Qui va ser Albert Einstein
Albert Einstein (Ulm, 1879–Princeton, 1955) va ser un físic teòric format a Suïssa. La trajectòria va passar per Berna, Zuric, Praga i Berlín abans d’establir-se als Estats Units. La relativitat i l’explicació de l’efecte fotoelèctric formen part d’una obra que també abraça física estadística i teoria quàntica. [2]
Infància, estudis i formació
Va créixer a Munic i es va reunir amb la família a Itàlia abans d’intentar ingressar al Politècnic de Zuric el 1895. Va obtenir bons resultats en ciències i matemàtiques, però no va superar el conjunt de l’examen. Va completar la secundària a Aarau. Aquest registre contradiu la història estesa que era un mal estudiant de matemàtiques. [5]
Va estudiar al Politècnic entre 1896 i 1900 per obtenir la titulació docent en matemàtiques i ciències. Entre els companys hi havia Marcel Grossmann i Mileva Marić. També va estudiar física pel seu compte, amb especial interès per l’electromagnetisme de Maxwell i els treballs de Hertz; les relacions i lectures d’aquella etapa reapareixen en la trajectòria científica. [6]
Berna, patents i doctorat
Va obtenir la ciutadania suïssa el 1901 i, després de feines docents temporals, va ser nomenat expert tècnic de tercera classe de l’Oficina de Patents de Berna el juny de 1902. Hi va mantenir l’activitat científica fora de la universitat. El 1905 va elaborar cinc treballs importants sobre àtoms, quanta de llum i relativitat. [7]
La tesi, A New Determination of Molecular Dimensions, es va presentar a la Universitat de Zuric el 1905. El certificat doctoral es va expedir el 15 de gener de 1906. Cal distingir les dates: el treball pertany a l’any de les grans publicacions, però la concessió formal del títol es va produir l’any següent. El doctorat era de la universitat, no del Politècnic. [8]
1905: llum, àtoms i moviment brownià
Va proposar que la llum podia intercanviar energia en quanta, una idea que ajudava a explicar l’emissió d’electrons de metalls il·luminats. També va explicar el moviment irregular de partícules suspeses en un líquid mitjançant els xocs amb les molècules. L’anàlisi del moviment brownià va permetre connectar observacions microscòpiques amb la realitat física dels àtoms. [9]
Relativitat especial: espai i temps
La relativitat especial parteix del fet que les lleis físiques són les mateixes per a tots els observadors inercials i que tots mesuren la mateixa velocitat de la llum en el buit. Un observador inercial es mou sense acceleració. Aquests principis substitueixen la idea d’un repòs absolut per una descripció de mesures fetes des de diferents sistemes de referència. [10]
La simultaneïtat i la durada depenen del moviment relatiu: dos esdeveniments considerats simultanis per un observador poden no ser-ho per a un altre. Els rellotges en moviment presenten dilatació temporal respecte del sistema des del qual s’observen. Són afirmacions físiques comprovables, no la idea filosòfica que qualsevol descripció del món sigui igualment vàlida. [11]
Què significa E = mc²
L’equivalència entre massa i energia relaciona dues magnituds abans tractades per separat. Per a un cos en repòs, l’energia de repòs és el producte de la massa pel quadrat de la velocitat de la llum. L’equació expressa una relació física; per si sola no constitueix el disseny d’un reactor ni d’una arma. [12]
Carrera acadèmica i col·laboració amb Grossmann
Va ser professor a Zuric des de 1909, a Praga des de 1911 i a ETH Zuric entre 1912 i 1914. [2] En aquesta última etapa va treballar amb Marcel Grossmann sobre la gravitació. La col·laboració matemàtica va ser important en el camí cap a la relativitat general, la formulació definitiva de la qual encara requeria resoldre problemes oberts a Zuric. [13]
Relativitat general i comprovació experimental
El principi d’equivalència va oferir un punt de partida: en una regió prou petita, la caiguda lliure permet descriure fenòmens com si no hi hagués gravetat, dins de certs límits. Einstein va desenvolupar una teoria en què la gravitació es relaciona amb la geometria de l’espai-temps. Aquesta descripció va ampliar el marc de la relativitat especial. [14]
Després de la formulació de 1915, les expedicions a Sobral i Príncipe van observar l’eclipsi solar del maig de 1919 per mesurar la desviació de la llum estel·lar prop del Sol. Els resultats, anunciats al novembre, van donar suport a la predicció relativista i en van ampliar la notorietat. La comprovació provenia d’equips astronòmics, a més de la formulació teòrica d’Einstein. [15]
Ones gravitacionals i cosmologia
La predicció d’ones gravitacionals va assolir una comprovació directa amb LIGO: els detectors de Livingston i Hanford van registrar el 14 de setembre de 2015 un senyal de la fusió de dos forats negres. L’anunci va arribar el febrer de 2016. La mesura va obrir una manera d’estudiar l’univers mitjançant pertorbacions de l’espai-temps. [16]
El 1917 va aplicar la relativitat general a un univers homogeni i estàtic, introduint la constant cosmològica per compensar la contracció gravitatòria. Friedmann va mostrar el 1922 que les equacions també admetien universos dinàmics. El 1927 Lemaître va combinar teoria i observacions per defensar l’expansió, una evolució de la cosmologia que va superar el model inicial d’Einstein. [17]
El Premi Nobel de Física
Va rebre el Nobel de Física corresponent a 1921, concedit el 1922 després d’haver-se reservat el premi. La motivació destacava les aportacions a la física teòrica i, especialment, la llei de l’efecte fotoelèctric. No era un premi concedit específicament per la relativitat. La distinció ajuda a entendre la importància de la seva recerca quàntica, menys coneguda popularment. [4]
Bose, emissió estimulada i física quàntica
El 1924 Satyendra Nath Bose li va enviar un treball sobre l’estadística dels fotons. Einstein va ajudar a publicar-lo i va estendre les idees als àtoms el 1924–1925, predient un estat col·lectiu a temperatures molt baixes. La denominació condensat de Bose–Einstein conserva la contribució de tots dos; la realització experimental va ser obra d’investigadors d’una generació posterior. [18]
L’emissió estimulada va proporcionar un altre fonament durador: una radiació adequada pot induir l’emissió de més radiació des d’un sistema excitat. Dècades després, el principi va permetre desenvolupar màsers i làsers. NIST distingeix aquesta base teòrica dels dispositius de Townes, Schawlow i Maiman. Einstein va aportar el principi físic, no el primer làser operatiu. [19]
El debat Einstein–Podolsky–Rosen
El 1935 va publicar amb Boris Podolsky i Nathan Rosen un argument sobre si la descripció quàntica era completa. Analitzaven prediccions sobre un sistema a partir de mesures fetes en un altre amb què havia interactuat. L’article qüestionava la suficiència de la funció d’ona com a descripció de la realitat; no era un rebuig de tots els resultats de la física quàntica. [20]
Invents i col·laboració amb Szilard
La patent nord-americana 1.781.541, concedida l’11 de novembre de 1930 a Einstein i Leo Szilard, descriu refrigeració per absorció. L’exemple tècnic empra butà, amoníac i aigua: l’evaporació absorbeix calor, l’aigua separa l’amoníac de la mescla i una aportació tèrmica el torna a alliberar per mantenir el cicle. [21]
Princeton i la cerca d’una teoria unificada
El 1933 es va incorporar a l’Institute for Advanced Study per invitació d’Abraham Flexner. Va formar part de la primera generació de professors i va continuar vinculat a la institució fins a la mort el 1955. Va dedicar una part important d’aquesta etapa a cercar una teoria unificada de camps. L’IAS és una institució independent de la Universitat de Princeton. [3, 30]
L’establiment als Estats Units estava lligat al rebuig del règim nazi i a la persecució a Europa. Va ajudar víctimes jueves i altres persones perseguides i va obtenir la ciutadania nord-americana el 1940. L’activitat pública comprenia llibertats civils i desarmament, al costat d’una posició pacifista que va canviar davant l’amenaça de guerra. [22]
Responsabilitat científica i armes nuclears
La carta del 2 d’agost de 1939 que va signar advertia la presidència nord-americana sobre les reaccions nuclears en cadena i la possibilitat de construir bombes molt potents. El document era una intervenció davant del Govern sobre una amenaça tecnològica. Cal distingir-la dels treballs posteriors de disseny i fabricació d’armament. [23]
Educació pública i manifest final
El 1946 va crear amb Leo Szilard l’Emergency Committee of Atomic Scientists i el va presidir. Una carta conservada pels National Archives, del novembre de 1947, documenta la defensa de l’educació pública sobre energia atòmica i de la cooperació internacional per controlar-ne els riscos. Aquesta activitat permet seguir l’evolució de la responsabilitat pública després de la guerra. [24]
Va ser un dels onze signants del Manifest Russell–Einstein, presentat a Londres el 9 de juliol de 1955, després de la seva mort. El text alertava del perill d’una guerra nuclear i demanava resoldre els conflictes per mitjans pacífics. Va contribuir a impulsar la reunió científica celebrada a Pugwash el 1957. [25]
Llibres i divulgació
Relativity: The Special and the General Theory va acostar les idees a lectors sense formació matemàtica avançada. El llibre desenvolupava una explicació accessible de totes dues teories i va tenir nombroses edicions i traduccions. [26] El 1938 va publicar amb Leopold Infeld The Evolution of Physics, una obra sobre el desenvolupament dels conceptes físics des de les primeres formulacions fins a la relativitat i els quanta. [27]
Llegat documental i institucions
Einstein va participar en la fundació de la Universitat Hebrea de Jerusalem, en els primers òrgans acadèmics i en l’activitat científica inicial. Li va llegar els documents personals i el patrimoni literari. L’arxiu permet estudiar la producció científica, la correspondència i les intervencions públiques a partir de documents, més enllà de les imatges i frases que en van popularitzar la figura. [28]
L’Einstein Papers Project de Caltech prepara l’edició acadèmica dels escrits i cartes. Combina transcripció, context i anotació documental, i facilita localitzar materials mitjançant recursos digitals. Aquesta tasca distingeix les paraules del mateix Einstein de records posteriors, atribucions dubtoses i reconstruccions populars de la seva vida. [29]
