Albert Einstein fizician teoretician de etnie evreiască

„Lucrul cel mai frumos pe care îl putem trai este tainicul. Este simţământul ce stă la leagănul adevăratei ştiinţe şi arte. Cine nu-l cunoaşte, cel care nu se mai poate mira, acela este, pentru a spune aşa, mort, iar ochii săi sunt închişi '„           A. Einstein.                 Una dintre cele mai simple şi mai importante ramuri ale fizicii este mecanica. Încă din cele mai vechi timpuri oamenii au încercat să-i afle tainele şi să o exprime într-o formă logică folosindu-se de aparatul matematic. Primii care au făcut acest pas important au fost filosofii greci. Aristotel ( 384-322 i. e.n ) a fost unul dintre primii cercetători ai naturii care a făcut o sinteza a cunoştinţelor mecanicii şi a publicat-o sub forma unui tratat. Astăzi ştim că o mare parte a principiilor sale sunt eronate, insă principalul său merit este acela de a fi încercat să exprime ideile vremii sale sub forma unor legi universal valabile. Din aceasta cauza, şi nu numai, Aristotel merită să fie considerat unul dintre primii cercetători ai naturii în sensul modern al cuvântului. Una dintre legile mecanicii definite de Aristotel este cea conform căreia „ starea naturală „ a corpurilor este repaosul, generaţiile următoare infirmând valabilitatea acestei legi. Din păcate, insă, a fost nevoie să treacă aproape 2000 de ani pană la Galileo Galilei (1563-1642) care după o serie de experimente de mecanică a reuşit să formuleze Principiul Inerţiei ce afirmă că „ starea naturală „ a corpurilor este mişcarea rectilinie uniformă ( în linie dreaptă şi cu viteză constantă ), repaosul fiind doar un caz particular al acesteia. Prin „ stare naturală „ trebuie să se inteleaga aici, starea acelui corp care este sustras tuturor influentelor exterioare datorate interacţiei cu alte corpuri. Această afirmaţie va deveni primul dintre cele cinci principii ale mecanicii clasice formulate de Isaac Newton (1643-1727) în celebra sa lucrare „ Principia mathematica philosophie naturalis „ ( Principiile matematice ale filosofiei naturale ) publicată în anul 1687. In această amplă operă Newton defineşte spaţiul şi timpul ca fiind absolute, având aceeaşi valoare, sau aceeaşi mărime, în toate sistemele de referinţă inerţiale, la fel ca şi predecesorul său, Galilei care a formulat legile de transformare a coordonatelor spatio-temporare ce-i poartă numele, acestea fiind:x' = x-vt; x = x'+vt' unde t' = t y' = y şi z' =z (x' şi t' respectiv x şi t sunt coordonatele spaţiale şi temporare în două sisteme de referinţă inerţiale ce se mişcă cu viteza v unul fată de altul. Definirea şi explicarea lor se va face mai târziu ). În capitolul „ Transformările Lorentz „ se va arăta că aceste transformări nu mai sunt valabile la viteze relativ mari, comparabile cu cea a luminii. Principala greşeală a mecanicii clasice a constat în faptul că spaţiu şi timpul au fost presupuse absolute din start, fizica acelei perioade nepermiţând sesizarea vreunei greşelii. O discuţie mai amplă asupra absolutismului din mecanica newtoniană se va face în capitolele dedicate relativităţii restrânse. Însă să revenim la Principiul Inerţiei.           S-a ajuns ceva mai devreme la concluzia conform căreia un corp pus în mişcare va continua sa-şi păstreze această stare la nesfârşit, schimbarea survenind doar atunci când asupra corpului va acţiona o forţa exterioara. Astfel Principiu Relativităţii clasice va începe să prindă rădăcini.           În primul rând pentru elucidarea acestui principiu este nevoie să se definească noţiunea de sistem de referinţa inerţial, notat pe scurt SRI ( a nu se confunda cu Serviciul Român de Informaţii ).           Să ne imaginăm că într-o regiune din Univers avem un număr oarecare de corpuri X1, X2, X3. Xn, care se mişcă rectiliniu şi uniform unele fată de altele. Pentru un observator aflat pe oricare din aceste corpuri, să presupunem X1, toate celelalte corpuri pot fi considerate SRI-uri, deoarece pentru toate acestea este valabil Principiul Inerţiei definit ceva mai devreme. Cu alte cuvinte, oricare din aceste corpuri poate fi considerat SRI pentru celelalte, iar acestea din urmă sunt la rândul lor SRI-uri pentru acest corp.           Acum putem reveni la definirea Principiului Relativităţii, ce afirmă că legile mecanicii sunt aceleaşi în orice SRI. Iniţial, oricât de ciudat ni s-ar părea nouă astăzi, acest principiu fundamental nu a fost acceptat imediat. Galileo Galilei a încercat să înlăture orice dubii ce planau asupra valabilităţii acestui principiu printr-un experiment mintal ce se desfăşoară în cabina unei corăbii aflate în mişcare: „ Dacă mişcarea este rectilinie şi uniformă, nu veţi observa nici o schimbare în toate fenomenele şi nici nu veţi fi în stare să afirmaţi, ţinând seama de aceste fenomene, dacă corabia se mişca sau nu. Sărind veţi parcurge aceleaşi distante ca în cazul în care aceasta ar sta pe loc, adică, datorita mişcării corăbiei, nu veţi face salturi mai mari spre pupa decât spre prora acesteia, deşi în timp ce vă aflaţi în aer podeaua de sub voi fuge în partea opusă săriturii „ (fig. 1).

            O revizuire critica a noţiunilor de spatiu şi timp, pe baza unei analize profunde a faptelor experimentale şi teoretice de care dispunea fizica la începutul secolului XX, i-a permis lui Albert Einstein construirea unei teorii, care a revoluţionat întreaga fizica.           Concluziile acestei analize au fost sintetizate de către Einstein (1905) în doua postulate, care constituie punctul de pornire al teoriei relativităţii restrânse (speciale). Primul postulat este o generalizare a principiului relativităţii mecanice. Acest principiu al lui Einstein afirma ca:           FENOMENELE FIZICE SE DESFĂŞOARĂ IDENTIC IN TOATE SISTEMELE DE REFERINŢĂ INERŢIALE IN CONDIŢII INIŢIALE IDENTICE.           Astfel, noţiunea de sistem de referinţă absolut este eliminata din fizica şi de asemenea şi eterul universal.           Formularea legilor fizici este aceeaşi în toate sistemele de referinţă inerţiale.           Cel de-al doilea postulat afirma:           VITEZA LUMINI IN VID ARE ACEEAŞI VALOARE IN TOATE SISTEMELE DE REFERINŢĂ INIŢIALE şi IN TOATE DIRECŢIILE, ADICĂ NU DEPINDE DE MIŞCAREA SURSEI DE LUMINA SAU A OBSERVATORULUI.           Viteza lumini în vid reprezintă viteza maxima de transmisie a oricărei interacţiuni.           Teoria rivalităţi restrânse, care se bazează pe cele doua postulate ale lui Enstein, ia în considerare numai sistemele de referinţă inerţiale. Mişcarea accelerata a sistemelor de referinţă se studiază în cadrul teoriei generalizate a rivalităţii.           Teoria rivalităţii lui Einstein reprezintă o concepţie noua despre spatiu şi timp. Afirmaţia privind constanta vitezei luminii în vid şi a faptului ca acesta reprezintă viteza maxima de transmitere a oricărei interacţiuni a condus la reconsiderarea unor noţiuni spaţio-temporale fundamentale ca: simultaneitatea, durata unui proces sau interval de timp dintre diferite evenimente, dimensiunile corpurilor, respectiv distantele ce separa în spatiu diferite evenimente. Propagarea unui semnal luminos în vid şi valoarea vitezei acestuia sunt elemente comune tuturor sistemelor de referinţă inerţiale şi pot fi puse la baza unor defintii fundamentale în toate aceste sisteme. In acest sens vom expune concepţia lui Einstein despre simultaneitate, durata unui proces şi dimensiunile corpurilor în mişcare.                                                                           SFÂRŞIT      

Motivul pentru care scriu acest cuvânt înainte este că vreme de treizeci de ani am fost prieten şi consilier al editurii Princeton University Press, dând o mână de ajutor la netezirea drumului pentru uriaşul şi dificilul proiect al publicării „Einstein Papers”, proiect în care Alice Calaprice joacă un rol central. După îndelungate amânări şi controverse înverşunate, proiectul de publicare a demarat acum în forţă, dând la iveală un flux constant de volume pline de comori ştiinţifice şi istorice.           L-am cunoscut pe Einstein doar indirect, prin secretara sa care era şi custode al arhivelor, Helen Dukas. Helen era un prieten afectuos şi generos, atât cu cei mari cât şi cu cei mici. Fusese vreme îndelungată bona preferată a copiilor noştri. Îi plăcea să vorbească despre Einstein, punând mereu în evidenţă simţul umorului şi detaşarea sa senină de pasiunile care îi stăpânesc pe muritorii de rând. Copiii noştri şi-o amintesc ca pe o doamnă în vârstă, cumsecade şi voioasă, cu accent german. Insă era şi tenace. Se lupta ca o leoaică pentru a-i împiedica pe cei care voiau să invadeze spaţiul privat al lui Einstein, pe când acesta era în viaţă, şi tot ca o leoaică s-a luptat, după moartea lui, pentru a păstra intimitatea scrierilor mai personale ale savantului. Ea şi cu Otto Nathan au fost executorii testamentari ai lui Einstein, şi erau gata să intenteze proces pentru a pedepsi pe oricine ar fi îndrăznit să publice documentele lui Einstein fără acordul lor. Dincolo de aparenta sa seninătate, simţeam din când în când la Helen tensiuni mocnite. Se întâmpla uneori să mormăie cuvinte de neînţeles la adresa unor persoane necunoscute care îi făceau viaţa mizerabilă.           Testamentul lui Einstein dispunea ca arhiva conţinând scrierile sale să rămână în administrarea lui Otto Nathan şi a lui Helen pe toată durata vieţii lor, iar după aceea să devină proprietatea permanentă a Universităţii Ebraice din Ierusalim. Timp de douăzeci şi şase de ani după moartea lui Einstein din 1955, arhiva a fost găzduită într-un lung şir de fişiere la Institutul pentru Studii Avansate din Princeton. Helen lucra zi de zi la arhivă, ocupându-se de un volum enorm de corespondenţă şi descoperind mii de noi documente care să fie adăugate colecţiei.           În decembrie 1981 Otto Nathan şi Helen se bucurau amândoi de o sănătate aparent bună. Apoi, într-o seară în preajma Crăciunului, pe când cei mai mulţi dintre membrii Institutului erau în vacanţă, a avut loc o manevră subită. Era o seară întunecoasă şi ploioasă. Un camion mare oprise în faţa Institutului, şi un detaşament de soldaţi israelieni bine înarmaţi stătea de pază. S-a întâmplat să trec pe acolo şi am aşteptat să văd ce se întâmplă. Eram singurul spectator la vedere, dar nu am nici o îndoială că Helen era şi ea prezentă, supraveghind probabil operaţiunea de la fereastra ei de la ultimul etaj al Institutului, într-o succesiune rapidă, o serie de lăzi mari de lemn au fost aduse jos cu liftul de la ultimul etaj, scoase din clădire pe uşa din faţă care era deschisă şi încărcate în camion. Soldaţii au sărit pe platformă şi camionul a dispărut în noapte. A doua zi, arhiva a ajuns la destinaţia ei finală, la Ierusalim. Helen şi-a continuat slujba la Institut, ocupându-se de corespondenţă şi dereticând spaţiul gol în care fusese arhiva. Şase săptămâni mai târziu, brusc şi surprinzător, a murit. N-am ştiut niciodată dacă avusese vreo premoniţie legată de moartea ei; în orice caz, s-a asigurat ca arhiva pe care o iubea să fie pe mâini sigure înainte de dispariţia ei.           După ce Universitatea Ebraică şi-a asumat responsabilitatea arhivei şi după moartea lui Otto Nathan, în ianuarie 1987, fantomele care o bântuiseră pe Helen au ieşit repede la lumină. Robert Schulmann, un istoric al ştiinţei care se alăturase proiectului „Einstein Papers” cu câţiva ani în urmă, a aflat din Elveţia cum că ar exista încă o rezervă secretă de scrisori de dragoste, scrise cam pe la sfârşitul secolului de Einstein şi de prima lui soţie, Mileva Maric. El a bănuit că scrisorile ar putea face parte din moştenirea Milevei, adusă în California de nora sa Frieda, prima soţie a fiului mai mare al lui Einstein, Hans, după moartea Milevei survenită în Elveţia în 1948. Cu toate că Schulmann primise asigurări repetate că singurele scrisori existente erau cele de după despărţirea Milevei de Einstein din 1914, el nu s-a lăsat convins. În 1986 s-a întâlnit la Berke-ley cu nepoata lui Einstein, Evelyn. Au descoperit împreună un indiciu hotărâtor. Într-un manuscris nepublicat pe care Frieda îl pregătise despre Mileva, dar care nu făcea parte din text, se găseau referiri directe la cincizeci şi patru de scrisori de dragoste. Concluzia era evidentă: scrisorile făceau parte cu siguranţă din colecţia de mai bine de patru sute de scrisori aflate în posesia Einstein Family Correspondence Trust, instituţia juridică ce îi reprezenta pe moştenitorii din California ai Milevei. Deoarece anterior Otto Nathan şi Helen Dukas blocaseră publicarea biografiei Friedei, Family Trust le interzisese accesul la corespondenţă, iar ei nu ştiau ce conţine. Descoperirea notelor Friedei şi transferarea documentelor către Universitatea Ebraică au făcut cu putinţă continuarea publicării corespondenţei.

Teoria relativităţii pe înţelesul tuturor                 Autoportret.           Noi nu ştim ce este esenţial în propria existenţă personală, iar altuia nu trebuie să-l pese de asta. Ce ştie un peşte despre apă în care înoată întreaga lui viaţă?           Ceea ce a fost amar şi dulce a venit din afară, ceea ce a fost greu dinăuntru, din străduinţa proprie. Am făcut, în principal, ceea ce propria mea natură m-a împins să fac. A fost penibil să primesc pentru aceasta atât de multă preţuire şi dragoste. Şi săgeţi ale urii au fost ţintite spre mine: ele nu m-au atins însă nicicând, deoarece aparţineau întru câtva unei alte lumi şi cu aceasta nu am nici o legătură.           Trăiesc într-o singurătate care este dureroasă în tinereţe, dar minunată în anii maturităţii.           I CUNOAŞTEREA NATURII: PRINCIPII ŞI EVOLUŢIE ISTORICĂ           DISCURS DE RECEPŢIE LA ACADEMIA PRUSACĂ DE ŞTIINŢE           Mult stimaţi colegi, Primiţi mai întâi mulţumirile mele profunde pentru fapta dumneavoastră bună, cea mai mare binefacere de care se poate bucura un om ca mine. Invitându-mă în Academia dumneavoastră, mi-aţi oferit posibilitatea să mă dedic cu totul cercetărilor ştiinţifice, eliberat de agitaţia şi grijile unei profesiuni practice. Vă rog să rămâneţi convinşi de sentimentele mele de recunoştinţă şi de sârguinţa strădaniilor mele, chiar şi atunci când roadele eforturilor mele vi se vor părea sărăcăcioase.           Îngăduiţi-mi să adaug la toate acestea câteva observaţii generale cu privire la locul pe care îl ocupă domeniul meu de activitate, fizica teoretică, în raport cu fizică experimentală. Un prieten matematician îmi spunea deunăzi jumătate în glumă, jumătate în serios: „Matematicianul ştie desigur ceva, dar, fără îndoială, nu ştie tocmai ceea ce i se cere în momentul respectiv. „Exact la fel stau lucrurile cu fizicianul teoretician atunci când este solicitat de fizicianul experimentator. De unde vine această curioasă lipsă a capacităţii de adaptare?           Metoda teoreticianului implică faptul că el are nevoie de supoziţii generale, numite principii, din care sunt deduse consecinţe. Aşadar, activitatea sa se divide în două părţi. În primul rând, el trebuie să caute aceste principii şi, în al doilea rând, să desfăşoare consecinţele ce decurg din principii. Pentru îndeplinirea celei de-a două dintre sarcinile numite, el primeşte în şcoală un echipament potrivit. Dacă prima dintre sarcinile sale este deja îndeplinită într-un anumit domeniu, adică pentru un complex de corelaţii, succesul nu-l va ocoli de câte ori silinţa şi raţiunea vor fi îndestulătoare. Prima dintre sarcinile numite, anume aceea de a căuta principiile ce urmează să servească drept bază a deducţiei, este cu totul de alt fel. Aici nu mai există o metodă ce poate fi învăţată şi aplicată sistematic, o metodă care conduce la ţel. Cercetătorul trebuie mai degrabă să fure oarecum naturii acele principii generale ce pot fi stabilite în mod precis, în măsura în care el desluşeşte anumite trăsături generale în complexe mai mari de fapte ale experienţei.           O dată ce această formulare a fost înfăptuită, începe dezvoltarea consecinţelor care furnizează adesea corelaţii nebănuite, ce depăşesc cu mult domeniul de fapte luat în considerare când au fost formulate principiile. Dar atâta timp cât principiile ce servesc drept bază a deducţiei nu au fost încă găsite, teoreticianului nu-l foloseşte faptul de experienţă singular; el nu poate să facă nimic nici măcar cu regularităţi mai generale descoperite empiric. El trebuie mai degrabă să rămână într-o stare de neputinţă în faţa rezultatelor cercetării empirice până când ajunge în posesia principiilor care pot forma baza unor dezvoltări deductive. [1]           Aceasta este situaţia în care se află astăzi teoria în raport cu legile radiaţiei termice şi ale mişcării moleculare la temperaturi joase. Până acum vreo cincisprezece ani nu se punea încă la îndoială posibilitatea unei reprezentări corecte a însuşirilor electrice, optice şi termice ale corpurilor pe baza mecanicii galileo-newtoniene aplicate mişcărilor moleculare şi a teoriei maxwelliene a câmpului electromagnetic. Atunci Planck a arătat că, pentru formularea unei legi a radiaţiei termice, care să fie în acord cu experienţa, trebuie să ne folosim de o metodă de calcul a cărei incompatibilitate cu principiile mecanicii clasice a devenit tot mai clară. Cu această metodă de calcul, Planck a introdus aşa-numita ipoteză a cuantelor în fizică, ce a cunoscut de atunci confirmări strălucite. Cu această ipoteză a cuantelor el a răsturnat mecanica clasică pentru cazul în care mase destul de mici, cu viteze destul de mici, sunt mişcate cu acceleraţii destul de mari, astfel încât astăzi putem considera legile de mişcare formulate de Galilei şi Newton drept valabile numai că legi limită (Grenzgesetze).2 Dar, în ciuda străduinţelor pline de zel ale teoreticienilor, nu s-a izbutit până acum să se înlocuiască principiile mecanicii prin principii ce sunt în acord cu legea radiaţiei termice a lui Planck, adică cu ipoteza cuantelor. Deşi reducerea căldurii la mişcarea moleculară a fost dovedită în mod neîndoielnic, trebuie şi astăzi să mărturisim că stăm în faţa legilor fundamentale ale acestei mişcări într-un mod asemănător cu felul în care stăteau astronomii dinaintea lui Newton în faţa mişcărilor planetelor. [3]           M-am referit la un complex de fapte pentru a căror tratare teoretică lipsesc principiile. Se poate însă tot aşa de bine ca principii clar formulate să ducă la consecinţe ce ies cu totul sau aproape cu totul din cadrul domeniului de fapte accesibil astăzi experienţei noastre. În aceste cazuri se poate să fie necesară o muncă de cercetare empirică îndelungată pentru a afla dacă principiile teoriei corespund sau nu realităţii.4 Teoria relativităţii ne oferă un asemenea caz. [5]