Com va lluitar Albert Einstein per la pau europea i la física teòrica

2024 Autora: Malcolm Clapton | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 03:49

Sobre com la ciència estava estretament entrellaçada amb la política.

A principis del segle XX es van fer descobriments colossals en física, alguns dels quals pertanyien a Albert Einstein, el creador de la teoria general de la relativitat.

Els científics estaven a les portes d'una visió completament nova de l'Univers, que els requeria coratge intel·lectual, voluntat de submergir-se en la teoria i habilitats per fer front a un aparell matemàtic complex. El repte no va ser acceptat per tothom i, com passa de vegades, les disputes científiques es van sobreposar a les diferències polítiques provocades primer per la Primera Guerra Mundial, després per l'arribada de Hitler al poder a Alemanya. Einstein també va ser una figura clau al voltant de la qual es trencaven les llances.

Einstein contra tothom

L'esclat de la Primera Guerra Mundial va anar acompanyat d'un repunt patriòtic entre la població dels estats participants, inclosos els científics.

A Alemanya l'any 1914, 93 científics i personalitats culturals, entre els quals Max Planck, Fritz Haber i Wilhelm Roentgen, van publicar un manifest que expressaven el seu ple suport a l'estat i a la guerra que està duent a terme: “Nosaltres, representants de la ciència i l'art alemanys, protestem davant tot el món cultural contra les mentides i les calúmnies amb què els nostres enemics intenten contaminar la justa causa d'Alemanya en la dura lluita per l'existència que se li imposa. Sense el militarisme alemany, la cultura alemanya hauria estat destruïda fa molt de temps en els seus inicis. El militarisme alemany és un producte de la cultura alemanya, i va néixer en un país que, com cap altre país del món, ha estat sotmès a incursions depredadores durant segles.

No obstant això, hi va haver un científic alemany que es va pronunciar fermament en contra d'aquestes idees. Albert Einstein va publicar un manifest de resposta "Als europeus" el 1915: "Mai abans la guerra havia pertorbat tant la interacció de les cultures. És deure dels europeus, educats i de bona voluntat, no deixar que Europa sucumbi". No obstant això, aquest recurs, a més del mateix Einstein, el van signar només tres persones.

Einstein es va convertir en un científic alemany recentment, tot i que va néixer a Alemanya. Es va graduar a l'escola i a la universitat a Suïssa, i després d'això durant gairebé deu anys diverses universitats d'Europa es van negar a contractar-lo. Això va ser en part degut a la manera com Einstein va abordar la petició de considerar la seva candidatura.

Així doncs, en una carta a Paul Drude, el creador de la teoria electrònica dels metalls, primer va assenyalar dos errors continguts en la seva teoria, i només després va demanar ser contractat.

Com a resultat, Einstein va haver d'aconseguir una feina a l'oficina de patents suïssa a Berna, i només a finals de 1909 va poder aconseguir una plaça a la Universitat de Zuric. I ja l'any 1913, el mateix Max Planck, juntament amb el futur premi Nobel de química Walter Nernst, van venir personalment a Zuric per persuadir Einstein d'acceptar la ciutadania alemanya, traslladar-se a Berlín i convertir-se en membre de l'Acadèmia de Ciències de Prussia i director de l'Institut. de Física.

Einstein va trobar el seu treball a l'oficina de patents sorprenentment productiu des del punt de vista científic. "Quan passava algú, posava les meves notes en un calaix i feia veure que estava fent un treball de patent", va recordar. L'any 1905 va passar a la història de la ciència com a annus mirabilis, "l'any dels miracles".

Enguany, la revista Annalen der Physik va publicar quatre articles d'Einstein, en els quals va poder descriure teòricament el moviment brownià, explicar, utilitzant la idea planckiana dels quants de llum, el fotoefecte o l'efecte dels electrons que escapen d'un metall quan s'irradia amb llum (va ser en un experiment d'aquest tipus que JJ Thomson va descobrir l'electró), i fer una contribució decisiva a la creació de la teoria especial de la relativitat.

Una coincidència sorprenent: la teoria de la relativitat va aparèixer gairebé simultàniament amb la teoria dels quants i va canviar de manera inesperada i irrevocable els fonaments de la física.

Al segle XIX, la naturalesa ondulatòria de la llum es va establir fermament i els científics estaven interessats en com es disposa la substància en què es propaguen aquestes ones.

Malgrat que ningú encara ha observat l'èter (aquest és el nom d'aquesta substància) directament, no van sorgir dubtes que existeixi i impregna tot l'Univers: estava clar que l'ona s'havia de propagar en algun tipus de medi elàstic, per analogia amb cercles d'una pedra llançada a l'aigua: la superfície de l'aigua en el punt de caiguda de la pedra comença a oscil·lar i, com que és elàstica, les oscil·lacions es transmeten als punts veïns, d'ells als veïns, i així activat. Després del descobriment dels àtoms i dels electrons, l'existència d'objectes físics que no es poden veure amb els instruments existents tampoc va sorprendre ningú.

Una de les preguntes senzilles a les quals la física clàssica no va poder trobar resposta era aquesta: l'èter és endut pels cossos que hi mouen? A finals del segle XIX, alguns experiments van demostrar de manera convincent que l'èter s'emportava completament pels cossos en moviment, mentre que d'altres, i no per això menys convincents, que només s'emportava parcialment.

Els cercles sobre l'aigua són un exemple d'ona en un medi elàstic. Si el cos en moviment no porta l'èter, aleshores la velocitat de la llum relativa al cos serà la suma de la velocitat de la llum relativa a l'èter i la velocitat del propi cos. Si entra completament l'èter (com passa quan es mou en un líquid viscós), aleshores la velocitat de la llum relativa al cos serà igual a la velocitat de la llum relativa a l'èter i no dependrà de cap manera de la velocitat de l'èter. propi cos.

El físic francès Louis Fizeau va demostrar l'any 1851 que l'èter és emportat parcialment pel corrent d'aigua en moviment. En una sèrie d'experiments de 1880-1887, els nord-americans Albert Michelson i Edward Morley, d'una banda, van confirmar la conclusió de Fizeau amb una major precisió i, de l'altra, van descobrir que la Terra, girant al voltant del Sol, s'arrossegava completament. l'èter amb ell, és a dir, la velocitat de la llum a La terra és independent de com es mou.

Per determinar com es mou la Terra en relació amb l'èter, Michelson i Morley van construir un instrument especial, un interferòmetre (vegeu el diagrama següent). La llum de la font cau sobre la placa semitransparent, des d'on es reflecteix parcialment al mirall 1 i passa parcialment al mirall 2 (els miralls estan a la mateixa distància de la placa). Els raigs reflectits pels miralls tornen a caure sobre la placa semitransparent i d'aquesta junts arriben al detector, en el qual sorgeix un patró d'interferència.

Si la Terra es mou en relació amb l'èter, per exemple, en la direcció del mirall 2, aleshores la velocitat de la llum en les direccions horitzontal i vertical no coincidirà, cosa que hauria de provocar un canvi de fase de les ones reflectides per diferents miralls del detector (per exemple, com es mostra al diagrama, a la part inferior dreta). En realitat, no es va observar cap desplaçament (vegeu a baix a l'esquerra).

Einstein contra Newton

En els seus intents d'entendre el moviment de l'èter i la propagació de la llum en ell, Lorentz i el matemàtic francès Henri Poincaré van haver de suposar que les dimensions dels cossos en moviment canvien en comparació amb les dimensions dels estacionaris i, a més, el temps per els cossos en moviment flueixen més lentament. És difícil d'imaginar -i Lorentz va tractar aquests supòsits més com un truc matemàtic que com un efecte físic-, però van permetre la conciliació de la mecànica, la teoria electromagnètica de la llum i les dades experimentals.

Einstein, en dos articles l'any 1905, va poder, a partir d'aquestes consideracions intuïtives, crear una teoria coherent en la qual tots aquests efectes sorprenents són conseqüència de dos postulats:

• la velocitat de la llum és constant i no depèn de com es mouen la font i el receptor (i és igual a uns 300.000 quilòmetres per segon);
• per a qualsevol sistema físic, les lleis físiques actuen de la mateixa manera, independentment de si es mou sense acceleració (a qualsevol velocitat) o està en repòs.

I va derivar la fórmula física més famosa: E = mc²! A més, a causa del primer postulat, el moviment de l'èter va deixar de ser important i Einstein simplement el va abandonar: la llum es pot propagar en el buit.

L'efecte dilatació del temps, en particular, porta a la famosa "paradoxa dels bessons". Si un dels dos bessons, Ivan, se'n va en una nau espacial cap a les estrelles, i el segon, Peter, es queda esperant-lo a la Terra, després del seu retorn, resultarà que l'Ivan ha envellit menys que en Peter, des de temps ençà. la seva nau espacial fluïa més lentament que a la Terra.

Aquest efecte, així com altres diferències entre la teoria de la relativitat i la mecànica ordinària, només es manifesta a una velocitat de moviment tremenda, comparable a la velocitat de la llum, i per tant no la trobem mai a la vida quotidiana. Per a les velocitats habituals amb què ens trobem a la Terra, la fracció v / c (recordem, c = 300.000 quilòmetres per segon) és molt poc diferent de zero, i tornem al món familiar i acollidor de la mecànica escolar.

No obstant això, cal tenir en compte els efectes de la teoria de la relativitat, per exemple, a l'hora de sincronitzar els rellotges dels satèl·lits GPS amb els terrestres per al funcionament precís del sistema de posicionament. A més, l'efecte de la dilatació del temps es manifesta en l'estudi de les partícules elementals. Molts d'ells són inestables i es converteixen en altres en molt poc temps. No obstant això, acostumen a moure's ràpidament, i per això s'allarga el temps previ a la seva transformació des del punt de vista de l'observador, fet que permet registrar-los i estudiar-los.

La teoria especial de la relativitat va sorgir de la necessitat de conciliar la teoria electromagnètica de la llum amb la mecànica dels cossos en moviment ràpid (i amb velocitat constant). Després de traslladar-se a Alemanya, Einstein va completar la seva teoria general de la relativitat (GTR), on va afegir gravetat als fenòmens electromagnètics i mecànics. Va resultar que el camp gravitatori es pot descriure com la deformació d'un cos massiu d'espai i temps.

Una de les conseqüències de la relativitat general és la curvatura de la trajectòria del raig quan la llum passa prop d'una massa gran. El primer intent de verificació experimental de la relativitat general va tenir lloc a l'estiu de 1914 quan s'observava un eclipsi solar a Crimea. No obstant això, un equip d'astrònoms alemanys va ser internat en relació amb l'esclat de la guerra. Això, en cert sentit, va salvar la reputació de la relativitat general, perquè en aquell moment la teoria contenia errors i donava una predicció incorrecta de l'angle de deflexió del feix.

L'any 1919, el físic anglès Arthur Eddington, en observar un eclipsi solar a l'illa Príncipe, a la costa oest d'Àfrica, va poder confirmar que la llum d'una estrella (es va fer visible pel fet que el Sol no l'eclipsava), passant pel Sol, es desvia exactament en el mateix angle que les equacions d'Einstein predites.

El descobriment d'Eddington va convertir Einstein en una superestrella.

El 7 de novembre de 1919, en plena Conferència de Pau de París, quan tota l'atenció semblava centrada en com existiria el món després de la Primera Guerra Mundial, el diari londinenc The Times va publicar un editorial: “A Revolution in Science: A Nova Teoria de l'Univers, les idees de Newton són derrotades.

Els periodistes van perseguir Einstein a tot arreu, molestant-lo amb peticions per explicar la teoria de la relativitat en poques paraules, i les sales on donava conferències públiques estaven plenes de gent (al mateix temps, a jutjar per les crítiques dels seus contemporanis, Einstein no era un molt bon conferenciant).; el públic no va entendre l'essència de la conferència, però tot i així va venir a veure la celebritat).

El 1921, Einstein, juntament amb el bioquímic anglès i futur president d'Israel, Chaim Weizmann, va fer una gira de conferències pels Estats Units per recaptar fons per donar suport als assentaments jueus a Palestina. Segons The New York Times, "Tots els seients del Metropolitan Opera van ser ocupats, des de la fossa de l'orquestra fins a l'última fila de la galeria, centenars de persones es van situar als passadissos". El corresponsal del diari va subratllar: "Einstein parlava alemany, però amb ganes de veure i escoltar un home que complementés el concepte científic de l'Univers amb una nova teoria de l'espai, el temps i el moviment, va ocupar tots els seients de la sala".

Malgrat l'èxit de públic en general, la teoria de la relativitat va ser acceptada amb molta dificultat a la comunitat científica.

De 1910 a 1921, col·legues de mentalitat progressista van nominar Einstein per al Premi Nobel de Física deu vegades, però el Comitè Nobel conservador es va negar cada vegada, citant el fet que la teoria de la relativitat encara no havia rebut prou confirmació experimental.

Després de l'expedició d'Eddington, això va començar a sentir-se cada cop més escandaloso, i el 1921, encara no convençuts, els membres del comitè van prendre una decisió elegant: atorgar un premi a Einstein, sense esmentar en absolut la teoria de la relativitat, és a dir: “Per serveis a la física teòrica i, especialment, pel seu descobriment de la llei de l'efecte fotoelèctric”.

Física ària versus Einstein

La popularitat d'Einstein a Occident va provocar una dolorosa reacció dels companys d'Alemanya, que es van trobar pràcticament aïllats després del manifest militant de 1914 i de la derrota a la Primera Guerra Mundial. El 1921, Einstein va ser l'únic científic alemany que va rebre una invitació al Congrés Mundial de Física de Solvay a Brussel·les (que, però, va ignorar a favor d'un viatge als Estats Units amb Weizmann).

Al mateix temps, malgrat les diferències ideològiques, Einstein va aconseguir mantenir relacions amistoses amb la majoria dels seus col·legues patriòtics. Però des de l'extrema dreta dels estudiants universitaris i acadèmics, Einstein s'ha guanyat la reputació de traïdor que desvia la ciència alemanya.

Un dels representants d'aquesta ala va ser Philip Leonard. Malgrat que el 1905 Lenard va rebre el premi Nobel de física per l'estudi experimental dels electrons produïts per l'efecte fotoelèctric, va patir tot el temps perquè la seva contribució a la ciència no era prou reconeguda.

Primer, el 1893 va prestar un tub de descàrrega de fabricació pròpia a Roentgen, i el 1895 Roentgen va descobrir que els tubs de descàrrega emeten raigs que encara eren desconeguts per la ciència. Lenard creia que el descobriment s'hauria de considerar com a mínim conjunt, però tota la glòria del descobriment i el premi Nobel de física l'any 1901 van ser només per a Roentgen. Lenard es va indignar i va declarar que era la mare dels raigs, mentre que Roentgen només era una llevadora. Al mateix temps, pel que sembla, Roentgen no va utilitzar el tub de Lenard en experiments decisius.

El tub de descàrrega amb el qual Lenard va estudiar els electrons en l'efecte fotoelèctric, i Roentgen va descobrir la seva radiació

El tub de descàrrega amb el qual Lenard va estudiar els electrons en l'efecte fotoelèctric, i Roentgen va descobrir la seva radiació

En segon lloc, Lenard estava profundament ofès per la física britànica. Va discutir la prioritat del descobriment de l'electró de Thomson i va acusar el científic anglès de referir-se incorrectament al seu treball. Lenard va crear un model de l'àtom, que es pot considerar el predecessor del model de Rutherford, però això no es va assenyalar correctament. No és d'estranyar que Lenard anomenava als britànics una nació de mercenaris i comerciants enganyosos, i els alemanys, al contrari, una nació d'herois, i després de l'esclat de la Primera Guerra Mundial va proposar organitzar un bloqueig intel·lectual continental a Gran Bretanya..

En tercer lloc, Einstein va ser capaç d'explicar teòricament l'efecte fotoelèctric, i Lenard el 1913, fins i tot abans dels desacords relacionats amb la guerra, fins i tot el va recomanar per a una càtedra. Però el Premi Nobel pel descobriment de la llei de l'efecte fotoelèctric l'any 1921 va ser donat només a Einstein.

Els primers anys vint van ser en general un moment difícil per a Lenard. Es va enfrontar amb estudiants d'esquerres entusiastes i es va veure humiliat públicament quan, després de l'assassinat del polític liberal d'origen jueu i ministre d'Afers Exteriors alemany Walter Rathenau, es va negar a abaixar la bandera a l'edifici del seu institut a Heidelberg.

Els seus estalvis, invertits en deute públic, es van cremar per la inflació, i el 1922 el seu fill únic va morir pels efectes de la desnutrició durant la guerra. Lenard es va inclinar a pensar que els problemes d'Alemanya (inclosa la ciència alemanya) són el resultat d'una conspiració jueva.

Un soci proper de Lenard en aquesta època era Johannes Stark, el premi Nobel de física de 1919, també es va inclinar a culpar les maquinacions dels jueus dels seus propis fracassos. Després de la guerra, Stark, en oposició a la Societat liberal de Física, va organitzar la conservadora "Comunitat Professional alemanya de professors universitaris", amb l'ajuda de la qual va intentar controlar el finançament de la investigació i els nomenaments per a càrrecs científics i docents, però no ho va aconseguir.. Després d'una defensa infructuosa d'un estudiant graduat el 1922, Stark va declarar que estava envoltat d'admiradors d'Einstein i va dimitir com a professor a la universitat.

El 1924, sis mesos després del Putsch de la cervesa, la Grossdeutsche Zeitung va publicar un article de Lenard i Stark, "Hitler's Spirit and Science". Els autors van comparar Hitler amb gegants de la ciència com Galileu, Kepler, Newton i Faraday ("Quina benedicció que aquest geni en la carn visqui entre nosaltres!"), I també van lloar el geni ari i van condemnar el judaisme corruptor.

Segons Lenard i Stark, en la ciència, la perniciosa influència jueva es va manifestar en noves direccions de la física teòrica: la mecànica quàntica i la teoria de la relativitat, que exigien el rebuig dels vells conceptes i utilitzaven un aparell matemàtic complex i desconegut.

Per als científics més grans, fins i tot aquells tan talentosos com Lenard, aquest va ser un repte que pocs van poder acceptar.

Lenard va contrastar la física "jueva", és a dir, teòrica, amb "aria", és a dir, experimental, i va exigir que la ciència alemanya se centre en aquesta última. Al prefaci del llibre de text "Física alemanya" va escriure: "Física alemanya? - preguntarà la gent. També podria dir la física ària, o la física dels nòrdics, la física dels cercadors de la veritat, la física dels que van fundar la investigació científica".

Durant molt de temps, la "física ària" de Lenard i Stark va romandre un fenomen marginal, i els físics de diversos orígens es van dedicar a investigacions teòriques i experimentals del més alt nivell a Alemanya.

Tot això va canviar quan Adolf Hitler es va convertir en canceller d'Alemanya el 1933. Einstein, que es trobava en aquell moment als Estats Units, va renunciar a la ciutadania alemanya i a ser membre de l'Acadèmia de Ciències, i el president de l'Acadèmia Max Planck va felicitar aquesta decisió: "Malgrat el profund avenc que divideix les nostres opinions polítiques, les nostres amistats personals romandran sempre inalterades. ", va assegurar que és la correspondència personal d'Einstein. Al mateix temps, alguns membres de l'acadèmia estaven molestos perquè Einstein no n'hagués estat expulsat de manera demostrativa.

Johannes Stark aviat es va convertir en president de l'Institut de Física i Tecnologia i de la Societat Alemanya de Recerca. Durant l'any següent, una quarta part de tots els físics i la meitat dels físics teòrics van abandonar Alemanya.