Aan het einde van het millennium, Physics World tijdschrift voerde een peiling uit waarbij ze 100 van 's werelds toonaangevende natuurkundigen vroegen wie ze beschouwden als de top 10 van grootste wetenschappers aller tijden. Behalve dat hij de beroemdste wetenschapper is die ooit heeft geleefd, is Albert Einstein ook een begrip, synoniem voor genialiteit en eindeloze creativiteit.
Als ontdekker van Speciale en Algemene Relativiteit, heeft Einstein een revolutie teweeggebracht in ons begrip van tijd, ruimte en universum. Deze ontdekking, samen met de ontwikkeling van de kwantummechanica, maakte effectief een einde aan het tijdperk van de Newtoniaanse fysica en leidde tot de moderne tijd. Terwijl de voorgaande twee eeuwen werden gekenmerkt door universele zwaartekracht en vaste referentiekaders, hielp Einstein een tijdperk van onzekerheid, zwarte gaten en 'enge actie op afstand' in te luiden.
Vroege leven:
Albert Einstein werd geboren op 14 maart 1879 in de stad Ulm, toen onderdeel van het koninkrijk Wurttenmberg (nu de Duitse federale staat Baden-Württemberg). Zijn ouders waren Hermann Einstein (een verkoper en ingenieur) en Pauline Koch, die niet-oplettende Asjkenazische joden waren - een uitgebreide gemeenschap van Jiddisch sprekende joden die in Duitsland en Centraal-Europa woonden.
In 1880, toen hij nog maar zes weken oud was, verhuisde het gezin van Einstein naar München, waar zijn vader en zijn oom stichtten Elektrotechnische Fabrik J. Einstein & Cie (een bedrijf dat elektrische apparatuur vervaardigt op basis van gelijkstroom). In 1894 mislukte het bedrijf van zijn vader en verhuisde het gezin naar Italië terwijl Einstein in München bleef om zijn studie af te ronden.
Opleiding:
In 1884 ging Albert Einstein naar een katholieke basisschool, waar hij bleef tot 1887. In die tijd stapte hij over naar het Luitpold Gymnasium, waar hij zijn basis- en voortgezet onderwijs kreeg. Zijn vader had gehoopt dat Einstein in zijn voetsporen zou treden en elektrotechniek zou worden, maar Einstein had problemen met de lesmethoden van de school en gaf de voorkeur aan zelfgestuurd leren in plaats van leren op afstand.
Het was tijdens een bezoek aan zijn familie in Italië 1894 dat Einstein een kort essay schreef met de titel "Over het onderzoek van de staat van de ether in een magnetisch veld" - wat zijn eerste wetenschappelijke publicatie zou zijn. In 1895 legde Einstein het toelatingsexamen af aan de Zwitserse Federale Polytechnische Universiteit in Zürich - momenteel bekend als Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich).
Hoewel hij niet aan alle vereisten voldeed, behaalde hij uitzonderlijke cijfers in de natuurkunde en wiskunde. Op advies van de directeur van de Polytechnische Universiteit van Zürich ging hij naar de Argoviaanse kantonale school in Aarau, Zwitserland, om zijn middelbare school af te maken. Dit deed hij tussen 1895-96, terwijl hij bij de familie van een professor verbleef.
In september 1896 slaagde hij voor het Zwitserse eindexamen met overwegend goede cijfers, waaronder topcijfers in natuurkunde en wiskundige vakken. Hoewel hij nog maar 17 was, schreef hij zich in voor het vierjarige onderwijsprogramma wiskunde en natuurkunde aan de Polytechnische Universiteit van Zürich. Daar ontmoette hij zijn eerste en toekomstige vrouw, Mileva Maric, een Servische nationaliteit en de enige vrouw onder de zes studenten in de sectie wiskunde en natuurkunde.
De twee zouden in 1904 trouwen en twee zonen krijgen, maar zouden in 1919 scheiden na vijf jaar apart te hebben gewoond. Daarna hertrouwde Einstein, dit keer met zijn neef Elsa Löwenthal - met wie hij tot haar dood in 1939 bleef trouwen. Het was ook in die tijd dat Einstein zijn grootste wetenschappelijke prestaties leverde.
Wetenschappelijke prestaties:
In 1900 ontving Einstein het Zürich Polytechnic onderwijsdiploma. Na zijn afstuderen bracht hij bijna twee jaar door met het zoeken naar een leerplaats en verwierf hij zijn Zwitserse staatsburgerschap. Uiteindelijk, en met de hulp van de vader van zijn vriend en collega Marcel Grossmann, kreeg Einsten een baan bij het Federaal Bureau voor intellectuele eigendom in Bern. In 1903 werd zijn functie permanent.
Veel van Einsteins werk bij het octrooibureau had betrekking op vragen over de transmissie van elektrische signalen en de elektromechanische synchronisatie van tijd. Deze technische problemen zouden herhaaldelijk opduiken in Einsteins gedachte-experimenten, wat hem uiteindelijk zou leiden tot zijn radicale conclusies over de aard van licht en de fundamentele verbinding tussen ruimte en tijd.
In 1900 publiceerde hij een paper getiteld "Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen”(“ Conclusies uit de Capillariteitsverschijnselen ”). Op basis van Newton's theorie van universele zwaartekracht stelde hij in dit artikel voor dat de theorie dat de interacties tussen alle moleculen een universele functie van afstand zijn, analoog aan de invers-kwadratische zwaartekracht. Dit zou later blijken te zijn onjuist, maar de publicatie van de paper in de prestigieuzeAnnalen der Physik (Journal of Physics) trok de aandacht van de academische wereld.
Op 30 april 1905 voltooide Einstein zijn proefschrift onder toeziend oog van professor Alfred Kleiner, de professor in de experimentele fysica van de universiteit. Zijn proefschrift - getiteld "A New Determination of Molecular Dimensions" - leverde hem een doctoraat op aan de Universiteit van Zürich.
Datzelfde jaar, in een explosie van creatieve intellectuele energie - wat bekend staat als de zijne "Annus mirabilis" (wonderjaar) - Einstein publiceerde ook vier baanbrekende artikelen over het foto-elektrische effect, Brownse beweging, speciale relativiteit en de gelijkwaardigheid van massa en energie, die hem onder de aandacht zouden brengen van de internationale wetenschappelijke gemeenschap.
In 1908 werd hij aangesteld als docent aan de Universiteit van Bern. Het jaar daarop, na een lezing gegeven te hebben over elektrodynamica en het relativiteitsprincipe aan de Universiteit van Zürich, beval Alfred Kleiner hem aan de faculteit aan voor een nieuw opgerichte hoogleraar theoretische natuurkunde. Einstein werd in 1909 benoemd tot universitair hoofddocent.
In april 1911 werd Einstein hoogleraar aan de Charles-Ferdinand-universiteit in Praque, die toen deel uitmaakte van het Oostenrijks-Hongaarse rijk. Tijdens zijn tijd in Praag schreef hij 11 wetenschappelijke werken, waarvan 5 over stralingswiskunde en over de kwantumtheorie van vaste stoffen.
In juli 1912 keerde hij terug naar Zwitserland en de ETH Zürich, waar hij tot 1914 les gaf over analytische mechanica en thermodynamica. Tijdens zijn tijd aan de ETH Zürich studeerde hij ook continuummechanica, de moleculaire theorie van warmte en het probleem van gravitatie. In 1914 keerde hij terug naar Duitsland en werd hij benoemd tot directeur van het Kaiser Wilhelm Instituut voor Natuurkunde (1914-1932) en professor aan de Humboldt Universiteit van Berlijn.
Hij werd al snel lid van de Pruisische Academie van Wetenschappen en van 1916 tot 1918 was hij president van de Duitse Fysische Vereniging. In 1920 werd hij buitenlands lid van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen en in 1921 werd hij verkozen tot buitenlands lid van de Royal Society (ForMemRS).
Vluchtelingenstatus:
In 1933 bezocht Einstein voor de derde keer de Verenigde Staten. Maar in tegenstelling tot eerdere bezoeken - waar hij lezingenreeksen en rondleidingen hield - wist hij bij deze gelegenheid dat hij vanwege de opkomst van het nazisme onder Adolf Hitler niet naar Duitsland kon terugkeren. Na zijn derde twee maanden durende gasthoogleraarschap aan Amerikaanse universiteiten, reisden hij en zijn vrouw Elsa in maart 1933 naar Antwerpen, België.
Bij hun aankomst, toen ze hoorden dat hun huisje was overvallen door de nazi's en hun persoonlijke zeilboot in beslag had genomen, deed Einstein afstand van zijn Duitse staatsburgerschap. Een maand later behoorden de werken van Einstein tot de werken die het doelwit waren van nazi-boekverbrandingen, en hij werd op een lijst van "vijanden van het Duitse regime" geplaatst, met een premie van $ 5000 op zijn hoofd.
Gedurende deze periode werd Einstein onderdeel van een grote gemeenschap van Duitse en Joodse ex-patriotten in België, van wie er velen wetenschappers waren. De eerste maanden huurde hij een huis in De Haan, België, waar hij woonde en werkte. Hij zette zich ook in om Joodse wetenschappers te helpen ontsnappen aan vervolging en moord door toedoen van de nazi's.
In juli 1933 ging hij naar Engeland op persoonlijke uitnodiging van zijn vriend en marineofficier Commander Oliver Locker-Lampson. Daar ontmoette hij toenmalig parlementslid Winston Churchill en voormalig premier Lloyd George, en vroeg hen om te helpen Joodse wetenschappers uit Duitsland te halen. Volgens een historicus stuurde Churchill natuurkundige Frederick Lindemann naar Duitsland om Joodse wetenschappers op te zoeken en deze aan Britse universiteiten te plaatsen.
Einstein nam later contact op met leiders van andere landen, waaronder de Turkse premier Ismet Inönü, om hulp te vragen bij de hervestiging van Joodse burgers die de nazi's ontvluchtten. In september 1933 schreef hij aan Inönü, waarin hij verzocht om de plaatsing van werkloze Duits-joodse wetenschappers. Als gevolg van de brief van Einstein kwamen er uiteindelijk meer dan 1.000 personen uit Turkije naar Turkije.
Hoewel Locker-Lamspon er bij het Britse parlement op aandrong om het staatsburgerschap uit te breiden tot Einstein, mislukten zijn inspanningen en Einstein accepteerde een eerder aanbod van het Princeton Institute for Advanced Study in New Jersey om inwoner te worden. In oktober 1933 arriveerde Einstein in de Verenigde Staten en nam de functie op zich.
Destijds hadden de meeste Amerikaanse universiteiten weinig of geen joodse docenten of studenten vanwege quota die het aantal joden dat zich kon inschrijven of lesgeven, beperkte. Deze zouden in 1940 aflopen, maar bleven een belemmering voor Amerikaans-joodse wetenschappers om volledig deel te nemen aan het academische leven en een universitaire opleiding te volgen.
In 1935 diende Einstein een aanvraag in voor permanent staatsburgerschap in de VS, dat hem in 1940 werd verleend. Hij zou in de VS blijven en zijn band met het Institute for Advanced Study tot zijn dood in 1955 behouden. In deze periode probeerde Einstein een verenigde veldtheorie en om de geaccepteerde interpretatie van de kwantumfysica te weerleggen, beide zonder succes.
Het Manhattan-project:
Tijdens de Tweede Wereldoorlog speelde Einstein een belangrijke rol bij de oprichting van The Manhattan Projectthe - ontwikkeling van de atoombom. Dit project begon nadat Einstein in 1939 werd benaderd door een groep wetenschappers onder leiding van de Hongaarse natuurkundige Leó Szilárd. Nadat hij hun waarschuwingen voor een nazi-kernwapenprogramma had gehoord, schreef hij samen met een brief aan de toenmalige president Roosevelt, die hem waarschuwde voor het extreme gevaar van zo'n wapen in nazi-handen.
Hoewel Einstein een pacifist was die nooit had nagedacht over het gebruik van kernfysica om een wapen te ontwikkelen, maakte hij zich zorgen over het feit dat de nazi's over zo'n wapen beschikten. Als zodanig beschouwden hij en Szilárd, samen met andere vluchtelingen zoals Edward Teller en Eugene Wigner, 'het hun verantwoordelijkheid om Amerikanen te waarschuwen voor de mogelijkheid dat Duitse wetenschappers de race zouden winnen om een atoombom te bouwen, en om te waarschuwen dat Hitler zou wees meer dan bereid om je toevlucht te nemen tot zo'n wapen. '
Volgens historici Sarah J. Diehl en James Clay Moltz was de brief "misschien wel de belangrijkste stimulans voor de Amerikaanse goedkeuring van serieus onderzoek naar kernwapens aan de vooravond van de Amerikaanse toetreding tot de Tweede Wereldoorlog". Naast de brief gebruikte Einstein zijn connecties met de Belgische koninklijke familie en de Belgische koningin-moeder om met een persoonlijke gezant toegang te krijgen tot het Oval Office van het Witte Huis, waar hij Roosevelt ontmoette om het gevaar persoonlijk te bespreken.
Als gevolg van de brief van Einstein en zijn ontmoetingen met Roosevelt, hebben de Verenigde Staten The Manhattan Project geïnitieerd en alle benodigde middelen gemobiliseerd om de atoombom te onderzoeken, bouwen en testen. In 1945 werd dit aspect van de wapenwedloop gewonnen door de geallieerden, omdat Duitsland er nooit in was geslaagd een eigen atoomwapen te maken.
Einstein, een doorgaande pacifist, zou later zijn betrokkenheid bij de ontwikkeling van kernwapens ten zeerste betreuren. Zoals hij in 1954 (een jaar voor zijn dood) tegen zijn vriend Linus Pauling zei: 'Ik heb een grote fout in mijn leven gemaakt - toen ik de brief aan president Roosevelt ondertekende waarin ik voorstelde atoombommen te maken; maar er was enige rechtvaardiging - het gevaar dat de Duitsers ze zouden maken. '
Relativiteitstheorie:
Hoewel Einstein in de loop der jaren veel belangrijke prestaties heeft geleverd en algemeen bekend staat om zijn bijdrage aan de oprichting van The Manhattan Project, is zijn beroemdste theorie die welke wordt weergegeven door de eenvoudige vergelijking E = mc² (waar E is energie, m is massa, en c is de snelheid van het licht). Deze theorie zou eeuwen van wetenschappelijk denken en orthodoxie omverwerpen.
Maar natuurlijk ontwikkelde Einstein deze theorie niet in een vacuüm en de weg die hem tot de conclusie bracht dat tijd en ruimte relatief waren ten opzichte van de waarnemer was lang en slingerend. Einsteins uiteindelijke relativiteitshypothese was voor een groot deel een poging om de mechanica-wetten van Newton te verzoenen met de wetten van het elektromagnetisme (zoals gekenmerkt door de vergelijkingen van Maxwell en de Lorentz-krachtwet).
Al geruime tijd worstelden wetenschappers met de inconsistenties tussen deze twee velden, die ook tot uiting kwamen in de Newtoniaanse fysica. Terwijl Isaac Newton het idee van een absolute ruimte en tijd onderschreef, hield hij zich ook aan Galileo's relativiteitsprincipe - dat stelt dat: "Elke twee waarnemers die met constante snelheid en richting ten opzichte van elkaar bewegen, zullen voor alle mechanische experimenten dezelfde resultaten behalen."
Vanaf 1905, toen Einstein zijn baanbrekende paper publiceerde "Over de elektrodynamica van bewegende lichamen“, De consensus onder wetenschappers was dat licht dat door een bewegend medium reist, door het medium wordt meegesleurd. Dit betekende op zijn beurt dat de gemeten snelheid van het licht een simpele som van zijn snelheid zou zijn door het medium plus de snelheid van dat medium.
Deze theorie was ook van mening dat de ruimte gevuld was met een "lichtgevende ether", een hypothetisch medium waarvan werd aangenomen dat het noodzakelijk was voor de verspreiding van licht door het hele universum. In overeenstemming daarmee zou deze ether ofwel door bewegende materie worden gesleept of getransporteerd. Deze consensus resulteerde echter in talloze theoretische problemen die in Einsteins tijd onopgelost waren gebleven.
Ten eerste hadden wetenschappers geen absolute staat van beweging gevonden, wat erop wees dat het relativiteitsprincipe van beweging (dat wil zeggen alleen dat familielid beweging is waarneembaar en er is geen absolute ruststandaard) was geldig. Ten tweede was er ook het voortdurende probleem van "stellar abberation", een fenomeen waarbij de schijnbare beweging van hemellichamen over hun locaties afhankelijk was van de snelheid van de waarnemer.
Bovendien toonden tests die zijn uitgevoerd op de lichtsnelheid in water (het Fizeau-experiment) aan dat licht dat door een bewegend medium reist, door het medium wordt meegesleurd, maar lang niet zoveel als verwacht. Dit ondersteunde andere experimenten - zoals Fresnel's partiële aether-drag-hypothese en de experimenten van Sir George Stokes - die suggereerden dat de ether gedeeltelijk of volledig door materie wordt gedragen.
Einsteins theorie van speciale relativiteitstheorie was baanbrekend omdat hij betoogde dat de lichtsnelheid in alle traagheidsreferentieframes hetzelfde is, en introduceerde het idee dat er grote veranderingen optreden wanneer dingen dichter bij de lichtsnelheid komen. Deze omvatten het tijd-ruimte frame van een bewegend lichaam dat lijkt te vertragen en samentrekt in de bewegingsrichting wanneer gemeten in het frame van de waarnemer.
Bekend als Einstein's Theory of Special Relativity, verzoenden zijn waarnemingen de vergelijkingen van Maxwell voor elektriciteit en magnetisme met de wetten van de mechanica, vereenvoudigden ze de wiskundige berekeningen door externe verklaringen die door andere wetenschappers werden gebruikt weg te doen, en maakten ze het bestaan van een ether volledig overbodig. Het kwam ook overeen met de direct waargenomen lichtsnelheid en was verantwoordelijk voor de waargenomen aberraties.
Uiteraard kreeg de theorie van Einstein gemengde reacties van de wetenschappelijke gemeenschap en zou hij vele jaren controversieel blijven. Met zijn enige vergelijking, E = mc², Einstein had de berekeningen die nodig zijn om te begrijpen hoe licht zich voortplant, enorm vereenvoudigd. Hij suggereerde in feite ook dat ruimte en tijd (evenals materie en energie) slechts verschillende uitdrukkingen van hetzelfde waren.
Tussen 1907 en 1911, terwijl hij nog steeds bij het octrooibureau werkte, begon Einstein na te denken over hoe speciale relativiteitstheorie kan worden toegepast op zwaartekrachtvelden - wat later bekend zou worden als de theorie van algemene relativiteitstheorie. Dit begon met een artikel met de titel 'Over het relativiteitsprincipe en de daaruit getrokken conclusies“, Gepubliceerd in 1907, waarin hij besprak hoe de regel van bijzondere relativiteit ook van toepassing zou kunnen zijn op acceleratie.
Kortom, hij betoogde dat vrije val eigenlijk inertiële beweging is; en voor de waarnemer moeten de regels voor speciale relativiteit gelden. Dit argument staat ook bekend als het equivalentieprincipe, dat stelt dat de zwaartekrachtmassa identiek is aan de traagheidsmassa. In hetzelfde artikel voorspelde Einstein ook het fenomeen van zwaartekracht-tijddilatatie - waarbij twee waarnemers op verschillende afstanden van een zwaartekrachtmassa een verschil in de hoeveelheid tijd tussen twee gebeurtenissen waarnemen.
In 1911 publiceerde Einstein "Over de invloed van zwaartekracht op de verspreiding van licht“, Dat uitgebreid is op het artikel uit 1907. In dit artikel voorspelde hij dat een doos met een klok die opwaarts versnelde, de tijd sneller zou ervaren dan een doos die stil zat in een onveranderlijk zwaartekrachtveld. Hij concludeert dat de snelheid van klokken afhankelijk is van hun positie in een zwaartekrachtveld en dat het snelheidsverschil evenredig is met het zwaartekrachtpotentieel van de eerste benadering.
In hetzelfde artikel voorspelde hij dat de afbuiging van licht afhangt van de massa van het betrokken lichaam. Dit bleek bijzonder invloedrijk, omdat hij voor het eerst een toetsbare propositie had aangeboden. In 1919 spoorde de Duitse astronoom Erwin Finlay-Freundlich wetenschappers over de hele wereld aan om deze theorie te testen door de afbuiging van licht te meten tijdens de zonsverduistering van mei 1929.
Einsteins voorspelling werd bevestigd door Sir Arthur Eddington, wiens observaties kort daarna werden aangekondigd. Op 7 november 1919 werd de De tijden publiceerde de resultaten onder de kop: "Revolutie in wetenschap - Nieuwe theorie van het heelal - Newtoniaanse ideeën omvergeworpen". General Relativity is sindsdien uitgegroeid tot een essentieel hulpmiddel in de moderne astrofysica. Het vormt de basis voor het huidige begrip van zwarte gaten, gebieden in de ruimte waar de aantrekkingskracht van de zwaartekracht zo sterk is dat zelfs licht niet kan ontsnappen.
Moderne kwantumtheorie:
Einstein hielp ook bij het bevorderen van de theorie van de kwantummechanica. Gedurende de jaren 1910 breidde deze wetenschap zich uit tot veel verschillende systemen. Einstein leverde een bijdrage aan deze ontwikkelingen door de kwantatheorie naar het licht te brengen en gebruikte deze om rekening te houden met verschillende thermodynamische effecten die in tegenspraak waren met de klassieke mechanica.
In zijn paper uit 1905:Op een heuristisch standpunt met betrekking tot de productie en transformatie van licht“, Stelde hij dat licht zelf bestaat uit gelokaliseerde deeltjes (dat wil zeggen quanta). Deze theorie zou door zijn tijdgenoten - waaronder Neils Bohr en Max Planck - worden verworpen, maar zou in 1919 worden bewezen met experimenten die het foto-elektrische effect maten.
Hij heeft dit verder uitgewerkt in zijn paper uit 1908, “De ontwikkeling van onze opvattingen over de samenstelling en essentie van straling", Waar hij aantoonde dat de energie-kwanta van Max Planck goed gedefinieerde momenten moeten hebben en in sommige opzichten als onafhankelijke, puntvormige deeltjes moeten fungeren. Dit artikel introduceerde de foton concept en inspireerde het idee van dualiteit van golf-deeltjes (d.w.z. licht dat zich gedraagt als zowel een deeltje als een golf) in de kwantummechanica.
In zijn paper uit 1907 "Planck's Theory of Radiation and the Theory of Specific Heat“, Stelde Einstein een materiemodel voor waarbij elk atoom in een roosterstructuur een onafhankelijke harmonische oscillator is - bestaande in gelijkmatig verdeelde, gekwantiseerde toestanden. Hij stelde deze theorie voor omdat het een bijzonder duidelijke demonstratie was dat de kwantummechanica het specifieke warmteprobleem in de klassieke mechanica kon oplossen.
In 1917 publiceerde Einstein een artikel met de titel "Over de kwantumtheorie van straling”Die de mogelijkheid van gestimuleerde emissie voorstelde, het fysieke proces dat microgolfversterking en de laser mogelijk maakt. Dit artikel had een enorme invloed op de latere ontwikkeling van de kwantummechanica, omdat het het eerste document was dat aantoonde dat de statistieken van atoomovergangen eenvoudige wetten hadden.
Dit werk zou het artikel van Erwin Schrödinger uit 1926 inspireren:Kwantisering als een eigenwaardeprobleem'. In dit artikel publiceerde hij zijn nu beroemde Schrödinger-vergelijking, waarin hij beschrijft hoe de kwantumtoestand van een kwantumsysteem met de tijd verandert. Dit artikel wordt algemeen beschouwd als een van de belangrijkste verworvenheden van de twintigste eeuw en zorgde voor een revolutie op de meeste gebieden van de kwantummechanica, evenals in alle natuurkunde en scheikunde.
Interessant genoeg zou Einstein na verloop van tijd niet tevreden zijn met de theorie van de kwantummechanica die hij hielp creëren, omdat hij voelde dat het een gevoel van chaos en willekeur in de wetenschappen inspireerde. In reactie daarop maakte hij zijn beroemde quote: "God speelt niet met dobbelstenen", en keerde terug naar de studie van kwantumverschijnselen.
Dit bracht hem ertoe de Einstein – Podolsky – Rosen paradox (EPR paradox) voor te stellen, genoemd naar Einstien en zijn medewerkers - Boris Podolisky en Nathan Rosen. In hun artikel uit 1935 getiteld 'Kan de kwantummechanische beschrijving van de fysieke werkelijkheid als compleet worden beschouwd?', Beweerden ze te bewijzen dat kwantumverstrengeling de lokale realistische kijk op causaliteit schond - waarbij Einstein het 'spookachtige actie op afstand' noemde.
Daarbij beweerden ze dat de golffunctie van de kwantummechanica geen volledige beschrijving van de fysische realiteit gaf, een belangrijke paradox die belangrijke implicaties zou hebben voor de interpretatie van de kwantummechanica. Hoewel de EPR-paradox na Einsteins dood niet juist bleek te zijn, droeg hij bij aan een veld dat hij hielp creëren, maar dat hij tot het einde van zijn leven zou proberen te weerleggen.
Kosmologische constante en zwarte gaten:
In 1917 paste Einstein de algemene relativiteitstheorie toe om de structuur van het universum als geheel te modelleren. Hoewel hij de voorkeur gaf aan het idee van een universum dat eeuwig en onveranderlijk was, strookte dit niet met zijn theorieën over relativiteitstheorie, die voorspelden dat het universum ofwel in een staat van expansie of krimp verkeerde.
Om dit aan te pakken, introduceerde Einstein een nieuw concept in de theorie, bekend als de kosmologische constante (voorgesteld door een Lambda). Het doel hiervan was om de effecten van de zwaartekracht te corrigeren en het hele systeem een eeuwige, statische sfeer te laten blijven. In 1929 bevestigde Edwin Hubble echter dat het universum aan het uitbreiden is. Na een bezoek aan het Mount Wilson Observatorium met Hubble, verwierp Einstein de kosmologische constante formeel.
Het concept werd echter eind 2013 herzien, toen een eerder onontdekt manuscript van Einstein (getiteld "Over het kosmologische probleem") was ontdekt. In dit manuscript stelde Einstein een herziening van het model voor, waarbij de constante verantwoordelijk was voor de creatie van nieuwe materie naarmate het universum zich uitbreidde - waardoor de gemiddelde dichtheid van het universum nooit veranderde.
Dit komt overeen met het inmiddels achterhaalde Steady State-model van de kosmologie (later voorgesteld in 1949) en met het moderne begrip van donkere energie van vandaag. In wezen zou wat Einstein in veel van zijn biografieën beschreef als zijn "grootste blunder" uiteindelijk opnieuw worden beoordeeld en beschouwd als onderdeel van een groter mysterie van het universum - het bestaan van onzichtbare massa en energie die het kosmologische evenwicht handhaaft.
In 1915, een paar maanden nadat Einstein zijn Theory of General Relativity had gepubliceerd, vond de Duitse natuurkundige en astronoom Karl Schwarzschild een oplossing voor de Einstein-veldvergelijkingen die het zwaartekrachtveld van een punt en bolmassa beschreven. Deze oplossing, nu de Schwarzschild-straal genoemd, beschrijft een punt waar de massa van een bol zo gecomprimeerd is dat de ontsnappingssnelheid van het oppervlak de lichtsnelheid zou evenaren.
Na verloop van tijd kwamen andere natuurkundigen onafhankelijk tot dezelfde conclusies. In 1924 merkte de Engelse astrofysicus Arthur Eddington op hoe de theorie van Einstein ons in staat stelt overdreven grote dichtheden voor zichtbare sterren uit te sluiten, met de bewering dat ze "zoveel kromming van de ruimte-tijdmetriek zouden produceren dat de ruimte zich om de ster zou sluiten, waardoor we achter zouden blijven buiten (dat wil zeggen, nergens). '
In 1931 berekende de Indisch-Amerikaanse astrofysicus Subrahmanyan Chandrasekhar met behulp van Special Relativity dat een niet-roterend lichaam van door elektronen gedegenereerde materie boven een bepaalde grensmassa op zichzelf zou instorten. In 1939 waren Robert Oppenheimer en anderen het eens met de analyse van Chandrasekhar, bewerend dat neutronensterren boven een voorgeschreven limiet zouden instorten in zwarte gaten, en concludeerden dat het niet waarschijnlijk was dat een natuurwet zou ingrijpen en zou voorkomen dat ten minste sommige sterren instorten tot zwarte gaten.
Oppenheimer en zijn co-auteurs interpreteerden de singulariteit aan de grens van de Schwarzschild-straal als een aanwijzing dat dit de grens was van een bel waarin de tijd stopte. Voor de externe waarnemer zouden ze het oppervlak van de ster op het moment van instorten in de tijd bevroren zien, maar een onfeilbare waarnemer zou een heel andere ervaring hebben.
Andere prestaties:
Naast een revolutie in ons begrip van tijd, ruimte, beweging en zwaartekracht met zijn theorieën over speciale en algemene relativiteitstheorie, leverde Einstein ook tal van andere bijdragen op het gebied van de natuurkunde. Einstein publiceerde zelfs honderden boeken en artikelen in zijn leven, evenals meer dan 300 wetenschappelijke artikelen en 150 niet-wetenschappelijke.
Op 5 december 2014 begonnen universiteiten en archieven over de hele wereld officieel met het vrijgeven van de verzamelde papieren van Einstein, die meer dan 30.000 unieke documenten bevatten. Bijvoorbeeld twee artikelen die in 1902 en 1903 zijn gepubliceerd: 'Kinetische theorie van thermisch evenwicht en van de tweede wet van thermodynamica'En'Een theorie van de grondslagen van de thermodynamica”- behandelde het onderwerp thermodynamica en Brownse beweging.
Per definitie stelt de Brownse beweging dat wanneer een kleine hoeveelheid deeltjes zonder de gewenste richting oscilleert, ze zich uiteindelijk verspreiden om het hele medium te vullen. Om dit vanuit een statistisch oogpunt aan te pakken, geloofde Einstein dat de kinetische energie van oscillerende deeltjes in een medium aan grotere deeltjes kon worden verleend, die op hun beurt onder de microscoop konden worden waargenomen - en daarmee het bestaan van atomen van verschillende groottes bewees.
Deze documenten vormden de basis voor het artikel uit 1905 over Brownse beweging, waaruit bleek dat het kan worden opgevat als een stevig bewijs dat moleculen bestaan. Deze analyse zou later worden geverifieerd door de Franse natuurkundige Jean-Baptiste Perrin, en Einstein ontving in 1926 de Nobelprijs voor natuurkunde. Zijn werk vestigde de fysische theorie van Brownse beweging en beëindigde het scepticisme over het bestaan van atomen en moleculen als feitelijke fysieke entiteiten. .
Na zijn onderzoek naar algemene relativiteitstheorie ondernam Einstein een reeks pogingen om zijn geometrische gravitatietheorie te generaliseren en elektromagnetisme als een ander aspect van een enkele entiteit op te nemen. In 1950 beschreef hij zijn "verenigde veldtheorie" in een artikel getiteld "Over de gegeneraliseerde theorie van zwaartekracht“, Dat zijn poging beschrijft om alle fundamentele krachten van het universum in één raamwerk op te lossen.
Hoewel hij werd geprezen om zijn werk, raakte Einstein steeds meer geïsoleerd in zijn onderzoek en zijn inspanningen waren uiteindelijk niet succesvol. Desalniettemin gaat Einsteins droom om andere natuurkundige wetten met zwaartekracht te verenigen tot op de dag van vandaag door, en informeert hij pogingen om een Theory of Everything (ToE) te ontwikkelen - in het bijzonder String Theory, waar geometrische velden ontstaan in een uniforme kwantummechanische setting.
Zijn werk met Podolsky en Rosen, in de hoop het concept van kwantumverstrengeling te weerleggen, bracht Einstein en zijn collega's er ook toe een model van een wormgat voor te stellen. Door Schwarzschild's theorie over zwarte gaten te gebruiken en in een poging om elementaire deeltjes met lading te modelleren als een oplossing voor gravitatieveldvergelijkingen, beschreef hij een brug tussen twee plekken in de ruimte.
Als het ene uiteinde van het wormgat positief geladen was, zou het andere uiteinde negatief geladen zijn. Deze eigenschappen brachten Einstein ertoe te geloven dat paren deeltjes en antideeltjes verstrikt konden raken zonder de wetten van relativiteit te overtreden. Dit concept heeft de afgelopen jaren nogal wat werk gekost, waarbij wetenschappers met succes een magnetisch wormgat in een laboratorium hebben gemaakt.
En in 1926 bedachten Einstein en zijn voormalige student Leó Szilárd de Einstein-koelkast, een apparaat dat geen bewegende delen had en alleen vertrouwde op de absorptie van warmte om de inhoud ervan te koelen. In november 1930 kregen ze een patent op hun ontwerp. Hun inspanningen werden echter al snel ondermijnd door het Depression Era, de uitvinding van de Freon en het Zweedse bedrijf Electrolux dat hun patenten verwierf.
Pogingen om de technologie nieuw leven in te blazen, begonnen in de jaren 90 en 2000, waarbij studententeams van Georgia Tech en Oxford University probeerden hun eigen versie van de Einstein-koelkast te bouwen. Vanwege de bewezen connectie van Freon met de aantasting van de ozonlaag en de wens om onze impact op het milieu te verminderen door minder elektriciteit te gebruiken, wordt het ontwerp beschouwd als een milieuvriendelijk alternatief en een nuttig apparaat voor de derde wereld.
Dood en nalatenschap:
Op 17 april 1955 ervoer Albert Einstein inwendige bloedingen veroorzaakt door de breuk van een abdominaal aorta-aneurysma, dat hij zeven jaar eerder had geopereerd. Hij nam het concept van een toespraak die hij aan het voorbereiden was voor een televisieoptreden, ter herdenking van de zevende verjaardag van de staat Israël, mee naar het ziekenhuis, maar hij leefde niet lang genoeg om het af te maken.
Einstein weigerde een operatie en zei: 'Ik wil gaan wanneer ik wil. Het is smakeloos om het leven kunstmatig te verlengen. Ik heb mijn deel gedaan, het is tijd om te gaan. Ik zal het elegant doen. ' Hij stierf de volgende ochtend vroeg in het Princeton Ziekenhuis op 76-jarige leeftijd en bleef tot het einde doorwerken.
Tijdens de autopsie verwijderde de patholoog van het Princeton Hospital (Thomas Stoltz Harvey) de hersenen van Einstein voor bewaring, zij het zonder de toestemming van zijn familie. Volgens Harvey had hij dit gedaan in de hoop dat toekomstige generaties neurowetenschappers de oorzaak van het genie van Einstein zouden kunnen ontdekken. Einsteins overblijfselen werden gecremeerd en zijn as werd verspreid op een geheime locatie.
Voor zijn levenslange prestaties ontving Einstein talloze onderscheidingen, zowel tijdens zijn leven als postuum. In 1921, he was awarded the Nobel Prize in Physics for his explanation of the photoelectric effect, as his theory of relativity was still considered somewhat controversial. In 1925, the Royal Society awarded him the Copley Medal, the oldest Royal Society medal still awarded.
In 1929, Max Planck presented Einstein with the Max Planck medal of the German Physical Society in Berlin, for extraordinary achievements in theoretical physics. In 1934 Einstein gave the Josiah Willard Gibbs lecture, an prestigious annual event where the American Mathematical Society awards a prize for achievements in the field of mathematics. In 1936, Einstein was awarded the Franklin Institute‘s Franklin Medal for his extensive work on relativity and the photoelectric effect.
In 1949, in honor of Einstein’s 70th birthday, the the Lewis and Rosa Strauss Memorial Fund established the Albert Einstein Award. Also known as the Albert Einstein Medal (because it is accompanied with a gold medal) this award was established to recognize high achievement in theoretical physics and the natural sciences.
Since his death, Einstein has been honored by having countless schools, buildings, and memorials named after him. The Luitpold Gymnasium, where he received his early education, was renamed the Albert Einstein Gymnasium in his honor. In August of 1955, four months after Einstein’s death, the 99th chemical element on the Periodic Table was named “einsteinium”.
Also in 1955, the Albert Einstein College of Medicine, a research-intensive not-for-profit, private, and nonsectarian medical school was founded in the Morris Park neighborhood of the Bronx in New York City. Between 1965 and 1978, the US Postal Service issued a series of commemorative stamps known as the Prominent American Series. Einstein was honored with a 8¢ stamp in 1966, the second year of the series.
Similar stamps were issued by the state of Israel in 1956 (a year after his death) and the Soviet Union in 1973. In 1973, an inner main belt asteroid was discovered, which was named 2001 Einstein in his honor. In 1977, the Albert Einstein Society was founded in Bern, Switzerland. Since 1979, they began issuing the Albert Einstein Medal, an annual award presented to people who have “rendered outstanding services” in connection with Einstein.
In 1979, the National Academy of Sciences commissioned the Albert Einstein Memorial on Constitution Avenue in central Washington, D.C. The bronze statue depicts Einstein seated with manuscript papers in hand. In 1990, his name was added to the Walhalla temple for “laudable and distinguished Germans”, which is located in Donaustauf in Bavaria.
In Potsdam, Germany, the Albert Einstein Science Park was constructed on Telegrafenberg hill. The best known building in the park is the Einstein Tower, an astrophysical observatory that was built to perform checks of Einstein’s theory of General Relativity, which has a bust of Einstein at the entrance.
In 1999 Time magazine named him the Person of the Century, ahead of Mahatma Gandhi and Franklin Roosevelt, among others. In the words of a biographer, “to the scientifically literate and the public at large, Einstein is synonymous with genius”. Also in 1999, an opinion poll of 100 leading physicists ranked Einstein the “greatest physicist ever”.
Also in 1999, a Gallup poll conducted recorded him as being the fourth most admired person of the 20th century in the U.S. – Mother Teresa, Martin Luther King, Jr. and John F. Kennedy ranked first through third.
The International Union of Pure and Applied Physics named 2005 the “World Year of Physics” in commemoration of the 100th anniversary of the publication of the “annus mirabilis” papers. In 2008, Einstein was inducted into the New Jersey Hall of Fame. And every year, the Chicago-based Albert Einstein Peace Prize Foundation issues the Albert Einstein Peace Prize, an award that comes with a bursary of $50,000.
Einstein has also been the subject of or inspiration for many novels, films, plays, and works of music. He is a favorite model for fictional representations of the mad scientist and the absent-minded professor, with depictions of these archetypes closely mirroring (and exaggerating) his expressive face and distinctive hairstyle.
Einstein’s contributions to the sciences are immeasurable. When he began his career, scientists were still struggling to reconcile how Newtonian mechanics applied to an ever-widening universe. But thanks to his theories, we would come to understand that there are no absolute frames of reference, and everything depends on the speed and position of the observer.
His work with the behavior of light would also help speed the revolution being made in quantum physics, where scientists began to understand the behavior of matter at the subatomic level. In so doing, Einstein helped to create the two pillars of modern science – Relativity, for dealing with objects on the macro scale; and quantum mechanics, which deals with things on the tiniest of scales.
But Einstein’s legacy goes far beyond what he advanced in his lifetime. In attempting to reconcile his personal beliefs in a universe that made sense with his scientific findings, he introduced a concept that would later become part of our current cosmological models (Dark Matter). These and other ideas would go on to be reconsidered after his death, thus proving that he was not only the greatest mind of his time, but perhaps one of the greatest minds that ever lived.
We have written many articles about Albert Einstein for Space Magazine. Here’s an article about the speed of light, and one about Why Einstein Will Never Be Wrong, and Einstein’s Theory of Relativity. And here’s are some famous Albert Einstein quotes.
Astronomy Cast also has several episodes about Einstein’s greatest theories, like Episode 235: Einstein, Episode 9: Einstein’s Theory of Special Relativity, Episode 280: Cosmological Constant, Episode 287: E=mc², and Episode 31: tring Theory, Time Travel, White Holes, Warp Speed, Multiple Dimensions, and Before the Big Bang
For more information, check out Albert Einstein’s biographical page at Biography.com and NobelPrize.org.
