Hvordan Albert Einstein kæmpede for europæisk fred og teoretisk fysik

2024 Forfatter: Malcolm Clapton | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 03:51

Om hvordan videnskaben var tæt sammenvævet med politik.

Allerede i begyndelsen af det tyvende århundrede blev der gjort kolossale opdagelser i fysikken, hvoraf en række tilhørte Albert Einstein, skaberen af den generelle relativitetsteori.

Forskere var på randen af et helt nyt syn på universet, hvilket krævede dem intellektuelt mod, en vilje til at fordybe sig i teori og færdigheder i at håndtere et komplekst matematisk apparat. Udfordringen blev ikke accepteret af alle, og som nogle gange sker, blev videnskabelige stridigheder overlejret politiske uenigheder forårsaget først af Første Verdenskrig, derefter af Hitlers komme til magten i Tyskland. Einstein var også en nøglefigur, som spyd knækkede omkring.

Einstein mod alle

Udbruddet af Første Verdenskrig blev ledsaget af et patriotisk opsving blandt befolkningen i de deltagende stater, herunder videnskabsmænd.

I Tyskland i 1914 offentliggjorde 93 videnskabsmænd og kulturpersonligheder, herunder Max Planck, Fritz Haber og Wilhelm Roentgen, et manifest, der udtrykte deres fulde støtte til staten og den krig, den fører:”Vi, repræsentanter for tysk videnskab og kunst, protesterer før hele den kulturelle verden mod de løgne og bagvaskelser, hvormed vore fjender forsøger at forurene Tysklands retfærdige sag i den hårde kamp for tilværelsen, som er pålagt det. Uden tysk militarisme ville den tyske kultur være blevet ødelagt for længst ved dens begyndelse. Tysk militarisme er et produkt af tysk kultur, og den blev født i et land, der som intet andet land i verden har været udsat for rovdyrsangreb i århundreder."

Ikke desto mindre var der en tysk videnskabsmand, som udtalte sig skarpt imod sådanne ideer. Albert Einstein offentliggjorde et svarmanifest "Til europæerne" i 1915: "Aldrig før har krig forstyrret samspillet mellem kulturer så meget. Det er europæernes pligt, uddannede og af god vilje, ikke at lade Europa bukke under." Denne appel blev dog, udover Einstein selv, kun underskrevet af tre personer.

Einstein blev en tysk videnskabsmand for ganske nylig, selvom han blev født i Tyskland. Han dimitterede fra skole og universitet i Schweiz, og derefter i næsten ti år nægtede forskellige universiteter i Europa at ansætte ham. Dette skyldtes til dels den måde, hvorpå Einstein nærmede sig anmodningen om at overveje sit kandidatur.

Så i et brev til Paul Drude, skaberen af den elektroniske teori om metaller, påpegede han først to fejl i hans teori og bad først derefter om at blive ansat.

Som følge heraf måtte Einstein få arbejde på det schweiziske patentkontor i Bern, og først i slutningen af 1909 var han i stand til at få en stilling ved universitetet i Zürich. Og allerede i 1913 kom Max Planck selv sammen med den kommende nobelpristager i kemi Walter Nernst personligt til Zürich for at overtale Einstein til at acceptere tysk statsborgerskab, flytte til Berlin og blive medlem af det preussiske videnskabsakademi og direktør for instituttet af fysik.

Einstein fandt sit arbejde på patentkontoret forbløffende produktivt ud fra et videnskabeligt synspunkt. "Når nogen gik forbi, lagde jeg mine noter i en skuffe og lod som om, jeg lavede patentarbejde," huskede han. Året 1905 gik over i videnskabens historie som annus mirabilis, "miraklernes år".

I år offentliggjorde tidsskriftet Annalen der Physik fire artikler af Einstein, hvori han teoretisk kunne beskrive Brownsk bevægelse, forklare ved hjælp af Planck-ideen om lyskvanter, fotoeffekten eller effekten af elektroner, der undslipper et metal, når den bestråles med lys (det var i et sådant eksperiment, at JJ Thomson opdagede elektronen), og yder et afgørende bidrag til skabelsen af den særlige relativitetsteori.

Et forbløffende tilfælde: relativitetsteorien dukkede op næsten samtidig med kvanteteorien og ændrede lige så uventet og uigenkaldeligt fysikkens grundlag.

I det 19. århundrede var lysets bølgenatur fast etableret, og videnskabsmænd var interesserede i, hvordan det stof, som disse bølger forplanter sig i, er arrangeret.

På trods af det faktum, at ingen endnu har observeret æteren (dette er navnet på dette stof) direkte, opstod der ikke tvivl om, at det eksisterer og gennemsyrer hele universet: det var klart, at bølgen skulle forplante sig i en form for elastisk medium, analogt med cirkler fra en sten, der er kastet på vandet: vandoverfladen ved det punkt, hvor stenen falder, begynder at svinge, og da den er elastisk, overføres svingningerne til nabopunkter, fra dem til nabopunkter, og så på. Efter opdagelsen af atomer og elektroner overraskede eksistensen af fysiske objekter, der ikke kan ses med de eksisterende instrumenter, heller ingen.

Et af de simple spørgsmål, som den klassiske fysik ikke kunne finde et svar på, var dette: Er æteren båret væk af kroppe, der bevæger sig i den? I slutningen af det 19. århundrede viste nogle eksperimenter overbevisende, at æteren blev fuldstændig båret væk af bevægende kroppe, mens andre, og ikke mindre overbevisende, kun delvist blev båret væk.

Cirkler på vandet er et eksempel på en bølge i et elastisk medium. Hvis det bevægelige legeme ikke fører æteren med, så vil lysets hastighed i forhold til kroppen være summen af lysets hastighed i forhold til æteren og selve kroppens hastighed. Hvis det helt medtvinger æteren (som det sker, når man bevæger sig i en viskøs væske), så vil lysets hastighed i forhold til kroppen være lig med lysets hastighed i forhold til æteren og vil ikke på nogen måde afhænge af hastigheden af æteren. kroppen selv.

Den franske fysiker Louis Fizeau viste i 1851, at æteren delvist bliver båret væk af den bevægende vandstrøm. I en række eksperimenter fra 1880-1887 bekræftede amerikanerne Albert Michelson og Edward Morley på den ene side Fizeaus konklusion med en højere nøjagtighed, og på den anden fandt de ud af, at Jorden, der kredser om Solen, fuldstændig medfører æteren med det, det vil sige lysets hastighed på Jorden er uafhængig af, hvordan den bevæger sig.

For at bestemme, hvordan Jorden bevæger sig i forhold til æteren, konstruerede Michelson og Morley et specielt instrument, et interferometer (se diagrammet nedenfor). Lyset fra kilden falder på den semitransparente plade, hvorfra det delvist reflekteres i spejlet 1 og delvist passerer til spejlet 2 (spejlene er i samme afstand fra pladen). Strålerne, der reflekteres fra spejlene, falder så igen på den semitransparente plade og ankommer fra den tilsammen til detektoren, hvorpå der opstår et interferensmønster.

Hvis Jorden bevæger sig i forhold til æteren, for eksempel i retning af spejl 2, vil lyshastigheden i vandret og lodret retning ikke falde sammen, hvilket skulle føre til en faseforskydning af bølgerne, der reflekteres fra forskellige spejle på detektor (for eksempel som vist i diagrammet, nederst til højre). I virkeligheden blev der ikke observeret nogen forskydning (se nederst til venstre).

Einstein vs. Newton

I deres forsøg på at forstå æterens bevægelse og lysets udbredelse i den, måtte Lorentz og den franske matematiker Henri Poincaré antage, at dimensionerne af bevægelige legemer ændrer sig i forhold til dimensionerne af stationære, og desuden tiden for bevægelige kroppe flyder langsommere. Det er svært at forestille sig - og Lorentz behandlede disse antagelser mere som et matematisk trick end en fysisk effekt - men de tillod forsoning af mekanik, elektromagnetisk lysteori og eksperimentelle data.

Einstein var i to artikler i 1905 i stand til, på baggrund af disse intuitive overvejelser, at skabe en sammenhængende teori, hvor alle disse fantastiske effekter er en konsekvens af to postulater:

• lysets hastighed er konstant og afhænger ikke af, hvordan kilden og modtageren bevæger sig (og er lig med ca. 300.000 kilometer i sekundet);
• for ethvert fysisk system virker fysiske love på samme måde, uanset om det bevæger sig uden acceleration (ved enhver hastighed) eller er i hvile.

Og han udledte den mest berømte fysiske formel - E = mc²! Derudover, på grund af det første postulat, ophørte æterens bevægelse med at have betydning, og Einstein forlod det simpelthen - lys kan forplante sig i tomhed.

Især tidsudvidelseseffekten fører til det berømte "tvillingerparadoks". Hvis den ene af de to tvillinger, Ivan, tager på et rumskib til stjernerne, og den anden, Peter, venter på ham på Jorden, så vil det efter hans hjemkomst vise sig, at Ivan er blevet mindre end Peter siden tiden. hans hurtigt bevægende rumskib flød langsommere end på Jorden.

Denne effekt, såvel som andre forskelle mellem relativitetsteorien og almindelig mekanik, viser sig kun med en enorm bevægelseshastighed, der kan sammenlignes med lysets hastighed, og derfor møder vi den aldrig i hverdagen. For de sædvanlige hastigheder, som vi mødes med på Jorden, er brøkdelen v/c (genkaldelse, c = 300.000 kilometer i sekundet) meget lidt anderledes end nul, og vi vender tilbage til skolemekanikkens velkendte og hyggelige verden.

Ikke desto mindre skal virkningerne af relativitetsteorien tages i betragtning, for eksempel ved synkronisering af ure på GPS-satellitter med terrestriske for nøjagtig drift af positioneringssystemet. Derudover er effekten af tidsudvidelse manifesteret i studiet af elementarpartikler. Mange af dem er ustabile og bliver til andre inden for meget kort tid. De bevæger sig dog normalt hurtigt, og på grund af dette strækkes tiden før deres transformation set fra observatørens synspunkt, hvilket gør det muligt at registrere og studere dem.

Den særlige relativitetsteori opstod fra behovet for at forene den elektromagnetiske teori om lys med mekanikken i hurtigt (og med konstant hastighed) bevægelige legemer. Efter at have flyttet til Tyskland afsluttede Einstein sin generelle relativitetsteori (GTR), hvor han tilføjede tyngdekraft til elektromagnetiske og mekaniske fænomener. Det viste sig, at gravitationsfeltet kan beskrives som deformation af et massivt legeme af rum og tid.

En af konsekvenserne af generel relativitetsteori er krumningen af strålebanen, når lys passerer nær en stor masse. Det første forsøg på eksperimentel verifikation af den generelle relativitetsteori skulle finde sted i sommeren 1914, da man observerede en solformørkelse på Krim. Et hold tyske astronomer blev dog interneret i forbindelse med krigens udbrud. Dette reddede på en måde omdømmet til den generelle relativitetsteori, fordi teorien i det øjeblik indeholdt fejl og gav en forkert forudsigelse af strålens afbøjningsvinkel.

I 1919 kunne den engelske fysiker Arthur Eddington, da han observerede en solformørkelse på Principe Island ud for Afrikas vestkyst, bekræfte, at lyset fra en stjerne (det blev synligt på grund af det faktum, at Solen ikke formørkede det), der passerer Solen, afviger nøjagtigt i samme vinkel som forudsagte Einsteins ligninger.

Eddingtons opdagelse gjorde Einstein til en superstjerne.

Den 7. november 1919, midt under fredskonferencen i Paris, da al opmærksomhed syntes at være fokuseret på, hvordan verden ville eksistere efter Første Verdenskrig, udgav Londonavisen The Times en lederartikel: "A Revolution in Science: A Ny teori om universet, Newtons ideer er besejret."

Journalister jagtede Einstein overalt og plagede ham med anmodninger om at forklare relativitetsteorien i en nøddeskal, og salene, hvor han holdt offentlige foredrag, var overfyldte (på samme tid, at dømme efter anmeldelserne fra hans samtidige, var Einstein ikke en særlig god foredragsholder publikum forstod ikke essensen af foredraget, men kom alligevel for at se berømtheden).

I 1921 tog Einstein sammen med den engelske biokemiker og kommende præsident for Israel, Chaim Weizmann, på en foredragsturné i USA for at rejse midler til at støtte jødiske bosættelser i Palæstina. Ifølge The New York Times, "Hvert sæde i Metropolitan Opera blev taget, fra orkestergraven til den sidste række af galleriet, stod hundredvis af mennesker i gangene."Avisens korrespondent understregede: "Einstein talte tysk, men ivrig efter at se og høre en mand, der supplerede det videnskabelige begreb om universet med en ny teori om rum, tid og bevægelse, indtog alle pladser i salen."

På trods af succesen med den brede offentlighed blev relativitetsteorien accepteret med stort besvær i det videnskabelige samfund.

Fra 1910 til 1921 nominerede progressive kolleger Einstein til Nobelprisen i fysik ti gange, men den konservative Nobelkomité afviste hver gang med henvisning til, at relativitetsteorien endnu ikke havde modtaget tilstrækkelig eksperimentel bekræftelse.

Efter Eddingtons ekspedition begyndte dette at føles mere og mere skandaløst, og i 1921, stadig ikke overbevist, traf medlemmerne af udvalget en elegant beslutning - at tildele Einstein en pris, uden overhovedet at nævne relativitetsteorien, nemlig: For tjenester til teoretisk fysik og især for hans opdagelse af loven om den fotoelektriske effekt”.

Arisk fysik kontra Einstein

Einsteins popularitet i Vesten fremkaldte en smertefuld reaktion fra kolleger i Tyskland, som befandt sig praktisk talt isolerede efter det militante manifest i 1914 og nederlaget i Første Verdenskrig. I 1921 var Einstein den eneste tyske videnskabsmand, der modtog en invitation til World Solvay Physics Congress i Bruxelles (som han dog ignorerede til fordel for en rejse til USA med Weizmann).

På samme tid, trods ideologiske forskelle, lykkedes det Einstein at opretholde venskabelige forbindelser med de fleste af sine patriotiske kolleger. Men fra den yderste højrefløj af universitetsstuderende og akademikere har Einstein fået et ry som en forræder, der fører tysk videnskab på afveje.

En af repræsentanterne for denne fløj var Philip Leonard. På trods af at Lenard i 1905 modtog Nobelprisen i fysik for den eksperimentelle undersøgelse af elektroner produceret af den fotoelektriske effekt, led han hele tiden på grund af det faktum, at hans bidrag til videnskaben ikke var tilstrækkeligt anerkendt.

Først lånte han i 1893 et udledningsrør af sin egen fremstilling til Roentgen, og i 1895 opdagede Roentgen, at udledningsrørene udsendte stråler, som stadig var ukendte for videnskaben. Lenard mente, at opdagelsen i det mindste skulle betragtes som fælles, men hele opdagelsens herlighed og Nobelprisen i fysik i 1901 gik alene til Roentgen. Lenard var indigneret og erklærede, at han var strålemoderen, mens Røntgen kun var jordemoder. Samtidig brugte Roentgen tilsyneladende ikke Lenard-røret i afgørende eksperimenter.

Udladningsrøret, hvormed Lenard studerede elektroner i den fotoelektriske effekt, og Roentgen opdagede sin stråling

Udladningsrøret, hvormed Lenard studerede elektroner i den fotoelektriske effekt, og Roentgen opdagede sin stråling

For det andet var Lenard dybt fornærmet over britisk fysik. Han anfægtede prioriteringen af Thomsons opdagelse af elektronen og anklagede den engelske videnskabsmand for ukorrekt at henvise til hans arbejde. Lenard skabte en model af atomet, som kan betragtes som forløberen for Rutherfords model, men dette blev ikke noteret ordentligt. Det er ikke overraskende, at Lenard kaldte briterne for en nation af lejesoldater og bedrageriske handelsmænd, og tyskerne tværtimod en nation af helte, og efter udbruddet af Første Verdenskrig foreslog han at arrangere en intellektuel kontinental blokade af Storbritannien.

For det tredje var Einstein i stand til teoretisk at forklare den fotoelektriske effekt, og Lenard i 1913, selv før uenighederne i forbindelse med krigen, anbefalede ham endda til et professorat. Men Nobelprisen for opdagelsen af loven om den fotoelektriske effekt i 1921 blev givet til Einstein alene.

De tidlige 1920'ere var generelt en vanskelig tid for Lenard. Han stødte sammen med entusiastiske venstreorienterede studerende og blev offentligt ydmyget, da han efter mordet på den liberale politiker af jødisk oprindelse og den tyske udenrigsminister Walter Rathenau nægtede at sænke flaget på bygningen af sit institut i Heidelberg.

Hans opsparing, investeret i statsgæld, blev brændt ud af inflationen, og i 1922 døde hans eneste søn af følgerne af underernæring under krigen. Lenard blev tilbøjelig til at tro, at Tysklands problemer (også i tysk videnskab) er resultatet af en jødisk sammensværgelse.

En nær medarbejder til Lenard på dette tidspunkt var Johannes Stark, nobelprisvinderen i fysik i 1919, og han var også tilbøjelig til at give jødernes indspil skylden for sine egne fiaskoer. Efter krigen organiserede Stark, i opposition til det liberale Fysik Selskab, det konservative "Tyske Faglige Fællesskab af Universitetslærere", ved hjælp af hvilket han forsøgte at kontrollere finansieringen af forskning og udnævnelser til videnskabelige og lærerstillinger, men det lykkedes ikke.. Efter et mislykket forsvar af en kandidatstuderende i 1922 erklærede Stark, at han var omgivet af beundrere af Einstein, og trak sig som professor ved universitetet.

I 1924, seks måneder efter Beer Putsch, publicerede Grossdeutsche Zeitung en artikel af Lenard og Stark, "Hitler's Spirit and Science". Forfatterne sammenlignede Hitler med sådanne videnskabsgiganter som Galileo, Kepler, Newton og Faraday ("Sikke en velsignelse, at dette geni i kødet bor iblandt os!"), og roste også det ariske geni og fordømte den korrumperende jødedom.

Ifølge Lenard og Stark manifesterede den ødelæggende jødiske indflydelse sig i videnskaben i nye retninger af teoretisk fysik – kvantemekanikken og relativitetsteorien, som krævede en afvisning af gamle begreber og brugte et komplekst og ukendt matematisk apparat.

For ældre videnskabsmænd, selv de så talentfulde som Lenard, var dette en udfordring, som få var i stand til at acceptere.

Lenard stillede "jødisk", det vil sige teoretisk, fysik i modsætning til "arisk", altså eksperimentel, og krævede, at tysk videnskab fokuserede på sidstnævnte. I forordet til lærebogen "Tysk fysik" skrev han: "Tysk fysik? - vil folk spørge. Jeg kunne også sige arisk fysik, eller de nordiske folks fysik, sandhedssøgendes fysik, fysikken hos dem, der grundlagde videnskabelig forskning."

I lang tid forblev den "ariske fysik" af Lenard og Stark et marginalt fænomen, og fysikere af forskellig oprindelse var engageret i teoretisk og eksperimentel forskning på højeste niveau i Tyskland.

Det hele ændrede sig, da Adolf Hitler blev kansler i Tyskland i 1933. Einstein, som på det tidspunkt var i USA, gav afkald på tysk statsborgerskab og medlemskab af Videnskabernes Akademi, og Akademiets præsident Max Planck hilste denne beslutning velkommen: "På trods af den dybe afgrund, der deler vores politiske synspunkter, vil vores personlige venskaber altid forblive uændrede ", forsikrede han, at han er Einsteins personlige korrespondance. Samtidig ærgrede nogle medlemmer af akademiet sig over, at Einstein ikke demonstrativt var blevet bortvist fra det.

Johannes Stark blev snart præsident for Institut for Fysik og Teknologi og det tyske forskningsselskab. I løbet af det næste år forlod en fjerdedel af alle fysikere og halvdelen af teoretiske fysikere Tyskland.