Albert Einstein

»Einstein« se preusmerja sem. Za druge pomene glej Einstein (razločitev).

Albert Einstein
Albert Einstein
Rojstvo	14. marec 1879({{padleft:1879|4|0}}-{{padleft:3|2|0}}-{{padleft:14|2|0}})[…] Ulm[…]
Smrt	18. april 1955({{padleft:1955|4|0}}-{{padleft:4|2|0}}-{{padleft:18|2|0}})[…] (76 let) Princeton
Bivališče	Nemčija  Italija  Švica ZDA
Državljanstvo	nemško (1879–96, 1914–33) švicarsko (1901–55) ameriško (1940–55)
Narodnost	nemška
Področja	fizika, matematika
Ustanove	Švicarski patentni urad (Bern) Univerza v Zürichu Karlova univerza v Pragi Pruska akademija znanosti Inštitut cesarja Viljema Univerza v Leidnu Inštitut za višji študij
Alma mater	ETH Zürich diploma 1900 Univerza v Zürichu doktorat 1905
Mentor doktorske disertacije	Alfred Kleiner
Drugi študijski mentorji	Heinrich Friedrich Weber, Max Talmey
Doktorski študenti	Hans Tanner
Drugi znani študenti	Ernst Gabor Straus Nathan Abraham Rosen
Poznan po	splošna teorija relativnosti posebna teorija relativnosti Brownovo gibanje fotoelektrični pojav enakost mase in energije Einsteinove enačbe polja poenotena teorija polja Bose-Einsteinova statistika paradoks EPR
Pomembne nagrade	Matteuccijeva medalja (1921) Nobelova nagrada za fiziko (1921) Copleyjeva medalja (1925) zlata medalja RAS (1926) medalja Maxa Plancka (1929)
Zakonci	Mileva Marić (1903–1919) Elsa Löwenthal (1919–1936)
Otroci	»Lieserl« (1902–1903?) Hans Albert (1904–1973) Eduard »Tete« (1910–1965)
Podpis

Albert Einstein [álbert ájnštajn] (), nemški fizik in matematik, * 14. marec 1879, Ulm, Württemberg, Nemčija, † 18. april 1955, Princeton, New Jersey, Združene države Amerike.

Velja za enega najvplivnejših znanstvenikov v zgodovini, saj je s svojim delom temeljito spremenil razumevanje prostora, časa, svetlobe, gravitacije, materije in energije. Njegova najpomembnejša znanstvena dosežka sta posebna teorija relativnosti iz leta 1905 in splošna teorija relativnosti iz leta 1915. Prva je pokazala, da prostor in čas nista neodvisna drug od drugega, temveč sta povezana in odvisna od gibanja opazovalca, druga pa gravitacijo pojasnjuje kot posledico ukrivljenosti prostor-časa.

Einstein je leta 1921 prejel Nobelovo nagrado za fiziko, ki mu je bila uradno podeljena leta 1922. Nagrado je prejel za svoje prispevke k teoretični fiziki, zlasti za odkritje zakona fotoelektričnega učinka, ne pa za teorijo relativnosti.

Zgodnje otroštvo in družina

Einstein kot štirinajstletnik (1893)

Albert Einstein se je rodil 14. marca 1879 v Ulmu v Kraljevini Württemberg, ki je bila takrat del Nemškega cesarstva. Njegov oče Hermann Einstein je bil podjetnik na področju elektrotehnike, mati Pauline Einstein, rojena Koch, pa je bila izobražena ženska, ki je igrala klavir in spodbujala zanimanje za glasbo v družini.

Kmalu po Albertovem rojstvu se je družina preselila v München, kjer je njegov oče skupaj z bratom Jakobom ustanovil elektrotehniško podjetje. Albert je imel mlajšo sestro Mario, ki je imela vzdevek Maja in mu je bila v otroštvu najbližja družinska spremljevalka.

Einstein naj bi začel govoriti pozneje kot številni njegovi vrstniki, zato je starše sprva skrbelo za njegov razvoj. Vendar to ni nujno kazalo na razvojni zaostanek, temveč je bilo povezano z njegovo mirno in premišljeno osebnostjo. Že zgodaj je kazal izrazito radovednost glede narave, matematike in tehničnih naprav.

Zgodba o tem, kako je Einstein v otroštvu občudoval kompas, je postala del njegove življenjske legende. Ta preprosta naprava mu je razkrila, da v naravi obstajajo nevidne sile, ki vplivajo na gibanje teles. Einstein je pozneje prav to izkušnjo povezoval s svojim zanimanjem za fiziko.

Šolanje v Nemčiji in Švici

Einstein je obiskoval katoliško osnovno šolo v Münchnu, čeprav je izhajal iz judovske družine, nato pa še gimnazijo Luitpold-Gymnasium. Nemški šolski sistem mu ni ustrezal, saj je menil, da preveč poudarja pomnjenje, avtoriteto in vojaško disciplino, premalo pa spodbuja samostojno razmišljanje.

Leta 1894 se je družina zaradi očetovih poslovnih težav preselila v italijanski Milano, Einstein pa je sprva ostal v Münchnu, da bi nadaljeval šolanje. Ker se ni mogel sprijazniti s tamkajšnjim šolskim okoljem, je zapustil gimnazijo in se pridružil družini v Italiji.

Leta 1895 je poskušal opraviti sprejemni izpit za vpis na Zvezno politehniško šolo v Zürichu, današnji ETH Zürich. Čeprav je dosegel odlične rezultate pri matematiki in fiziki, ni bil enako uspešen pri drugih predmetih, med drugim pri jezikih, botaniki in zoologiji. Zato se je najprej vpisal na kantonalno šolo v Aarauu v Švici.

Leta 1896 je v Aarauu opravil maturo in se nato vpisal na Zvezno politehniško šolo v Zürichu, kjer je študiral fiziko in matematiko. Leta 1900 je študij uspešno končal. Med študijem je spoznal Milevo Marić, srbsko študentko matematike in fizike, ki je pozneje postala njegova žena in pomembna sogovornica pri znanstvenih razpravah.

Začetek znanstvene poti

Po diplomi leta 1900 Einstein sprva ni dobil mesta asistenta na univerzi, kar je bilo za mladega fizika veliko razočaranje. Nekaj časa je delal kot nadomestni in zasebni učitelj, hkrati pa je nadaljeval raziskovanje teoretične fizike. Leta 1901 je pridobil švicarsko državljanstvo, kar mu je omogočilo stabilnejši družbeni položaj. Istega leta je objavil svoj prvi znanstveni članek, v katerem se je ukvarjal s kapilarnostjo in silami med molekulami.

Leta 1902 je s pomočjo prijatelja Marcela Grossmanna dobil zaposlitev na Švicarskem zveznem patentnem uradu v Bernu. Kot tehnični strokovni sodelavec tretjega razreda je ocenjeval patentne prijave, predvsem s področja elektrotehnike in natančnih merilnih naprav. Delo na patentnem uradu mu je zagotavljalo redne prihodke, razmeroma urejen delovni čas in dovolj časa za lastne raziskave. Prav v tem obdobju je razvil številne zamisli, ki so leta 1905 postale temelj njegove svetovne znanstvene prepoznavnosti.

Zasebno življenje in družina

Einstein z Milevo Marić (1912)

Einstein se je leta 1903 poročil z Milevo Marić, s katero je imel hčerko Lieserl ter sinova Hansa Alberta in Eduarda. O usodi hčerke Lieserl ni veliko znanega, saj se je rodila pred poroko, pozneje pa je iz ohranjenih dokumentov izginila vsaka zanesljiva sled o njenem življenju. Zakon z Milevo Marić je sčasoma razpadel, med drugim tudi zaradi Einsteinove selitve v Berlin ter različnih znanstvenih in osebnih pričakovanj. Ločila sta se leta 1919. Istega leta se je Einstein poročil s svojo sestrično Elso Löwenthal. Elsa je skrbela za njegovo vsakdanje življenje ter ga spremljala pri javnih nastopih in obiskih. Umrla je leta 1936, Einstein pa je do konca življenja ohranjal tesne stike s svojo sestro Majo in svojimi otroki.

Čudežno leto 1905

Leto 1905 je v zgodovini fizike znano kot Einsteinovo annus mirabilis, kar pomeni »čudežno leto«. Tega leta je 26-letni Einstein, ki je bil še vedno zaposlen na patentnem uradu, objavil več znanstvenih člankov, od katerih je vsak pomembno prispeval k spremembi razumevanja fizike. V enem od najpomembnejših člankov je pojasnil fotoelektrični učinek, pri katerem svetloba povzroči izbijanje elektronov s kovinske površine. Razložil je, da svetloba ne kaže le valovnih lastnosti, temveč energijo prenaša tudi v diskretnih paketih, imenovanih svetlobni kvanti, danes pa jih povezujemo s pojmom fotonov.

Ta zamisel je bila revolucionarna, saj je ponudila enega ključnih dokazov v prid kvantni naravi svetlobe. Einsteinova razlaga je postala eden od temeljev kvantne fizike. Za svoje delo na področju teoretične fizike, zlasti za odkritje zakona fotoelektričnega učinka, je leta 1921 prejel Nobelovo nagrado za fiziko. V drugem pomembnem članku je pojasnil Brownovo gibanje, torej nepravilno gibanje drobnih delcev, suspendiranih v tekočini. Pokazal je, da je to gibanje posledica trkov z molekulami tekočine, ki jih s prostim očesom ne moremo videti. Njegovo delo je zagotovilo pomembno teoretično podporo obstoju atomov in molekul.

V tretjem članku je predstavil posebno teorijo relativnosti. Ta temelji na dveh osnovnih načelih: zakoni fizike so enaki v vseh inercialnih opazovalnih sistemih, hitrost svetlobe v vakuumu pa je enaka za vse inercialne opazovalce, ne glede na njihovo gibanje glede na izvor svetlobe. Iz teh načel sledi, da prostor in čas nista absolutna. Dva dogodka, ki sta za enega opazovalca sočasna, za drugega, ki se glede nanj giblje, morda nista sočasna. Poleg tega se ura, ki se giblje glede na opazovalca, glede na njegovo uro izkazuje za počasnejšo, dolžina gibajočega se telesa pa je v smeri gibanja krajša.

Istega leta je Einstein objavil še članek, v katerem je izpeljal zvezo med maso in energijo, izraženo s slovito enačbo: $E=mc^{2}$.

Ta enačba izraža enakovrednost mase in energije. Ker je $c$ hitrost svetlobe v vakuumu, njena druga potenca pa je zelo velika, že majhna masa ustreza ogromni količini energije. To spoznanje je pozneje postalo pomembno za razumevanje jedrskih reakcij in pretvorbe mase v energijo.

Doktorat in akademska pot

Leta 1905 je Einstein na Univerzi v Zürichu doktoriral z disertacijo o določanju molekulskih dimenzij. Doktorat mu je odprl pot v akademski svet, čeprav je še nekaj let ostal zaposlen na patentnem uradu. Leta 1909 je postal izredni profesor teoretične fizike na Univerzi v Zürichu in zapustil patentni urad. Leta 1911 je sprejel profesorsko mesto na Nemški univerzi v Pragi, kjer se je začel intenzivneje ukvarjati z gravitacijo in pospešenimi opazovalnimi sistemi. Leta 1912 se je vrnil v Zürich, kjer je v sodelovanju s prijateljem in matematikom Marcelom Grossmannom začel uporabljati neevklidsko geometrijo. Ta matematični pristop mu je omogočil razvoj teoretičnega opisa gravitacije kot posledice ukrivljenosti prostor-časa. Leta 1914 je sprejel pomembno raziskovalno mesto v Berlinu in postal član Pruske akademije znanosti. Berlin mu je omogočil raziskovalno delo brez rednih pedagoških obveznosti, mesto pa je postalo središče njegovega nadaljnjega znanstvenega ustvarjanja.

Splošna teorija relativnosti

Einstein je leta 1915 predstavil splošno teorijo relativnosti, ki je bila vrhunec približno osemletnega raziskovanja gravitacije. Z njo je presegel Newtonovo predstavo gravitacije kot sile, ki deluje na daljavo, in ponudil bistveno drugačno razlago tega pojava. Po Einsteinovi teoriji masa in energija ukrivljata prostor-čas, telesa pa se v njem gibljejo po najnaravnejših možnih poteh, imenovanih geodetke. Gravitacija tako ni sila v klasičnem Newtonovem smislu, temveč posledica geometrije prostor-časa.

Teorija je uspešno pojasnila dolgo znano nepravilnost v gibanju Merkurja, imenovano precesija perihelija. Newtonova teorija ni mogla v celoti pojasniti majhnega dodatnega premika Merkurjevega perihelija, medtem ko je Einsteinova teorija napovedala vrednost, ki se je ujemala z astronomskimi opazovanji. Splošna teorija relativnosti je napovedala tudi, da gravitacijsko polje ukrivlja svetlobo. To napoved so leta 1919 preverili britanski astronomi med popolnim sončnim mrkom, ko so merili navidezne položaje zvezd v bližini Sonca.

Dve odpravi pod vodstvom Franka Dysona in Arthurja Eddingtona sta opazovali Sončev mrk 29. maja 1919. Ena je delovala na otoku Príncipe ob zahodni obali Afrike, druga pa v Sobralu v Braziliji. Rezultati meritev so podprli Einsteinovo napoved, da Sončeva gravitacija ukrivlja svetlobo zvezd v njegovi bližini. Objava rezultatov novembra 1919 je Einsteina v kratkem času izstrelila med svetovno znane znanstvenike. Mediji so ga predstavili kot človeka, ki je spremenil Newtonovo razumevanje vesolja, splošna teorija relativnosti pa je v znanstveni skupnosti dobila pomembno potrditev in postala temeljni okvir za sodobno razumevanje gravitacije.

Nobelova nagrada

Einstein je Nobelovo nagrado za fiziko prejel za leto 1921, vendar je Švedska kraljeva akademija znanosti podelitev tisto leto preložila. Nagrado je prejel šele leta 1922, in sicer za dosežke iz prejšnjega leta. Nobelov odbor nagrade ni podelil za teorijo relativnosti, ki je bila takrat še predmet znanstvenih in filozofskih razprav. Namesto tega je Einsteinu nagrado podelil »za zasluge na področju teoretične fizike, zlasti za odkritje zakona fotoelektričnega učinka«.

Fotoelektrični učinek je pojav, pri katerem svetloba povzroči izbijanje elektronov iz snovi. Einstein je pojasnil, da se energija svetlobe prenaša v diskretnih količinah, kar je pokazalo, da ima svetloba poleg valovnih tudi delčne lastnosti. To odkritje je postalo eden od temeljev kvantne fizike in pomembno prispevalo k razvoju sodobne elektronike. Na fotoelektričnem učinku temeljijo med drugim sončne celice, fotodetektorji in svetlobni senzorji v digitalnih fotoaparatih.

Kvantna fizika in razprave z Bohrom

Einstein je bil eden od utemeljiteljev kvantne teorije polja, hkrati pa tudi eden njenih najostrejših kritikov. Sprejel je, da kvantna hipoteza omogoča pojasnjevanje številnih fizikalnih pojavov, vendar ni verjel, da je naključje temeljna lastnost narave. Zlasti se ni strinjal s takratno prevladujočo interpretacijo kvantne mehanike, po kateri nekaterim fizikalnim količinam, kot sta položaj in gibalna količina delca, pred meritvijo ni mogoče pripisati vnaprej določene vrednosti. Njegova znana izjava, da »Bog ne igra kock«, je izražala prepričanje, da bi morala fizika temeljiti na objektivni realnosti in globljih zakonitostih, ki bi omogočale popolnejši opis narave.

V dvajsetih in tridesetih letih 20. stoletja je z Nielsom Bohrom vodil eno najpomembnejših znanstvenih razprav tistega časa. Njuna izmenjava argumentov ni zavirala razvoja kvantne mehanike, temveč je spodbudila poglobljeno razpravo o merjenju, verjetnosti in naravi fizikalne realnosti. Leta 1935 je Einstein skupaj z Borisom Podolskim in Nathanom Rosenom objavil znameniti znanstveni članek, v katerem so predstavili miselni poskus, danes znan kot paradoks Einstein–Podolsky–Rosen (EPR). V njem so izpostavili vprašanje, ali kvantna mehanika zagotavlja popoln opis fizikalne realnosti. Razprava je pomembno prispevala k poznejšemu raziskovanju kvantne prepletenosti, ki je danes eno osrednjih področij kvantne fizike in kvantnih informacijskih znanosti.

Raziskovanje poenotene teorije polja

Od sredine dvajsetih let 20. stoletja je Einstein večino svojega raziskovalnega časa posvetil iskanju poenotene teorije polja. Želel je oblikovati matematični okvir, ki bi gravitacijo in elektromagnetizem pojasnil kot dva vidika iste temeljne strukture. V ta namen je raziskoval različne geometrijske in matematične pristope, vendar mu ni uspelo razviti teorije, ki bi bila hkrati matematično dosledna in eksperimentalno preverljiva. Njegovo iskanje poenotene teorije je tako ostalo nedokončano vse do njegove smrti. Kljub temu je njegovo vztrajno prizadevanje pomembno vplivalo na poznejši razvoj fizike. Iskanje enotnega opisa temeljnih sil je ostalo eden osrednjih ciljev teoretične fizike, med drugim pri razvoju teorij velikega poenotenja in teorije strun.

Nemčija, nacizem in izselitev

Ko so januarja 1933 v Nemčiji prišli na oblast nacisti, se je Einsteinov položaj temeljito spremenil. Kot znan judovski znanstvenik, pacifist in kritik totalitarizma je postal tarča nacistične propagande in groženj. Einstein je zapustil Nemčijo in se vanjo ni več vrnil. Leta 1933 se je odpovedal nemškemu državljanstvu in sprejel mesto profesorja teoretične fizike na Inštitutu za napredne študije (Institute for Advanced Study) v Princetonu v ameriški zvezni državi New Jersey. V ZDA je postal ena najvidnejših osebnosti znanstvene skupnosti in javnega življenja. Pomagal je judovskim znanstvenikom in drugim beguncem, ki so bežali pred nacističnim preganjanjem, ter se javno zavzemal za človekove pravice in demokratične vrednote.

Pismo Rooseveltu in jedrska energija

Faksimile pisma Rooseveltu

Avgusta 1939 je Einstein skupaj z madžarsko-ameriškim fizikom Leom Szilardom napisal pismo ameriškemu predsedniku Franklinu D. Rooseveltu. V njem sta opozorila, da bi jedrska verižna reakcija v uranu lahko omogočila izdelavo izjemno močnih bomb. Szilard in drugi znanstveniki so Einsteina opozorili na možnost, da bi nacistična Nemčija razvila atomsko orožje, zato so menili, da bi morale ZDA to grožnjo vzeti resno. Einstein je pismo podpisal 2. avgusta 1939, Rooseveltu pa je bilo poslano oktobra istega leta. Roosevelt se je na opozorilo odzval z ustanovitvijo odbora za uran, ki je začel preučevati možnosti uporabe jedrske verižne reakcije. Ta odločitev je pomenila enega prvih korakov na poti do poznejšega projekta Manhattan, v okviru katerega so ZDA med drugo svetovno vojno razvile atomsko bombo. Einstein sam v projektu Manhattan ni sodeloval. Zaradi pomislekov glede njegove politične zanesljivosti in dejstva, da ni imel potrebnega varnostnega dovoljenja, ni bil vključen v razvoj ameriškega jedrskega orožja. Po koncu druge svetovne vojne je Einstein globoko obžaloval, da je njegovo ime povezano z jedrskim orožjem. Postal je glasnejši zagovornik mednarodne kontrole jedrskega orožja, miru in sodelovanja med državami.

Življenje v Princetonu

Einstein je od leta 1933 do svoje smrti deloval na Inštitutu za napredne študije v Princetonu. Čeprav je bil že svetovno znan, je ostal preprost in samosvoj človek, ki je dajal prednost mirnemu razmišljanju pred nastopanjem pred množicami. Njegov vsakdanji življenjski slog je bil znan po neurejenosti. Pogosto je nosil podobna oblačila, hodil brez nogavic in imel razmršene lase, ob sebi pa je večkrat nosil glasbene zvezke. Kljub takšni podobi je bil izjemno vztrajen in poglobljen mislec, ki se je znanstvenih problemov loteval z veliko pozornostjo. V Princetonu je še naprej pisal o fiziki, filozofiji znanosti, politiki, miru in človekovih pravicah. S svojimi javnimi izjavami o rasizmu, vojni, svobodi mišljenja in odgovornosti znanstvenikov je postal eden najvplivnejših javnih intelektualcev svojega časa.

Smrt in zapuščina

Einstein je umrl 18. aprila 1955 v bolnišnici v Princetonu, star 76 let. Umrl je zaradi notranje krvavitve, ki jo je povzročila anevrizma trebušne aorte. Operacijo, ki bi lahko podaljšala njegovo življenje, je zavrnil. Po kremaciji so njegov pepel raztrosili na skrivni lokaciji, brez javnega pogrebnega obreda. S tem so upoštevali njegovo željo, da ne bi postal predmet javnega čaščenja.

Njegova znanstvena zapuščina je izjemno obsežna. Posebna teorija relativnosti je temelj razumevanja fizikalnih pojavov pri velikih hitrostih, splošna teorija relativnosti pa je osnova sodobne kozmologije ter pomembna za razumevanje črnih lukenj, gravitacijskih valov in širjenja vesolja.

Einsteinova razlaga fotoelektričnega učinka je pomembno prispevala k razvoju kvantne teorije in številnih sodobnih tehnologij. Njegova enačba $E=mc^{2}$ je postala simbol jedrske fizike in ena najbolj prepoznavnih znanstvenih formul na svetu.

Poleg znanstvenega dela je Einstein zapustil tudi pomembno moralno in politično dediščino. Zavzemal se je za mir, svobodo raziskovanja, človekovo dostojanstvo in odgovornost znanstvenikov do družbe.