Tiskane izdaje
»Če dvoriš dekletu, se zdi ura dolga sekundo, če sediš na vročem pepelu eno sekundo, se zdi, da traja uro. To je relativnost,« je nekoč izjavil Albert Einstein. Domet njegove relativnostne teorije precej presega takšno aplikacijo. Več kot stoletje za njegovim prelomnim odkritjem smo dobili v slovenščini njegovo delo O posebni in splošni teoriji relativnosti, namenjeno širši javnosti, ki ga je izdala Založba ZRC.
Einstein je bil prvi fizik, ki je postal kultna figura 20. stoletja. Zato ne čudi, da je dobil vrsto upodobitev ali vsaj referenc v popularni kulturi. Ne čudijo verjetno niti miti o njem in njegovi prvi ženi Milevi Marić, talentirani matematičarki, pa o njegovi kasnejši poroki s sestrično Elso itd.
Kar zadeva njegovo znanstveno kariero, je dovolj indikativen podatek, da je v tridesetih letih delovanja objavil več kot tristo znanstvenih člankov – skoraj članek na mesec. Za odkritje svetlobnega kvanta in zakona fotoelektričnega pojava je leta 1922 prejel Nobelovo nagrado – ne pa, denimo, za še bolj prelomno relativnostno teorijo, ki mu je prinesla ugled v znanstveni skupnosti in slavo v širši javnosti. Ko je leta 1914 prišel na Humboldtovo univerzo v Berlinu, je bil njegov ugled takšen, da mu ni bilo treba več poučevati.
Sto fizikov proti
Njegovo mesto v družbenopolitičnem življenju 20. stoletja je povezano zlasti z njegovim judovstvom. V času vzpenjajočega se nacizma v Nemčiji, leta 1931, ko je bila relativnostna teorija že sprejeta in delno eksperimentalno potrjena, je, denimo, sto nemških znanstvenikov izdalo knjigo Sto avtorjev proti Einsteinu. Ko so Einsteina vprašali, kako lahko oporeka stotim fizikom, je dejal, da za sesutje teorije relativnosti ne potrebuješ stotih znanstvenikov, temveč eno samo eksperimentalno dejstvo.
Leta 1933 je zaradi nacističnega preganjanja Judov emigriral v ZDA, kjer je bil do smrti zaposlen na Institute for Advanced Studies v Princetonu. Veljal je za simpatizerja socializma in velikega zagovornika civilnih svoboščin in pravic črncev, odigral je tudi pomembno vlogo v drugi svetovni vojni. Ameriškega predsednika Roosevelta je opozoril na možnost, da Nemci izdelujejo atomsko bombo, zaradi česar so ZDA začele intenzivno raziskovati in izdelovati to smrtonosno orožje. Einstein je bil sicer pacifist in je z britanskim filozofom Bernardom Russllom leta 1955 podpisal manifest, v katerem je opozoril na nevarnosti atomskega orožja.
K teoriji
Uvodni Einsteinov citat o relativnosti je dovolj hudomušna aplikacija njegove teorije na življenje. A njegov izum je v danem znanstvenem okviru pomenil enega največjih prelomov v zgodovini znanosti in dodobra predrugačil razumevanje nekaterih temeljnih fizikalnih konceptov. Einstein je namreč v začetku 20. stoletja razrešil zagato, ki je fizike preganjala že kakšno stoletje in je niso mogli razrešiti s fiziko Isaaca Newtona.
Klasična fizika je temeljila na absolutnem prostoru in času in pokazalo se je, da zato ni mogla ustrezno pojasniti delovanja elektromagnetnega polja. Problem je bila predvsem narava svetlobe. Po Newtonovih zakonih bi se morala hitrost svetlobe zmanjševati oziroma povečevati glede na hitrost gibajočih se teles, zakoni elektromagnetizma in celo številne meritve fizikov pa so kazale, da je hitrost svetlobe konstantna. Nekateri eminentni fiziki so zato dokazovali, da obstajajo načelni razlogi, ki nam preprečujejo merjenje relativne hitrosti svetlobe glede na različne opazovalce.
»Prelomnost Einsteina je v tem, da se je vrnil k osnovnim predpostavkam Newtonove teorije. Spraševal se je, kaj pomeni meritev, kako pravzaprav merimo prostor in čas, nasledki tega osnovnega premisleka pa so bili izjemno daljnosežni,« pojasnjuje prevajalec knjige in avtor spremne besede Matjaž Ličer.
Newtonova teorija ima ob predpostavki absolutnega časa in prostora omejeno področje veljavnosti. Če zelo posplošimo, je genij Einsteina v Posebni teoriji relativnosti iz leta 1905 v tem, da je izhajajoč iz temeljnih načel pokazal, da prostor in čas nista za vse enaka, ampak sta odvisna od gibanja tistega, ki ju meri.
Vsak opazovalec torej meri svoj čas in vprašanje relativnostne teorije je, kako te čase uskladiti, da bodo izidi meritev iz različnih opazovalnih sistemov primerljivi med seboj. »To, da je vsaka meritev relativna, pa ne pomeni, da je vse relativno,« poudarja Ličer, »obstajajo pomembne količine, imenovane invariante, ki niso odvisne od gibanja opazovalca. Te omogočajo, da opazovalne sisteme primerjamo med sabo.«
K splošni teoriji
Posebna relativnostna teorija velja za premo enakomerno gibajoče se sisteme. Splošna relativnostna teorija, ki jo je izdelal do leta 1915, se ukvarja s problemom, kako posebno teorijo relativnosti razširiti na poljubno gibajoče se sisteme.
Einstein je ponudil preprost miselni preizkus. Zamislimo si dvigalo, ki prosto pada. Za zunanjega opazovalca bo to dvigalo, skupaj s človekom ali predmetom v njem, telo v pospešenem gibanju, ki prosto pada v gravitacijskem polju. Medtem bo človek, ki je v tem dvigalu, svoje gibanje in gibanje kakšnega predmeta v dvigalu dojel kot mirovanje v breztežnosti.
Če si zamislimo, da je v dvigalu luknja, skozi katero usmerimo žarek svetlobe, bo za zunanjega opazovalca ta žarek potoval naravnost skozi padajoče dvigalo, medtem ko se bo z vidika opazovalca v dvigalu, ki pada, žarek navidezno odklonil navzgor.
Svetloba torej potuje naravnost (opazovano z Zemlje) in se hkrati ukrivi (opazovano iz dvigala). Kako to razumeti? Ličer odgovarja: »Einsteinov odgovor je ponovno genialen – žarek je potoval 'naravnost', tj. po najkrajši poti, ampak v ukrivljenem prostoru-času. Kar se z Zemlje kaže kot posledica gravitacije, je v prosto padajočem dvigalu videti kot ukrivljenost prostora-časa. Ukrivljenost prostora v splošni relativnosti postane sinonim za gravitacijo – ta pri Einsteinu ni več sila, ampak lastnost prostora-časa.«
Dilema, ki ostaja
Teoretski spor med Einsteinom in Nielsom Bohrom, torej spor o tem, kakšno vlogo v kvantni mehaniki igra naključje, je legendaren in ne zadeva le fizike, ampak pojem same realnosti. Bohr je formuliral tako imenovano načelo komplementarnosti: izmerimo lahko položaj ali hitrost gibanja nekega delca, ne moremo pa izmeriti obojega hkrati – ne zato, ker so naši merilni aparati prešibki, ampak zato, ker delec sam po sebi ni povsem opredeljen, torej nima objektivnih lastnosti, dokler jih opazovalec ne izmeri.
Iz tega uvida sledi dvoje: realnost zunaj nas ni izgotovljena, ampak se v polni meri konstituira šele z opazovanjem; poleg tega realnost ni povsem determinirana s fizikalnimi zakoni, ampak je odprta za naključja.
Za Einsteina je bilo to preveč: »Bog ne kocka!« je bil njegov odgovor na osnovne uvide kvantne mehanike. Verjel je namreč v determinizem realnosti, torej v to, da je ta podvržena univerzalnim determinističnim zakonom, in je mislil, da načelo komplementarnosti preprosto kaže, da kvantna mehanika ni popolna teorija, da ji nekaj manjka, kar bi pojasnilo realnost. Bohr je Einsteinu odvrnil: »Ne govori Bogu, kaj naj napravi!«
Tudi največja zagata sodobne fizike je povezana z Einsteinom, očetom relativnosti, in Bohrom, botrom kvantne teorije. Imamo dve vrhunski teoriji, relativnostno teorijo in kvantno mehaniko, ki pa ju ne znamo združiti v enotno teorijo. Vsi dosedanji poskusi, denimo, teorija strun, so se izkazali za nezadostne. Tisti, ki mu bo uspelo oblikovati enotno teorijo polja, bo zagotovo zaslužil naziv novega Einsteina.
