ΑΦΙΕΡΩΜΑ ΣΤΟΝ ΑΛΒΕΡΤΟ ΑΪΝΣΤΑΙΝ

Αλβέρτος Αϊνστάιν (1879 - 1955): Η ζωή και το έργο του

Σε μια πρόσφατη διάσκεψη για τη σκοτεινή ενέργεια που έγινε στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, υπήρχε ένας μεγάλος ενθουσιασμός από τους συμμετέχοντες επιστήμονες και μεταπτυχιακούς σπουδαστές για μια θεωρία, που πρώτος την είχε σκεφτεί ο Αλβέρτος Αϊνστάιν. Έτσι, ο μεγάλος φυσικός του 20ου αιώνα, ήταν μεν απών από το σώμα των συμμετεχόντων, αλλά αρκετά παρών στην σκέψη τους. Από μία άποψη, ήταν μια συνεδρίαση για να τιμήσουν τη θεωρία  του, που ήδη μετράει 80 χρόνια.Το 1917, ο Einstein βρέθηκε αντιμέτωπος με ένα θεωρητικό δίλημμα. Έπρεπε να ισορροπήσει τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητάς του -- που πρόβλεπε ένα Σύμπαν που τελικά θα κατέρρεε -- με την τότε επικρατούσα άποψη ότι το Σύμπαν ήταν στατικό (θεωρία σταθερής κατάστασης). Για να λύσει αυτό το πρόβλημα, εισήγαγε στις εξισώσεις του την κοσμολογική σταθερά, έναν όρο για να εξισορροπήσει την ελκτική βαρυτική δύναμη, ώστε να παραμείνει σταθερό το σύμπαν. Αλλά, προς το τέλος της δεκαετίας του '20, ο αστρονόμος Edwin Hubble παρατήρησε ότι το Σύμπαν επεκτεινόταν. Έτσι, ο ΣΑινστάιν πέταξε στα σκουπίδια την κοσμολογική σταθερά του, και μάλιστα είπε πως η ιδέα του αυτή ήταν το μεγαλύτερο σφάλμα της ζωής του.Ακολούθως η ιδέα αυτή ξεχάστηκε μέχρι το 1998. Τότε ο Saul Perlmutter -- επικεφαλής του προγράμματος Κοσμολογίας Υπερκαινοφανών, στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence του Μπέρκλευ (LBNL) -- βγάζει μια ανακοίνωση. Σε αυτήν αναφέρει για πρώτη φορά ότι ο Einstein τελικά είχε δίκιο. Εκεί πάνω, στο μακρινό σύμπαν, μια μυστήρια δύναμη αναγκάζει τους γαλαξίες και τις άλλες κοσμικές δομές να απομακρύνονται μεταξύ τους με μία ολοένα και μεγαλύτερη επιτάχυνση."Οι δυνάμεις αυτές λόγω της διαστολής του σύμπαντος είναι αντίθετες των ελκτικών βαρυτικών δυνάμεων", λέει ο John Carlstrom, καθηγητής της αστρονομίας και της αστροφυσικής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου. Πρόκειται για τον διοργανωτή της διάσκεψης στην οποία οι επιστήμονες από σε όλο τον κόσμο θα προσπαθήσουν να επιλύσουν τελικά το μυστήριο. Το πρώτο τους βήμα είναι να σχεδιάσουν μια σειρά πειραμάτων για να εξηγήσουν τη φύση της απωστικής δύναμης του Einstein, η οποία συνήθως είναι γνωστή ως σκοτεινή ενέργεια.

Η μυστήρια δύναμη

Μετά από την ανακοίνωση του 1998, οι αστρονόμοι άρχισαν να βλέπουν τη σκοτεινή ενέργεια σοβαρά. Οι υπολογισμοί, που βασίζονται στα συμπεράσματά τους, δείχνουν ότι η σκοτεινή ενέργεια είναι κυρίαρχη και αποτελεί το 73 τοις εκατό του σύμπαντος. Το σχέδιο είναι σύνθετο, και θα απαιτήσει 15 νέα τηλεσκόπια, συμπεριλαμβανομένου κι ενός στην πιο απαγορευμένη θέση στη Γη: στον Νότιο Πόλο, όπου  θα χτιστεί ένα τηλεσκόπιο μικροκυμάτων, αξίας 18 εκατομμυρίων δολαρίων, διαμέτρου 8 μέτρων. Όταν θα κατασκευαστούν, αυτά τα τηλεσκόπια θα συνδεθούν με τα υπάρχοντα παρατηρητήρια. Μαζί, θα προσπαθήσουν να παρακολουθήσουν χιλιάδες σμήνη γαλαξιών. Η ιδέα είναι να συγκριθούν τα σμήνη των γαλαξιών, που είναι σε απόσταση 8 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά από τη Γη με άλλα κοντά σε μας. Η εικόνα των μακρινών γαλαξιών θα μας βοηθήσει να μάθουμε με ποιο τρόπο οι γαλαξίες χωρίστηκαν πριν 8 δισεκατομμύρια χρόνια. Με τη σύγκριση των δύο μετρήσεων, οι επιστήμονες πρέπει να είναι τότε σε θέση να υπολογίσουν το ποσό της σκοτεινής ενέργειας στον Κόσμο, τότε και τώρα. Εάν η σκοτεινή ενέργεια είναι σταθερή, ή αυξάνεται, το σύμπαν θα συνεχίσει για πάντα να διαστέλλεται. Εάν μειώνεται, τότε αυτό σημαίνει ότι αυτή η ενέργεια ήταν πολύ ισχυρότερη στο παρελθόν. Αυτή η ανακάλυψη θα καθιστούσε απαραίτητο να ξανασκεφτούμε το ρόλο της βαρύτητας την εποχή που διαμορφωνόταν το Σύμπαν.

Βαθιές επιπτώσεις

Η ανακάλυψη της φύσης της σκοτεινής ενέργειας έχει μεγάλη σημασία, που επεκτείνεται πέρα από την κοσμολογία. Οι τρέχουσες προσπάθειες να συμφιλιώσουν τις ιδέες για τη βαρύτητα, τη δύναμη που παίζει ρόλο σε όλο το σύμπαν, με εκείνες της κβαντομηχανικής, η οποία εξηγεί το μικρόκοσμο, έχουν παρουσιάσει μια εμπλοκή. Για να το πούμε απλά, το ποσό της σκοτεινής ενέργειας στον Κόσμο είναι πάρα πολύ μικρό, εξηγεί ο Steven Weinberg του Πανεπιστημίου του Τέξας στο Ώστιν. Ο Weinberg κέρδισε το βραβείο Νόμπελ φυσικής του 1979. "Έως ότου λυθεί το πρόβλημα της σκοτεινής ενέργειας, θα αποτελεί ένα εμπόδιο στην πορεία μας για  μια περιεκτική, θεμελιώδη θεωρία φυσικής". Κανείς δεν γνωρίζει τι ακριβώς είναι η σκοτεινή ενέργεια, αλλά έχει γίνει σαφές ότι πρόκειται για κάτι πανίσχυρο. Εμφανίζεται μόνο σε τεράστιες, κοσμικές κλίμακες (σμήνη γαλαξιών ή και γαλαξίες). Σε μικρότερες κλίμακες δεν εμφανίζεται.  Οι επιστήμονες διαπίστωσαν τα τελευταία χρόνια την ύπαρξη της σκοτεινής ενέργειας μετά την ανακάλυψη ότι το Σύμπαν μετά από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια από τη Μεγάλη Έκρηξη άρχισε να διαστέλλεται με επιτάχυνση. Η σκοτεινή ενέργεια του κενού είχε προβλεφτεί από τον Αϊνστάιν. Μερικοί αστρονόμοι την ονομάζουν πεμπτουσία, μια ονομασία που έδωσε ο Αριστοτέλης για το πέμπτο στοιχείο. Ακριβώς λόγω της άγνωστης φύσης της ονομάστηκε σκοτεινή ενέργεια. Υπολογισμοί δείχνουν ότι αποτελεί το 73% του Σύμπαντος. Το 23% είναι η ψυχρή σκοτεινή ύλη (αόρατη με κάθε μέσον: τηλεσκόπια, όργανα ακτινοβολίας κλπ) και το υπόλοιπο 4% είναι η γνωστή μας ορατή ύλη. Η απλούστερη εξήγηση για τη σκοτεινή ενέργεια είναι η λεγόμενη κοσμολογική σταθερά λ, η οποία πρωτοεισήχθη από τον Einstein, μια κοσμική άπωση που προκαλείται από την ενέργεια που περιέχει ο κενός χώρος. Οι προσπάθειες όμως να υπολογίσουν αυτή την ενέργεια έχουν δώσει αποτελέσματα 1060 φορές μεγαλύτερα από αυτά που έχουν μετρήσει οι αστρονόμοι. Οι προβλέψεις αυτές είναι τόσο μεγάλες ώστε το Σύμπαν θα έπρεπε να έχει διαχωριστεί πριν καν προλάβουν τα άτομα ή οι γαλαξίες να σχηματιστούν. Η αποτυχία αυτή της πρόβλεψης κάνει τους θεωρητικούς να σηκώνουν ψηλά τα χέρια.

ΑΦΙΕΡΩΜΑ: ΠΟΛΙΤΙΚΟ ΚΑΦΕΝΕΙΟ

1. Εισαγωγή

Ο Αλβέρτος Αϊνστάιν, είναι ο επιστήμονας που επηρέασε όσο κανένας άλλος την εξέλιξη της σύγχρονης φυσικής. Το όνομα του έγινε συνώνυμο με τη λέξη ιδιοφυΐα και είναι ο μόνος φυσικός που έχει γίνει τόσο γνωστός στο ευρύτερο κοινό. Το παράδοξο είναι ότι, ενώ όλοι έχουν ακούσει για τον Αϊνστάιν, λίγοι είναι αυτοί που γνωρίζουν τι έχει προσφέρει στην επιστήμη. Είναι γνωστή η εξής στιχομυθία μεταξύ του Αϊνστάιν και του διάσημου κωμικού Τσάρλι Τσάπλιν: «Αγαπητέ Τσάπλιν, οι ταινίες σας είναι τόσο κατανοητές γι' αυτό είστε τόσο διάσημος», του λέει ο Αϊνστάιν.  «Αγαπητέ Αϊνστάιν τα έργα σας είναι εντελώς ακατανόητα κι όμως είστε εξίσου διάσημος», απαντά ο Τσάπλιν.

Σκοπός αυτού του κειμένου είναι να περιγράψει τη ζωή και το έργο του Αϊνστάιν. Η συμβολή του Αϊνστάιν στην κατανόηση των φυσικών φαινομένων ήταν αποφασιστική. Είναι, ίσως, ο μόνος φυσικός που συνέβαλε στη δημιουργία και των δύο θεωριών, στις οποίες στηρίζεται η σύγχρονη φυσική: της θεωρίας της Σχετικότητας και της κβαντικής θεωρίας. Είναι, επίσης, ο πρώτος φυσικός που ασχολήθηκε τόσο επίμονα (για 35 χρόνια περίπου) με το πρόβλημα της ενοποίησης των φυσικών θεωριών, πρόβλημα που παραμένει άλυτο μέχρι τις μέρες μας. Και παρ' όλο που αυτή η επίμονη προσπάθεια του Αϊνστάιν δεν απέδωσε άμεσα αποτελέσματα, εντούτοις έδωσε πολλές πρωτότυπες ιδέες για το πρόβλημα της ενοποίησης, οι οποίες χρησιμοποιούνται ακόμη και σήμερα.

Πιο κάτω θα δούμε τα βασικά γεγονότα στη ζωή του Αϊνστάιν και μετά, σε σύντομες ξεχωριστές παραγράφους, θα αναφερθούμε πιο αναλυτικά στην προσφορά του στους κλάδους της θεωρητικής φυσικής, με τους οποίους ασχολήθηκε στην πενηντάχρονη επιστημονική του ζωή.

2. Η ζωή του

Ο Αϊνστάιν γεννήθηκε στις 14 Μαρτίου 1879 στην πόλη Ούλμ της Γερμανίας από Εβραίους γονείς. Το 1880 η οικογένεια του μετακόμισε στο Μόναχο. Εκεί ο Αϊνστάιν έζησε μέχρι τα δεκαέξι του χρόνια. Σαν παιδί ήταν αρκετά ήσυχο και μοναχικό. Σπάνια έκανε παρέα με άλλα παιδιά. Σαν μαθητής ήταν αρκετά καλός, ειδικά στα μαθηματικά, χωρίς, όμως, να ξεχωρίζει ιδιαίτερα. Η κακή του μνήμη και ο αργός τρόπος ομιλίας έκαναν τους καθηγητές του να τον θεωρούν ένα μέτριο μαθητή, παρά το γεγονός ότι είχε καλύψει μέχρι τα δεκαέξι του χρόνια ατομικά το διαφορικό και ολοκληρωτικό λογισμό.

Τα σχολεία της εποχής στηρίζονταν σε δύο αρχές: στην απομνημόνευση των γνώσεων και στη στρατιωτική πειθαρχία των μαθητών. Αυτά δεν βοηθούσαν το νεαρό Αϊνστάιν, που δεν είχε, όπως είπαμε, καλή μνήμη και είχε ελεύθερο πνεύμα. Αναπολώντας αργότερα αυτή την περίοδο ο Αϊνστάιν θα πει για το εκπαιδευτικό σύστημα: «Κατά την άποψη μου, το χειρότερο απ' όλα είναι να κτίζει το σχολείο το έργο του στη βάση του εκφοβισμού, της βίας και των τεχνητά δημιουργούμενων αυθεντιών. Τέτοιο σύστημα διαπαιδαγώγησης καταστρέφει τα υγιή αισθήματα και τον αυθορμητισμό των μαθητών, σκοτώνει την αυτοπεποίθηση τους. Με αυτό τον τρόπο δημιουργούν ταπεινούς υποτακτικούς».

Η απέχθεια του για τον τρόπο που οι καθηγητές αντιμετώπιζαν τους μαθητές οδηγεί το δεκαεξάχρονο Αϊνστάιν στην απόφαση να εγκαταλείψει το σχολείο και να φύγει για το Μιλάνο, όπου είχε μετακομίσει προηγουμένως η οικογένεια του. Δίνει εισαγωγικές εξετάσεις για το Πολυτεχνείο της Ζυρίχης, αλλά αποτυγχάνει, παρόλο που πήρε άριστα στα μαθηματικά και στη Φυσική. Οι γνώσεις του στη βιολογία και στις ξένες γλώσσες δεν ήταν αρκετές. Ο νεαρός Αϊνστάιν αναγκάζεται να φοιτήσει για ένα χρόνο στο σχολείο της ελβετικής πόλης Ααράου για να πάρει το απολυτήριο μέσης παιδείας, που επιτρέπει την εισαγωγή του χωρίς εξετάσεις στο Πολυτεχνείο.

Στο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης ο Αϊνστάιν φοιτά μέχρι το 1900 και παίρνει δίπλωμα, που του επιτρέπει να διδάξει σε σχολεία μέσης παιδείας. Ανάμεσα στους συμφοιτητές του ήταν και η Μιλέβα Μόριτς, σερβικής καταγωγής, με την οποία παντρεύτηκε το 1903. Μαζί απόκτησαν δυο γιους, το Χανς Αλμπέρτ (1904-1973) και τον Έντουαρντ (1910-1965). Ο Αϊνστάιν και η Μιλέβα χώρισαν το 1916. Ένας από τους όρους του διαζυγίου ήταν η υποχρέωση του Αϊνστάιν να παραδώσει στη Μιλέβα το χρηματικό ποσό του βραβείου Νόμπελ, που δεν είχε ακόμη κερδίσει, αλλά που ήταν σίγουρο ότι θα το κέρδιζε.

Το 1900 όμως, με την αποφοίτηση του από το Πολυτεχνείο βρέθηκε άνεργος. Απέτυχε να προσληφθεί στο Πολυτεχνείο και για τρία χρόνια είτε δούλευε σαν αναπληρωτής καθηγητής σε διάφορα σχολεία, είτε παρέδιδε ιδιαίτερα μαθήματα. Τον Ιούνιο του 1902 διορίζεται στο Γραφείο Ευρεσιτεχνίας της Βέρνης σαν Ειδικός τρίτης τάξης. Παρέμεινε σ' αυτή τη θέση μέχρι το 1909. Αυτά τα χρόνια ήταν τα πιο δημιουργικά στη ζωή του. Το 1905 διατύπωσε την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας και δημοσίευσε σημαντικά άρθρα για την κίνηση Μπράουν και τα φωτόνια. Το 1909 ο Αϊνστάιν αφήνει το Γραφείο Ευρεσιτεχνίας και διορίζεται καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης. Το 1911 μετακομίζει στην Πράγα σε θέση καθηγητή Θεωρητικής Φυσικής, αλλά τον επόμενο χρόνο επιστρέφει στη Ζυρίχη, αυτή τη φορά στο Πολυτεχνείο. Το 1913 εκλέγεται μέλος της Πρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και διορίζεται καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου (χωρίς υποχρεωτικό ωράριο διδασκαλίας) και διευθυντής του Φυσικού Ινστιτούτου. Το 1914 μετακομίζει με την οικογένεια του στο Βερολίνο. Όμως, σύντομα μένει μόνος του, αφού η γυναίκα του επιστρέφει μαζί με τα παιδιά στη Ζυρίχη. Το 1915-1916 διατυπώνει τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας (ΓΘΣ), με βάση την οποία καταφέρνει να εξηγήσει θεωρητικά την κίνηση του πλανήτη Ερμή και προβλέπει την καμπύλωση των ακτινών του φωτός κατά τη διέλευση τους κοντά σε κάποιο αστρικό σώμα (π.χ. τον Ήλιο). Η επιβεβαίωση και των δύο προβλέψεων κατά την έκλειψη του Ήλιου το 1919 φέρνει τον Αϊνστάιν στο κέντρο της δημοσιότητας. Η θεωρία της Σχετικότητας και ο δημιουργός της γίνονται πρωτοσέλιδα στις πιο γνωστές εφημερίδες παγκόσμια.

Το 1919 ο Αϊνστάιν παντρεύεται την Έλσα Λοβεντάλ, ξαδέλφη του και θα μείνουν μαζί μέχρι το θάνατο της το 1936.

Στη δεκαετία του 1920 ο Αϊνστάιν πραγματοποιεί επισκέψεις σε διάφορες χώρες: Ηνωμένες Πολιτείες, Ιαπωνία, Κίνα, Παλαιστίνη, Ισπανία, Νότια Αμερική. Παντού γίνεται δεκτός με ενθουσιασμό. Το αντίθετο συμβαίνει στην πατρίδα του. Λόγω της εβραϊκής του καταγωγής και της ξεκάθαρης αντίθεσης του με τον πόλεμο ο Αϊνστάιν γίνεται μισητός στους φασίστες, που αρχίζουν να τον ενοχλούν, είτε με τη δημιουργία επεισοδίων στις διαλέξεις του, είτε με προσωπικές επιθέσεις στις εφημερίδες. Οι επιθέσεις εναντίον του Αϊνστάιν μετατρέπονται σε επιθέσεις και εναντίον της θεωρίας της Σχετικότητας. Ξεσπά διαμάχη μεταξύ των φυσικών για την ορθότητα της.

Το 1922 απονέμεται στον Αϊνστάιν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το 1921. Το δικαιολογητικό της απονομής έλεγε: «Στον Αϊνστάιν για τις υπηρεσίες του στον τομέα της θεωρητικής φυσικής και ιδιαίτερα για την ανακάλυψη του νόμου του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Φαίνεται, λοιπόν, ότι η διαμάχη για τη θεωρία της Σχετικότητας εμπόδισε την επιτροπή απονομής να αναφερθεί σ' αυτήν, που, ομολογουμένως, ήταν το πιο σημαντικό επιστημονικό επίτευγμα του Αϊνστάιν».

Το Δεκέμβρη του 1932 ο Αϊνστάιν αναχωρεί με τη σύζυγό του για τις Ηνωμένες Πολιτείες για ένα σύντομο ταξίδι. Όμως, ο ερχομός των ναζιστών στην εξουσία στη Γερμανία στις 30 Ιανουαρίου 1933 αναγκάζει τον Αϊνστάιν να επιστρέψει όχι στην πατρίδα του, αλλά στο Βέλγιο και μετά από λίγους μήνες να επιστρέψει στην Αμερική, στο Πρίνστον, όπου θα ζήσει μέχρι το τέλος της ζωής του. Παραιτείται από μέλος της Βαυαρικής Ακαδημίας Επιστημών και το 1940 παίρνει την αμερικανική υπηκοότητα, διατηρώντας ταυτόχρονα και την ελβετική υπηκοότητα.

Το 1939 συνυπογράφει τη γνωστή επιστολή προς τον Αμερικανό πρόεδρο Ρούσβελτ, με την οποία τον προειδοποιεί για τη δυνατότητα χρησιμοποίησης της ατομικής ενέργειας για πολεμικούς σκοπούς και εκφράζει τους φόβους του για την πιθανότητα να πραγματοποιηθεί κάτι τέτοιο από τους Γερμανούς. Στη δημιουργία της ατομικής βόμβας ο Αϊνστάιν δεν είχε καμιά ανάμιξη και ήταν πάντα φανατικός υποστηρικτής της ειρήνης.

Το 1952 του προτείνουν να γίνει πρόεδρος του Ισραήλ, όμως ο Αϊνστάιν απορρίπτει την πρόταση.

Στις 18 του Απρίλη του 1955 ο Αϊνστάιν πεθαίνει στο νοσοκομείο του Πρίνστον. Η τέφρα του διασκορπίζεται σε άγνωστο μέρος. Στον Αϊνστάιν ποτέ δεν άρεσαν οι εκδηλώσεις λατρείας.

3. Το έργο του

θα δούμε τώρα σε συντομία την επιστημονική προσφορά του Αϊνστάιν με σύντομη αναφορά σε κάθε κλάδο της Φυσικής, με τον οποίο έχει ασχοληθεί.

3.1 Η ειδική θεωρία της Σχετικότητας

Ο Αϊνστάιν είναι γνωστός κύρια σαν ο δημιουργός της θεωρίας της Σχετικότητας. Με αυτό το όνομα είναι γνωστές δύο θεωρίες: η ειδική θεωρία της Σχετικότητας (ΕΘΣ) και η γενική θεωρία της Σχετικότητας (ΓΘΣ). Η ΕΘΣ είναι η βάση της σύγχρονης Φυσικής όταν δεν χρειάζεται να ληφθούν υπόψη τα φαινόμενα της βαρύτητας. Περιγράφει πιο σωστά από τους γνωστούς νόμους του Νεύτωνα τα φυσικά φαινόμενα. Η διαφορά μεταξύ των δύο αυτών θεωριών γίνεται εμφανής για μεγάλες ταχύτητες (συγκρίσιμες με την ταχύτητα του φωτός), ενώ για μικρές ταχύτητες τα αποτελέσματα των δύο θεωριών συμπίπτουν.

Οι δύο αρχές σστις οποίες στηρίχθηκε ο Αϊνστάιν για τη διατύπωση της ΕΘΣ είναι:

Αρχή της Σχετικότητας. Οι νόμοι που περιγράφουν τα φυσικά φαινόμενα έχουν την ίδια μορφή σε όλα τα αδρανειακά συστήματα αναφοράς.

Αρχή της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός. Η ταχύτητα του φωτός είναι σταθερή σε κάθε αδρανειακό σύστημα αναφοράς και είναι ανεξάρτητη από την κινητική κατάσταση του σώματος που εκπέμπει το φως.

Αυτές οι δυο αρχές οδήγησαν τον Αϊνστάιν στη διατύπωση νέων απόψεων για τη φύση και τις ιδιότητες του χώρου και του χρόνου. Ο χρόνος ρέει πιο αργά σε κινούμενα συστήματα αναφοράς και οι διαστάσεις των σωμάτων ελαττώνονται στα ίδια συστήματα. Επίσης, η μάζα των σωμάτων αυξάνεται με την αύξηση της ταχύτητας. Το πιο σημαντικό συμπέρασμα της ΕΘΣ από πρακτική άποψη είναι σίγουρα η σχέση που δείχνει την ισοδυναμία της μάζας με την ενέργεια. Η σχέση αυτή είναι: Ε = mc2 και δείχνει ότι μια μάζα m περικλείει ενέργεια Ε, που μπορεί να υπολογιστεί από τον πιο πάνω τύπο (c είναι η ταχύτητα του φωτός). Αυτό βρίσκει εφαρμογή και επιβεβαίωση στον υπολογισμό της ενέργειας που παράγεται σε μια πυρηνική αντίδραση.

Θα πρέπει να αναφέρουμε ότι ακόμη δύο επιστήμονες είχαν φθάσει πολύ κοντά σε αυτά τα συμπεράσματα: ο Ολλανδός φυσικός Χ. Λόρεντς (Lorentz Η. Α. (1853-1928)) και ο Γάλλος μαθηματικός Ε. Πουανκαρέ (Η. Ρoincare (1854-1912).

3.2 Η γενική θεωρία της Σχετικότητας

Το 1915 ο Αϊνστάιν ολοκλήρωσε τη Γενική θεωρία της Σχετικότητας. Αυτή η θεωρία μελετά τα φυσικά φαινόμενα λαμβάνοντας υπόψη και τη βαρύτητα. Είναι γνωστό ότι ο Νεύτωνας στο έργο του «Μαθηματικές αρχές της φυσικής φιλοσοφίας», στο οποίο, μεταξύ άλλων, διατυπώνει και το νόμο της παγκόσμιας έλξης δεν αναφέρει τίποτα για τη φύση της δύναμης της βαρύτητας λέγοντας το περίφημο «hypotheses non fingo» (δεν διατυπώνω υποθέσεις). Ο Αϊνστάιν συνέδεσε τα φαινόμενα της βαρύτητας με τις ιδιότητες του χώρου και του χρόνου. Η βαρύτητα, δηλαδή η ικανότητα που έχει κάθε σώμα να έλκει τα σώματα γύρω του, είναι, σύμφωνα με τη θεωρία της Σχετικότητας, καμπύλωση του χώρου. Είναι δύσκολο να φανταστούμε, τι σημαίνει καμπύλωση του τρισδιάστατου χώρου, στον οποίο ζούμε.

Μπορούμε, όμως, να φανταστούμε το ανάλογο για το δισδιάστατο χώρο: ένα καλά τεντωμένο κομμάτι ύφασμα αποτελεί μια επίπεδη επιφάνεια και αν κυλήσουμε μια μικρή, ελαφριά μπάλα πάνω σ' αυτό το ύφασμα, αυτή θα κινηθεί ευθύγραμμα. Αν τώρα βάλουμε στο μέσο του υφάσματος μια βαριά σφαίρα, το ύφασμα καμπυλώνει, ιδιαίτερα κοντά στη σφαίρα. Κυλώντας τώρα την ελαφριά σφαίρα πάνω στο ύφασμα παρατηρούμε ότι θα κινηθεί σε καμπύλη τροχιά δίνοντας την εντύπωση ότι έλκεται από τη βαριά σφαίρα. Κάπως έτσι καμπυλώνει και ο τρισδιάστατος χώρος γύρω από σώματα με μεγάλη μάζα. Το αποτέλεσμα είναι ο χώρος να μην είναι επίπεδος και οι γεωμετρικές σχέσεις σ' αυτό το χώρο να μην περιγράφονται με τη γνωστή σε όλους μας Γεωμετρία του Ευκλείδη, αλλά με τη γεωμετρία του Ρίμαν (Riemann Β. 1826-1866). Η σύνδεση των ιδιοτήτων του χωροχρόνου με την ύλη έγινε μέσω των εξισώσεων του Αϊνστάιν για το βαρυτικό πεδίο:

Rμν - 1/2 Rgμν = κΤμν

Στο πρώτο μέρος αυτών των εξισώσεων υπάρχουν τα χαρακτηριστικά του χωροχρόνου και στο δεύτερο κάποια χαρακτηριστικά της ύλης που βρίσκεται σ' αυτό το χωροχρόνο. Χρησιμοποιώντας αυτές τις εξισώσεις ο Αϊνστάιν κατάφερε να εξηγήσει κάποιες ανωμαλίες που παρατηρούνταν στην κίνηση του πλανήτη Ερμή και να προβλέψει την καμπύλωση του φωτός όταν αυτό διέρχεται μέσα από το βαρυτικό πεδίο κάποιου σώματος. Αυτές οι προβλέψεις της θεωρίας της Σχετικότητας επιβεβαιώθηκαν πλήρως το 1919 με τις παρατηρήσεις που έγιναν κατά τη διάρκεια της έκλειψης του Ηλιου. Ο Αϊνστάιν πρόβλεψε, επίσης και τη μετατόπιση προς το κόκκινο τμήμα του φάσματος της ακτινοβολίας που μεταδίδεται σε βαρυτικό πεδίο. Πρώτος ο Αϊνστάιν προσπάθησε να περιγράψει το Σύμπαν χρησιμοποιώντας τη ΓΘΣ, θέτοντας έτσι τις βάσεις της σύγχρονης κοσμολογίας. Πρώτος, επίσης, κατέληξε, πάλι με τη βοήθεια της θεωρίας της Σχετικότητας, στη δυνατότητα ύπαρξης βαρυτικών κυμάτων. Η έρευνα για τον εντοπισμό των βαρυτικών κυμάτων συνεχίζεται μέχρι σήμερα.

3.3 Η κβαντική θεωρία

Το 1905 ο Αϊνστάιν διατύπωσε την ιδέα ότι το φως είναι ρεύμα σωματιδίων. Αυτά τα «κομμάτια φωτός» (κβάντα φωτός) ονομάστηκαν φωτόνια και ανακαλύφθηκαν πειραματικά το 1922 από τον Αμερικανό φυσικό Α. Κόμπτον (Α. Compton 1892-1962).

Με τη βοήθεια της ιδέας αυτής ο Αϊνστάιν κατάφερε να εξηγήσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (στο οποίο στηρίζεται και η λειτουργία του φωτοκύτταρου), το φωτοϊονισμό των αερίων και το ρόλο του φωτός στις χημικές αντιδράσεις. Ο Αϊνστάιν έχει άμεση θεωρητική σχέση και με ένα άλλο σύγχρονο τεχνολογικό επίτευγμα, το LΑSΕR. Τo 1916 προέβλεψε τη δυνατότητα δημιουργίας ισχυρής μονοχρωματικής ακτινοβολίας με τη βοήθεια της εξαναγκασμένης εκπομπής ακτινοβολίας.

Μια από τις βασικές αρχές της κβαντικής μηχανικής είναι ο δυϊσμός σωματιδίου -κύματος, δηλαδή η ιδιότητα των σωματιδίων να συμπεριφέρονται σε κάποιες περιπτώσεις σαν κύματα και σε άλλες σαν σωματίδια. Αυτή η αρχή χρησιμοποιήθηκε πρώτα από τον Αϊνστάιν για τα φωτόνια και επεκτάθηκε για τα άλλα σωματίδια από το γάλλο φυσικό Λουί ντε Μπρόιλ (Lui de Βroglie 1892-1987).

Το κάθε ένα από τα πιο πάνω σημεία θα ήταν αρκετό για να κατατάξει τον Αϊνστάιν σαν ένα από τους δημιουργούς της κβαντικής φυσικής. Κι όμως, μετά τη ολοκληρωμένη διατύπωση της κβαντικής μηχανικής στα τέλη της δεκαετίας του 1920, ο Αϊνστάιν κράτησε μέχρι και το τέλος της ζωής του μια κριτική στάση απέναντι σ' αυτή τη θεωρία. Κι αυτή ήταν, ίσως και η μεγαλύτερη προσφορά του στην κβαντική μηχανική. Η προσπάθεια των δημιουργών της κβαντικής μηχανικής να λύσουν τα ερωτήματα που έθετε ο Αϊνστάιν βοήθησε σημαντικά στη διευκρίνηση πολλών σκοτεινών σημείων της θεωρίας.

3.4 Στατιστική φυσική

Οι πρώτες επιστημονικές εργασίες του Αϊνστάιν αφορούσαν τη στατιστική φυσική. Μελέτησε την κίνηση Μπράουν, δηλαδή τη χαοτική κίνηση μικρών σωμάτων στα υγρά ή στα αέρια. Πρότεινε διάφορους τρόπους υπολογισμού της σταθεράς του Αβογκάντρο (Α. Αvogadro 1776-1856), η γνώση της οποίας είναι σημαντική για διάφορους κλάδους της φυσικής και της χημείας.

Το 1924 μελετώντας ένα άρθρο του Ινδού φυσικού Σ. Μποζέ (Βose Satyendra Νath (1894-1974)) για τη στατιστική των φωτονίων ο Αϊνστάιν γενίκευσε τα αποτελέσματα στην περίπτωση του ιδανικού αερίου. Σήμερα αυτά τα αποτελέσματα είναι γνωστά σαν στατιστική Μποζέ-Αϊνστάιν.

Στηριζόμενος στις κβαντικές ιδέες ο Αϊνστάιν διατύπωσε τη θεωρία της θερμοχωρητικότητας του στερεού σώματος.

3.5 Ενιαία θεωρία του πεδίου

Μετά την ολοκλήρωση της γενικής θεωρίας της Σχετικότητας (1915) και μέχρι το θάνατό του (1955) ο Αϊνστάιν ασχολείται κυρίως με την προσπάθεια ενοποίησης της θεωρίας για το βαρυτικό πεδίο (δηλαδή της ΓΘΣ) με τη θεωρία για το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Αυτές οι προσπάθειες δεν καρποφόρησαν, ίσως γιατί αυτή η ενοποίηση δεν μπορούσε να γίνει στο επίπεδο που βρισκόταν η φυσική τότε. Ακόμη και σήμερα η ενοποίηση των θεωριών για τις τέσσερις δυνάμεις της φύσης είναι αρκετά μακριά από την ολοκλήρωσή της.

4. Επίλογος

Όλοι οι τομείς της σύγχρονης θεωρητικής Φυσικής έχουν ρίζες στις εργασίες του Αϊνστάιν. Σαν άνθρωπος ο Αϊνστάιν αγωνιζόταν πάντα για το δίκαιο και την ειρήνη στον Πλανήτη μας. Είναι πιστεύω χρήσιμο και ωφέλιμο, ιδιαίτερα για τους νέους, να μαθαίνουν για τέτοιους ανθρώπους όπως ο Αϊνστάιν και από άποψη γενικής παιδείας, αλλά και από άποψη διαπαιδαγώγησης σε σωστές, πραγματικές και ανθρωπιστικές αξίες.

Από την Χαραυγή της 19ης Μαρτίου 2002

Βιβλιογραφία

Για αυτούς που θα ήθελαν να μάθουν περισσότερα για τον Αϊνστάιν και την προσφορά του στην επιστήμη αναφέρουμε μερικά βιβλία στα ελληνικά.

1. Α. Εinstein: Η ειδική θεωρία της Σχετικότητας, Εκδόσεις Τροχαλία, Αθήνα, 1999. (Μετάφραση του άρθρου του Αϊνστάιν του 1905 με εκτενή σχόλια από το μεταφραστή.)

2. Α. Εinstein: Η θεμελίωση της γενικής θεωρίας της Σχετικότητας, Εκδόσεις Τροχαλία, Αθήνα, 1999. (Μετάφραση του άρθρου του 1916 επίσης με σχόλια του μεταφραστή.)

3. J. Βernstein: Αϊνστάιν, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο, 1996.

4. Stephen W. Ηawking: Τo χρονικό του Χρόνου, Εκδόσεις Κάτοπτρο, Αθήνα, 1989.

5. Βασίλης Ξανθόπουλος: Περί αστέρων και συμπάντων, Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης, Ηράκλειο, 1991.

Σελίδες στο Διαδίκτυο

Αναφέρουμε δύο διευθύνσεις, στις οποίες θα βρείτε πολλές άλλες διευθύνσεις που αναφέρονται στη ζωή και το έργο του Αϊνστάιν, αλλά και στη φυσική.

1. http://www.westegg.com/einstein/  (για τη ζωή και το έργο του Αϊνστάιν )

2. http://www.physlink.com/  (για τη φυσική, την ιστορία της και τις σύγχρονες εξελίξεις)