آلبرت انیشتین کیست؟

 

آلبرت انیشتین، (زاده ۱۴ مارس ۱۸۷۹، اولم، وورتمبرگ، آلمان – درگذشته ۱۸ آوریل ۱۹۵۵، پرینستون، نیوجرسی، ایالات متحده)، فیزیکدان آلمانی الاصل که نظریه‌های نسبیت خاص و عام را توسعه داد و برنده جایزه نوبل فیزیک شد. در سال 1921 برای توضیح او در مورد اثر فوتوالکتریک. اینشتین را عموماً تأثیرگذارترین فیزیکدان قرن بیستم می دانند. برای ادامه مقاله با مجله علمی آندرومدامگ همراه باشید.

دوران کودکی و تحصیل

والدین انیشتین جز یهیودیان طبقه متوسط بودند. پدرش، هرمان انیشتین، در اصل یک فروشنده تخت پر بود و بعداً یک کارخانه الکتروشیمیایی را با موفقیت متوسطی اداره کرد. مادرش، پائولین کوخ سابق، اداره خانواده را بر عهده داشت. او یک خواهر به نام ماریا (که ماجا نام داشت) داشت که دو سال بعد از آلبرت به دنیا آمد.

 

انیشتین می‌نویسد که دو «عجایب» عمیقاً سال‌های اولیه او را تحت تأثیر قرار دادند. اولین مورد برخورد او با قطب نما در پنج سالگی بود. او متعجب بود که نیروهای نامرئی می توانند سوزن را منحرف کنند. این منجر به شیفتگی مادام العمر با نیروهای نامرئی می شود. دومین شگفتی در سن 12 سالگی زمانی رخ داد که او کتاب هندسه را کشف کرد که آن را بلعید و آن را “کتاب هندسه کوچک مقدس” خود نامید.

 

انیشتین در 12 سالگی عمیقاً مذهبی شد، حتی چندین آهنگ در ستایش خدا ساخت و در راه مدرسه آهنگ های مذهبی خواند. با این حال، پس از خواندن کتاب های علمی که با اعتقادات مذهبی او در تضاد بود، این تغییر شروع شد. این چالش با اقتدار مستقر تأثیر عمیق و ماندگاری بر جای گذاشت. در ورزشگاه لویتپولد، انیشتین اغلب احساس می‌کرد بی‌جا و قربانی یک سیستم آموزشی به سبک پروس است که به نظر می‌رسید اصالت و خلاقیت را خفه می‌کرد. حتی یکی از معلمان به او گفت که او هرگز به چیزی نمی رسد.

یکی دیگر از تأثیرات مهم دیگر بر اینشتین، یک دانشجوی جوان پزشکی به نام ماکس تلمود (بعدها ماکس تالمی) بود که اغلب در خانه اینشتین شام می خورد. تلمود یک معلم غیررسمی شد و اینشتین را با ریاضیات و فلسفه آشنا کرد. زمانی که اینشتین 16 ساله بود، یک نقطه عطف مهم رخ داد. تلمود پیش از این او را با مجموعه‌ای از علوم کودکان توسط آرون برنشتاین، Naturwissenschaftliche Volksbucher (1867-1868؛ کتاب‌های محبوب علوم فیزیکی) معرفی کرده بود، که در آن نویسنده سوار شدن در کنار برقی را که درون سیم تلگراف حرکت می‌کرد، تصور می‌کرد. سپس انیشتین این سوال را از خود پرسید که در 10 سال آینده بر تفکر او غالب خواهد شد: یک پرتو نور اگر بتوانید در کنار آن بدوید چگونه به نظر می رسد؟ اگر نور یک موج بود، پرتو نور باید ثابت به نظر برسد، مانند یک موج یخ زده. با این حال، حتی در کودکی می دانست که امواج نور ثابت هرگز دیده نشده اند، بنابراین یک پارادوکس وجود داشت. انیشتین همچنین اولین “مقاله علمی” خود را در آن زمان نوشت (“بررسی وضعیت اتر در میدان های مغناطیسی”).

 

آموزش انیشتین به دلیل شکست های مکرر پدرش در تجارت مختل شد. در سال 1894، پس از اینکه شرکت او نتوانست قرارداد مهمی برای برق‌رسانی شهر مونیخ به دست آورد، هرمان انیشتین برای کار با یکی از بستگانش به میلان نقل مکان کرد. انیشتین را در یک پانسیون در مونیخ رها کردند و انتظار داشتند که تحصیلات خود را به پایان برساند. انیشتین تنها، بدبخت و دور از انتظار انجام وظیفه نظامی وقتی 16 ساله شد، شش ماه بعد فرار کرد و در آستان پدر و مادر متعجب خود فرود آمد. والدین او متوجه مشکلات عظیمی شدند که او به عنوان یک ترک تحصیل و طفره رفتن از سربازی بدون هیچ مهارت قابل استفاده با آن مواجه بود. چشم انداز او امیدوار کننده به نظر نمی رسید.

خوشبختانه، انیشتین می‌توانست مستقیماً به Eidgenössische Polytechnische Schule («مدرسه پلی‌تکنیک فدرال سوئیس»؛ در سال 1911، پس از گسترش در سال 1909 به وضعیت دانشگاه کامل، به Eidgenössische Technische Hochschule یا «موسسه فناوری فدرال سوئیس» تغییر نام داد. بدون معادل دیپلم دبیرستان در صورت قبولی در امتحانات ورودی سخت آن. نمرات او نشان می داد که در ریاضیات و فیزیک عالی بود، اما در فرانسه، شیمی و زیست شناسی شکست خورد. به دلیل نمرات استثنایی ریاضیات، او به شرطی به پلی تکنیک اجازه ورود پیدا کرد که ابتدا تحصیلات رسمی خود را تمام کند. او به دبیرستان ویژه ای رفت که توسط Jost Winteler در آرائو سوئیس اداره می شد و در سال 1896 فارغ التحصیل شد. او همچنین در آن زمان تابعیت آلمانی خود را ترک کرد. (او تا سال 1901 بدون تابعیت بود، زمانی که تابعیت سوئیس به او اعطا شد.) او با خانواده وینتلر، که با آن ها سوار شده بود، دوست مادام العمر شد. (دختر وینتلر، ماری، اولین عشق انیشتین بود؛ خواهر انیشتین، ماجا، در نهایت با پسر وینتلر، پل ازدواج کرد؛ و دوست صمیمی او میکل بسو با دختر بزرگشان، آنا، ازدواج کرد.)

 

انیشتین به یاد می آورد که سال های اقامت در زوریخ برخی از شادترین سال های زندگی او بود. او با دانش‌آموزان زیادی آشنا شد که به دوستان وفادار تبدیل می‌شدند، مانند مارسل گروسمان، ریاضیدان، و بسو، که از گفتگوهای طولانی در مورد مکان و زمان با آنها لذت می‌برد. او همچنین با همسر آینده خود، میلوا ماریچ، یک دانشجوی فیزیک از صربستان آشنا شد.

پس از فارغ التحصیلی در سال 1900، اینشتین با یکی از بزرگترین بحران های زندگی خود روبرو شد. از آنجا که او دروس پیشرفته را به تنهایی مطالعه می کرد، اغلب کلاس ها را قطع می کرد. این باعث دشمنی برخی از اساتید به ویژه هاینریش وبر شد. متأسفانه انیشتین از وبر توصیه نامه خواست. متعاقباً انیشتین برای هر موقعیت آکادمیکی که درخواست می کرد، رد شد. او بعداً نوشت،

 

اگر وبر یک بازی نادرست با من انجام نمی داد، مدت ها پیش [یک شغل] پیدا می کردم.

در همین حال، رابطه انیشتین با ماریک عمیق تر شد، اما والدینش به شدت با این رابطه مخالفت کردند. مادرش به ویژه به پیشینه صرب او اعتراض داشت (خانواده ماریچ مسیحی ارتدوکس شرقی بودند). با این حال، انیشتین با والدین خود مخالفت کرد و در ژانویه 1902 او و ماریچ حتی صاحب فرزندی به نام لیزرل شدند که سرنوشت او مشخص نیست. (معمولاً تصور می شود که او بر اثر مخملک درگذشت یا برای فرزندخواندگی واگذار شد.)

 

در سال 1902 اینشتین شاید به پایین ترین نقطه زندگی خود رسید. او نمی توانست بدون کار با ماریچ ازدواج کند و خانواده اش را تامین کند و تجارت پدرش ورشکست شد. انیشتین مستاصل و بیکار، مشاغل پستی را برای آموزش کودکان انتخاب کرد، اما حتی از این مشاغل نیز اخراج شد.

 

نقطه عطف اواخر همان سال بود، زمانی که پدر دوست همیشگی اش مارسل گروسمن توانست او را برای سمتی به عنوان منشی در اداره ثبت اختراع سوئیس در برن معرفی کند. در همان زمان، پدر انیشتین به شدت بیمار شد و درست قبل از مرگ او، برکت خود را داد تا پسرش با ماریک ازدواج کند. سال‌ها، انیشتین با یادآوری اینکه پدرش مرده بود، غم و اندوه زیادی را تجربه می‌کرد.

 

با درآمد اندک اما ثابت برای اولین بار، انیشتین به اندازه کافی برای ازدواج با ماریک احساس اطمینان کرد، که در 6 ژانویه 1903 ازدواج کرد. فرزندان آنها، هانس آلبرت و ادوارد، به ترتیب در سال 1904 و 1910 در برن متولد شدند. در گذشته، شغل انیشتین در اداره ثبت اختراع یک برکت بود. او به سرعت تجزیه و تحلیل درخواست‌های ثبت اختراع را به پایان می‌رساند و به او فرصت می‌دهد تا در مورد چشم‌اندازی که از ۱۶ سالگی او را به خود مشغول کرده بود، رویاپردازی کند: اگر در کنار یک پرتو نور مسابقه دهید، چه اتفاقی می‌افتد؟ زمانی که در مدرسه پلی تکنیک بود، معادلات ماکسول را که ماهیت نور را توصیف می کند، مطالعه کرده بود و به حقیقتی ناشناخته برای خود جیمز کلرک ماکسول پی برد – یعنی سرعت نور بدون توجه به سرعت حرکت یکسان باقی می ماند. با این حال، این قوانین حرکت نیوتن را نقض می کند، زیرا در نظریه اسحاق نیوتن سرعت مطلق وجود ندارد. این بینش باعث شد تا اینشتین اصل نسبیت را فرموله کند: “سرعت نور در هر قاب اینرسی (قاب دائماً متحرک) ثابت است.”

در ابتدا مقالات انیشتین در سال 1905 توسط جامعه فیزیک نادیده گرفته شد. این تغییر پس از آن شروع شد که او توجه یک فیزیکدان را جلب کرد، شاید تأثیرگذارترین فیزیکدان نسل خود، ماکس پلانک، بنیانگذار نظریه کوانتومی.

 

به زودی، به دلیل اظهارات ستایش آمیز پلانک و آزمایش هایی که به تدریج نظریه های او را تأیید کرد، انیشتین برای سخنرانی در جلسات بین المللی مانند کنفرانس های Solvay دعوت شد و به سرعت در جهان آکادمیک رشد کرد. به او یک سری سمت در موسسات معتبر از جمله دانشگاه زوریخ، دانشگاه پراگ، موسسه فناوری فدرال سوئیس و در نهایت دانشگاه برلین، جایی که او به عنوان مدیر موسسه فیزیک قیصر ویلهلم خدمت کرد، پیشنهاد شد. 1913 تا 1933 (اگرچه افتتاح مؤسسه تا سال 1917 به تعویق افتاد).

 

حتی با گسترش شهرت او، ازدواج انیشتین در حال فروپاشی بود. او دائماً در راه بود و در کنفرانس‌های بین‌المللی سخنرانی می‌کرد و در تفکر نسبیت گم شد. این زوج مکرراً در مورد فرزندان و وضعیت مالی ناچیزشان با هم بحث می کردند. انیشتین که متقاعد شده بود ازدواجش محکوم به شکست است، رابطه ای با پسر عموی خود به نام السا لوونتال آغاز کرد که بعداً با او ازدواج کرد. (السا از طرف مادرش پسر عموی اول و از طرف پدرش پسر عموی دوم بود.) وقتی سرانجام در سال 1919 از میلوا جدا شد، موافقت کرد که در صورت دریافت جایزه نوبل، پولی را که ممکن است دریافت کند به او بدهد.

یکی از افکار عمیقی که انیشتین را از سال 1905 تا 1915 درگیر کرد، نقص اساسی در نظریه خود او بود: هیچ اشاره ای به گرانش یا شتاب نداشت. دوستش پل ارنفست متوجه یک واقعیت عجیب شده بود. اگر یک دیسک در حال چرخش باشد، لبه آن سریعتر از مرکز آن حرکت می کند و از این رو (بر اساس نسبیت خاص) میله های متری که روی محیط آن قرار می گیرند باید کوچک شوند. این بدان معناست که هندسه صفحه اقلیدسی باید برای دیسک شکست بخورد. برای 10 سال آینده، انیشتین با فرموله کردن نظریه گرانش بر حسب انحنای فضا-زمان جذب خواهد شد. از نظر انیشتین، نیروی گرانشی نیوتن در واقع محصول جانبی یک واقعیت عمیق تر بود: خم شدن بافت فضا و زمان.

در نوامبر 1915 انیشتین سرانجام نظریه نسبیت عام را تکمیل کرد که او آن را شاهکار خود می دانست. در تابستان 1915، انیشتین شش سخنرانی دو ساعته در دانشگاه گوتینگن ایراد کرد که به طور کامل نسخه ناقصی از نسبیت عام را که فاقد چند جزئیات ریاضی ضروری بود توضیح می داد. دیوید هیلبرت ریاضی‌دانی که سخنرانی‌ها را در دانشگاه خود سازماندهی کرده بود و با انیشتین مکاتبه می‌کرد، با شگفتی انیشتین بسیار متعجب شد، سپس این جزئیات را تکمیل کرد و در ماه نوامبر مقاله‌ای در مورد نسبیت عام، درست پنج روز قبل از انیشتین ارائه کرد، گویی این نظریه متعلق به او است. خود. بعداً آنها اختلافات خود را اصلاح کردند و دوست ماندند. اینشتین به هیلبرت می‌نویسد،

امروزه فیزیکدانان عملی را که معادلات از آن به دست می‌آیند، عمل انیشتین-هیلبرت می‌دانند، اما خود این نظریه صرفاً به انیشتین نسبت داده می‌شود.

کار انیشتین با جنگ جهانی اول قطع شد. او که مادام العمر صلح طلب بود، تنها یکی از چهار روشنفکر آلمانی بود که مانیفست مخالف ورود آلمان به جنگ را امضا کرد. او که منزجر شده بود، ناسیونالیسم را «سرخک بشریت» خواند. او می‌نویسد: «در چنین زمانی، آدم متوجه می‌شود که متعلق به چه گونه جانوری متأسفانه است.»

 

در هرج و مرج پس از جنگ، در نوامبر 1918، دانشجویان تندرو کنترل دانشگاه برلین را به دست گرفتند و رئیس کالج و چندین استاد را گروگان گرفتند. بسیاری می ترسیدند که درخواست پلیس برای آزادی مقامات منجر به یک رویارویی غم انگیز شود. انیشتین از آنجا که هم مورد احترام دانشجویان و هم اساتید بود، کاندیدای منطقی برای میانجیگری این بحران بود. اینشتین به همراه مکس بورن، مصالحه‌ای را به میان آورد که آن را حل کرد.

 

پس از جنگ، دو اکسپدیشن برای آزمایش پیش‌بینی انیشتین مبنی بر انحراف نور ستاره در نزدیکی خورشید فرستاده شد. یکی به مقصد جزیره پرنسیپ در سواحل غرب آفریقا و دیگری به سوبرال در شمال برزیل به منظور مشاهده خورشید گرفتگی 29 مه 1919 حرکت کرد. در 6 نوامبر نتایج در لندن در یک نشست مشترک اعلام شد. از انجمن سلطنتی و انجمن سلطنتی نجوم.

تیتر روزنامه تایمز لندن چنین بود: «انقلاب در علم- نظریه جدید جهان- ایده های نیوتن سرنگون شد- اعلام لحظه ای- فضا «محوّر شد.» تقریباً بلافاصله، انیشتین به یک فیزیکدان مشهور جهانی تبدیل شد و جانشین اسحاق نیوتن شد.

 

دعوت‌نامه‌هایی برای او سرازیر شد تا در سراسر جهان سخنرانی کند. در سال 1921 انیشتین اولین تور از چندین تور جهانی را با بازدید از ایالات متحده، انگلستان، ژاپن و فرانسه آغاز کرد. هر جا که می رفت، جمعیت به هزاران نفر می رسید. در مسیر ژاپن، او خبر دریافت جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد، اما برای اثر فوتوالکتریک و نه برای نظریه‌های نسبیت. انیشتین در طول سخنرانی پذیرش خود، با صحبت در مورد نسبیت به جای اثر فوتوالکتریک، حضار را شگفت زده کرد.

 

اینشتین همچنین علم جدید کیهان شناسی را راه اندازی کرد. معادلات او پیش‌بینی می‌کرد که جهان پویا است – در حال انبساط یا انقباض. این با دیدگاه رایج مبنی بر ساکن بودن جهان در تضاد بود، بنابراین او با اکراه یک «اصطلاح کیهان‌شناختی» را برای تثبیت مدل خود از جهان معرفی کرد. در سال 1929، ادوین هابل، ستاره شناس دریافت که جهان واقعاً در حال انبساط است و بدین ترتیب کار قبلی اینشتین را تأیید کرد. در سال 1930، انیشتین در بازدید از رصدخانه مونت ویلسون در نزدیکی لس آنجلس، با هابل ملاقات کرد و ثابت کیهانی را “بزرگترین اشتباه” خود اعلام کرد. با این حال، داده‌های ماهواره‌ای اخیر نشان داده‌اند که ثابت کیهانی احتمالاً صفر نیست، بلکه در واقع بر محتوای ماده-انرژی کل جهان مسلط است. “اشتباه” انیشتین ظاهراً سرنوشت نهایی جهان را تعیین می کند.

اینشتین در سال 1935 اقامت دائم ایالات متحده را دریافت کرد و در سال 1940 شهروند آمریکا شد، اگرچه او ترجیح داد تابعیت سوئیسی خود را حفظ کند. در طول جنگ از همکاران انیشتین خواسته شد تا به شهر بیابانی لوس آلاموس در نیومکزیکو سفر کنند تا اولین بمب اتمی را برای پروژه منهتن بسازند. انیشتین، مردی که معادله اش کل تلاش را به حرکت درآورده بود، هرگز از او خواسته نشد که شرکت کند. پرونده‌های انبوهی از طبقه‌بندی‌شده اداره تحقیقات فدرال (FBI) که تعداد آنها به چندین هزار می‌رسد، دلیل را آشکار می‌کند: دولت ایالات متحده از ارتباط مادام‌العمر انیشتین با سازمان‌های صلح و سوسیالیست می‌ترسید. (مدیر اف بی آی جی. ادگار هوور تا آنجا پیش رفت که توصیه کرد که انیشتین را با قانون طرد بیگانگان از آمریکا دور نگه دارند، اما وزارت خارجه ایالات متحده او را رد کرد.) در عوض، در طول جنگ از انیشتین خواسته شد که به نیروی دریایی ایالات متحده کمک کند. ارزیابی طرح ها برای سیستم های تسلیحاتی آینده اینشتین همچنین با به حراج گذاشتن دست نوشته های شخصی گرانبها به جنگ کمک کرد. به ویژه، یک نسخه دست نویس از مقاله او در سال 1905 در مورد نسبیت خاص به قیمت 6.5 میلیون دلار فروخته شد. اکنون در کتابخانه کنگره قرار دارد.

 

انیشتین در تعطیلات بود که خبر پرتاب بمب اتمی به ژاپن را شنید. تقریباً بلافاصله او بخشی از یک تلاش بین المللی برای کنترل بمب اتمی بود و کمیته اضطراری دانشمندان اتمی را تشکیل داد.

جامعه فیزیک بر سر این سوال که آیا بمب هیدروژنی بسازد یا خیر، دو دستگی شد. جی رابرت اوپنهایمر، مدیر پروژه بمب اتمی، به دلیل داشتن انجمن های چپ گرا از مجوز امنیتی محروم شد. انیشتین از اوپنهایمر حمایت کرد و با توسعه بمب هیدروژنی مخالفت کرد و در عوض خواستار کنترل های بین المللی بر گسترش فناوری هسته ای شد. انیشتین همچنین به طور فزاینده ای به فعالیت های ضد جنگ و پیشبرد حقوق مدنی آمریکایی های آفریقایی تبار کشیده شد.

اگرچه انیشتین به پیشروی بسیاری از تحولات کلیدی در نظریه نسبیت عام ادامه داد – مانند کرم چاله ها، ابعاد بالاتر، امکان سفر در زمان، وجود سیاهچاله ها و ایجاد جهان – او به طور فزاینده ای از بقیه نقاط منزوی شد. جامعه فیزیک به دلیل گام های بزرگی که توسط نظریه کوانتومی در کشف اسرار اتم ها و مولکول ها انجام شد، اکثر فیزیکدانان روی نظریه کوانتومی کار می کردند، نه نسبیت. در واقع، انیشتین در یک سری بحث‌های خصوصی تاریخی با نیلز بور، مبتکر مدل اتمی بور شرکت می‌کند. اینشتین از طریق مجموعه‌ای از «آزمایش‌های فکری» پیچیده، سعی کرد ناسازگاری‌های منطقی را در نظریه کوانتومی، به‌ویژه فقدان مکانیسم قطعی، بیابد. انیشتین اغلب می‌گفت که «خدا با جهان تاس بازی نمی‌کند».

 

در سال 1935 مشهورترین حمله انیشتین به نظریه کوانتومی منجر به آزمایش فکری EPR (انیشتین-پودولسکی-روزن) شد. بر اساس تئوری کوانتومی، تحت شرایط خاصی دو الکترون که در فواصل بسیار زیاد از هم جدا شده اند، مانند یک بند ناف، خواصشان به هم مرتبط می شود. در این شرایط، اگر خواص الکترون اول اندازه گیری می شد، وضعیت الکترون دوم فوراً مشخص می شد – سریعتر از سرعت نور. انیشتین ادعا کرد که این نتیجه گیری به وضوح نسبیت را نقض می کند. (آزمایش‌های انجام‌شده از آن زمان تأیید کرده‌اند که نظریه کوانتومی، به جای انیشتین، در مورد آزمایش EPR درست بوده است. در اصل، آنچه انیشتین نشان داده بود این بود که مکانیک کوانتومی غیرمحلی است – یعنی اطلاعات تصادفی می‌توانند سریع‌تر از نور حرکت کنند. نسبیت را نقض نکنید، زیرا اطلاعات تصادفی و در نتیجه بی فایده است.)

به نوعی، انیشتین، به جای اینکه یک یادگار باشد، ممکن است خیلی جلوتر از زمان خود بوده باشد. نیروی قوی، بخش اصلی هر نظریه میدان یکپارچه، هنوز در طول زندگی انیشتین یک راز بود. تنها در دهه 1970 و 1980، فیزیکدانان شروع به کشف راز نیروی قوی با مدل کوارک کردند. با این وجود، کار انیشتین همچنان برنده جوایز نوبل برای فیزیکدانان موفق است. در سال 1993 جایزه نوبل به کاشفان امواج گرانشی که توسط انیشتین پیش بینی شده بود اهدا شد. در سال 1995 جایزه نوبل به کاشفان میعانات بوز-اینشتین (شکل جدیدی از ماده که می تواند در دمای بسیار پایین رخ دهد) اهدا شد. تعداد سیاهچاله های شناخته شده اکنون به هزاران می رسد. نسل های جدید ماهواره های فضایی به راستی آزمایی کیهان شناسی انیشتین ادامه داده اند. و بسیاری از فیزیکدانان برجسته در تلاش هستند تا رویای نهایی انیشتین را برای “نظریه همه چیز” به پایان برسانند.