Urzędzie Patentowym w Bernie. Ta praca przynosiła mu dużo satysfakcji dzięki możliwości wnikania w sposób działania rozmaitych wynalazków.

Albert Einstein w 1905 roku jako pracownik Urzędu Patentowego. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Równocześnie intensywnie pracował naukowo, co w końcu doprowadziło go do "cudownego roku" 1905 (łac. "annus mirabilis"), kiedy opublikował aż cztery przełomowe prace z zakresu fizyki - dotyczące zjawiska fotoelektrycznego, wyjaśnienia ruchów Browna, ogłaszające szczególną teorię względności oraz zasadę równoważności masy i energii (słynne równanie E=mc²).

Nieco wcześniej, mimo pewnych oporów rodziny, niedługo po śmierci swego ojca ożenił się z Milevą Marić. – Małżeństwo trwało od 1903 do 1918 roku, skończyło się rozwodem, a jego owoce to dwaj synowie Alberta Einsteina – podsumował ten związek historyk nauki Jarosław Włodarczyk. – Wiadomo od niedawna, że również przed ślubem Einstein i Mileva mieli córkę, którą zmuszeni byli oddać do adopcji i po której ślad zupełnie zaginął. Ani rodzice z nią się nie kontaktowali już po oddaniu dziecka do adopcji, ani biografowie nie wiedzą, co się z nią działo – dodał.

Mileva Marić i Albert Einstein w 1912 roku. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Jeszcze jako mąż Milevy fizyk nawiązał romans ze swoją kuzynką Elsą Einstein. Po 1905 roku jego sława rosła z roku na rok, a jednocześnie więzy łączące go z żoną bardzo szybko słabły. Niedługo po oficjalnym rozwiązaniu małżeństwa z Marić Einstein w 1919 roku zalegalizował swój związek z Elsą.

Podczas procesu rozwodowego obiecał jednak Milevie, że odda jej całą kwotę, którą otrzyma wraz z Nagrodą Nobla. Nie tylko on był przekonany, że kiedyś na pewno zostanie uhonorowany przez Akademią Szwedzką. Marić uważała podobnie i chętnie przystała na umowę. Albert Einstein mógł się z niej wywiązać już dwa lata później, gdy przyznano mu Nobla "za jego zasługi dla fizyki teoretycznej, a szczególnie za odkrycie praw rządzących efektem fotoelektrycznym".

Albert i Elsa Einsteinowie podczas podróży do Ameryki w 1921 roku. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Po ogłoszeniu ogólnej teorii względności i zdobyciu Nagrody Nobla Albert Einstein stał się sławny. Jednocześnie historia, dopiero co wzburzona gehenną Wielkiej Wojny, zaczęła mu się coraz bardziej dawać we znaki, czego jednym z symboli stał się jego paszport.

Wprawdzie obywatelstwo szwajcarskie zachował do końca życia, licząc, że w tym kraju znajdzie zawsze bezpieczną przystań, ale rozmaite warunki życiowe sprawiły, że w latach 20. na powrót stał się obywatelem Niemiec (gdzie był dyrektorem Instytutu Fizyki Cesarza Wilhelma oraz członkiem Pruskiej Królewskiej Akademii Nauk), ale był nim tylko do 1933 roku, gdy do władzy w jego ojczyźnie doszedł Adolf Hitler. Naukowiec uciekł wówczas do Stanów Zjednoczonych, które w 1940 roku nadały mu amerykańskie obywatelstwo. USA stały się jego domem na resztę życia. Mieszkał w Princeton w stanie New Jersey.

Z lewej: złożone przez Alberta Einsteina podanie o naturalizację w USA. Z prawej: uroczystość nadania amerykańskiego obywatelstwa Einsteinowi 1 października 1940 roku. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Teoria

Choć Akademia Szwedzka w naukowym dorobku Einsteina doceniła przede wszystkim wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego, to dziełem życia fizyka była ogólna teoria względności, nad którą uczony pracował przez około dekadę po swoim słynnym "annus mirabilis". Teoria ta, jako uogólnienie Einsteinowskiej szczególnej teorii względności, w istotny sposób udoskonaliła koncepcję prawa powszechnego ciążenia opublikowaną przez Izaaka Newtona w 1687 roku.

Pomysł Einsteina pozwolił wyjaśnić pewne problemy, jakie z opisem różnych zjawisk fizycznych mieli naukowcy opierający się na dokonaniach Newtona. Wcześniej zakładano - w uproszeniu - że grawitacja to po prostu niewidzialna, ale powszechnie występująca siła, z jaką bardziej masywne ciało przyciąga ciało mniej masywne.

Einstein dowiódł, że zjawiska fizyczne dzieją się w czterowymiarowej czasoprzestrzeni, która ulega zakrzywieniu pod wpływem mas obiektów. Efektem tego zakrzywienia jest właśnie grawitacja. Gdy na przykład bardzo masywne Słońce zakrzywia czasoprzestrzeń Układu Słonecznego, krążące wokół niego obiekty, takie jak planety, nie mają innej możliwości jak orbitować wokół gwiazdy, bo ich ruch bezpośrednio wywołany jest owym zakrzywieniem.

Z lewej: Albert Einstein w 1912 roku. Z prawej: artykuł Einsteina na temat ogólnej teorii względności w niemieckim czasopiśmie "Annalen der Physik". Fot. Wikimedia/domena publiczna

W popularnych wyjaśnieniach tego zjawiska stosuje się model rozciągliwej membrany. Gdy na jej środku położymy bardzo ciężką kulę (reprezentację np. Słońca), to lżejsze kule umieszczone wokół i wprawione w ruch będą musiały, pod wpływem zakrzywienia membrany, poruszać się wokół masywnego środka.

Oczywiście w tak małej skali i z powodu tego, że membrana jest praktycznie dwuwymiarowa, eksperyment szybko zakończy się spiralnym stoczeniem się wszystkich kul do środka, tam gdzie nasze "Słońce". Teoria Einsteina służy bowiem do opisu zjawisk dziejących się w Kosmosie. To, co obserwujemy na końcu naszego eksperymentu, to z kolei działanie Newtonowskiego prawa powszechnego ciążenia. W fizyce stanowi ono bowiem szczególny przypadek ogólnej teorii względności i najlepiej sprawdza się właśnie w wyjaśnianiu zjawisk w niewielkiej skali (np. w warunkach panujących na powierzchni ziemi).

Graficzne modele wyobrażające zakrzywienie czasoprzestrzeni wokół mas ciał niebieskich. Fot. Shutterstock

– Teoria Einsteina pożeniła przestrzeń i materię. Okazuje się, że właściwości przestrzeni zależą od materii ciężkiej. Na przykład promienie świetlne przechodzące w pobliżu słońca są odginane. Sam fakt przewidział Newton, ale z teorii Einsteina można obliczyć kąt odginania światła – mówił w polskim Radiu fizyk prof. Eryk Infeld.

Ogólna teoria względności została ogłoszona 25 listopada 1915 roku na wykładzie Einsteina w Pruskiej Akademii Nauk w Berlinie, 20 marca 1916 roku ukazała się w druku. Już po trzech latach obserwacyjnie potwierdzono słuszność koncepcji uczonego.

29 maja 1919 roku na półkuli południowej, w pasie ciągnącym się od Peru przez Brazylię i Ocean Atlantyk do Środkowej Afryki można było zobaczyć całkowite zaćmienie Słońca. Brytyjska ekspedycja naukowa pod kierownictwem astrofizyka Arthura Eddingtona udała się do zachodniej Afryki, by za pomocą specjalnego instrumentu wykonać fotografie zaćmienia. To, co zobaczyli na zdjęciach, potwierdziło w pełni teorię Einsteina.

Instrument optyczny użyty przez zespół Arthura Eddingtona do fotografowania zaćmienia słońca w 1919 roku. Fot. Wikimedia/domena publiczna

– Początkowo pogoda nie pozwalała na obserwacje, ale w ostatniej chwili udało się zrobić zdjęcie i rzeczywiście można było zobaczyć, że gwiazdy pozornie znajdowały się w innych miejscach niż wtedy, kiedy światło nie przechodzi w pobliżu Słońca – opowiadał prof. Eryk Infeld. – Einstein na widok fotografii był zaskoczony tym, że technika obecnie jest zaawansowana na tyle, aby wykonać tak udane zdjęcia – dodał.

Posłuchaj

"Albert Einstein - nie tylko fizyk wszech czasów". W audycji z cyklu "Eureka" z prof. Erykiem Infeldem rozmawia Dorota Truszczak (PR, 2019) 20:40

Dodaj do playlisty

Dodaj do playlisty

Gdy okazało się, że teoria, której z powodu stopnia jej skomplikowania nie do końca rozumieli nawet inni wybitni fizycy, została potwierdzona w tak prosty sposób, nic już nie stało na przeszkodzie światowej sławie Alberta Einsteina. Przez resztę życia wykładał na uniwersytetach, wygłaszał odczyty w różnych instytucjach, angażował się politycznie (w latach 1922–1932 był członkiem Międzynarodowego Komitetu Współpracy Intelektualnej Ligi Narodów), zawierał też liczne znajomości nie tylko w świecie naukowym - jednym z jego serdecznych przyjaciół stał się w latach 20. aktor Charlie Chaplin.

Z lewej: fotografia zaćmienia słońca w 1919 roku, która posłużyła jako dowód słuszności ogólnej teorii względności. Z prawej: schematyczne wyjaśnienie graficzne zakrzywienia czasoprzestrzeni wpływającego na tor przemieszczania się światła. Fot. Wikimedia/domena publiczna

***

Pod koniec życia Albert Einstein miał tętniaka aorty. W 1948 roku poddał się operacji, która przez kilka lat pozwoliła mu spokojnie żyć i pracować. 17 kwietnia 1955 roku doszło jednak do pęknięcia tętniaka. Einsteina przewieziono do szpitala w Princeton, gdzie zmarł 18 kwietnia 1955 roku.

Podczas sekcji zwłok patolog Thomas Stoltz Harvey bez zgody rodziny wyjął z czaszki zmarłego fizyka mózg i zakonserwował go w celu przyszłego zbadania. Chodziło o to, by sprawdzić, czy narząd służący geniuszowi do myślenia był zbudowany jakoś inaczej niż mózgi zwyczajnych śmiertelników.

W ciągu kilku dekad kilka zespołów naukowych przedsięwzięło badania mózgu Einsteina, opisało dokładnie jego budowę i postawiło kilka ostrożnych hipotez na temat związku niektórych rozwiniętych struktur z wybitną inteligencją uczonego. Nie dokonano jednak żadnych istotnych odkryć, m.in. przez brak odpowiednio dużej bazy "zwyczajnych mózgów" dla porównania.

Co na to wszystko mógłby odpowiedzieć Einstein? Posłużmy się cytatem: "nie mam żadnych wyjątkowych talentów, jestem tylko nieodparcie ciekawy wszystkiego".

Albert Einstein na fotografii z 1947 roku. Fot. Wikimedia/domena publiczna

Źródła: Polskie Radio

Walter Isaacson, "Einstein. Jego życie, jego wszechświat", tłum. Jarosław Skowroński, Warszawa 2010

Fiona Macdonald, "Albert Einstein", tłum. Alicja Podzielna, Warszawa 1993