Százhúsz éve reformálta meg a fizikát Einstein

Minden idők egyik legzseniálisabb természettudósa, Albert Einstein (1879–1955) kiskorában nem árult el különös képességeket. A gimnáziumban rosszul tanult, csak a matematika érdekelte, az érettségit baráti közbenjárással tette le. Apja egy svájci főiskolára juttatta be, mivel csak matematikából teljesítette a felvételi szintet. Már ekkor az elméleti kérdések foglalkoztatták, előadások helyett tudományos közleményeket olvasott. Matematika–fizika szakos diplomájának megszerzése után egyetemi állást nem sikerült szereznie, így rövid ideig tanárként dolgozott, majd 1901-ben műszaki szakértőként a berni Szabadalmi Hivatalban helyezkedett el. A megélhetését biztosító munka nem sok idejét kötötte le, így szabadon elmélkedhetett, s néhány év alatt kidolgozta korszakalkotó elméleteit.

Rendszeresen olvasta az Annalen der Physik című folyóiratot, 1900-ban ide küldte be első dolgozatát. A 26 éves Einstein 1905-ben a lap hasábjain publikálta azt a négy tanulmányt, amely forradalmasította a tér, az idő, a tömeg és az energia alapvető fogalmainak tudományos megértését, ezt az évet nevezik „csodálatos évnek” (Annus mirabilis).

Az első, júniusban megjelent A fény keletkezésére és átalakulására vonatkozó heurisztikus nézőpontról című cikkben azt vetette fel, hogy a fény különálló kvantumokból (mai szóhasználattal fotonokból) áll, tehát a fénynek a hullámjelleg mellett részecskékre jellemző tulajdonságai is vannak. Egy hónappal később Nyugvó folyadékban lebegő részecskéknek a hő molekuláris-kinetikus elméletéből következő mozgása című írásában elméletileg magyarázta meg a Brown-mozgást, a folyadékokban lebegő szemcsék véletlenszerű hőmozgását.

Az ifjú tudós szeptember 26-án tette közzé A mozgó testek elektrodinamikájáról című tanulmányát, megalapozva a speciális relativitáselméletet. A speciális relativitáselmélet két feltevésen (posztulátumon) alapul. Az egyik szerint a vákuumban terjedő fény sebessége állandó, függetlenül a fény frekvenciájától, a terjedés irányától, az észlelő, illetve a fényforrás mozgási sebességétől. A másik szerint az egymáshoz képest egyenes vonalú, egyenletes mozgást végző viszonyítási rendszerek (inerciarendszerek) a fizika számára egyenértékűek, azaz a fizikai folyamatokat leíró törvények minden inerciarendszerben azonos matematikai alakban érvényesek.

Az így létrejött, a fenti két elvvel összhangban álló fizikai elmélet a speciális relativitáselmélet, amelyből Einstein levezette a Lorentz-transzformációt, fölöslegessé téve az éter hipotézist. (Eszerint a csillagok közötti űrt olyan közeg, éter tölti ki, amelyben a hullámok terjedni tudnak. Amikor azonban 1887-ben megmérték a Földnek az éterhez, illetve az abszolút térhez viszonyított sebességét, az mindig nullának adódott, ami a newtoni fizika szerint lehetetlen. A jelenség magyarázatát matematikailag a holland Hendrik Lorentz adta meg, aki arra a következtetésre jutott, hogy a mozgó testek a mozgás irányában megrövidülnek.)

Einstein negyedik, novemberben megjelent Függ-e a test tehetetlensége az energiatartalmától című tanulmányában kimondta, hogy a tömeg és az energia arányosak egymással, a test nyugalmi energiája (E) megegyezik a nyugalmi tömeg (m) és a fénysebesség (c) négyzetének szorzatával. A tömeg-energia ekvivalencia elve a speciális relativitáselmélet egyik következménye, miként annak felismerése is, hogy nem létezik semmilyen abszolút nyugvó vonatkoztatási rendszer, azaz nincsen abszolút tér sem. A teória következménye a sci-fi-regényekben felbukkanó óraparadoxon is, amely szerint ha két összehangolt, pontos óra ugyanabból a pontból kiindulva különböző sebességgel mozog, a gyorsabban mozgó óra lassabban jár. Ez az idődilatáció tudományosan igazolt jelensége, a különbség fénysebességhez közeledve már jelentős lehet.

A tudósok között általános a vélekedés, hogy Einstein bármelyik cikkért kiérdemelte volna a fizikai Nobel-díjat. A kitüntetést azonban csak 1921-ben kapta meg, és a közhiedelemmel ellentétben nem az akkor még vitatott relativitáselméletért, amelyet az indoklás meg sem említett, hanem a fényelektromos hatás megmagyarázásáért és elméleti fizikai munkásságáért.

A klasszikus fizika megkoronázásaként Einstein 1915-ben közzétette az általános relativitáselméletet, amely szerint a természeti törvények leírására bármely vonatkoztatási rendszer alkalmas, bármilyen legyen is a mozgásállapota. Később megállapította, hogy a gravitáció nem erő, hanem a téridő görbülete okozza, amelyet a tömeg jelenléte idéz elő.

Azt javasolta, hogy mérjék meg egy csillag fényének elhajlását, amikor a fénysugár a Nap közelében halad el, s annak fénye kétszer annyira fog elhajlani, mint az a newtoni törvényekből következnék. Igazán akkor vált világhírűvé, amikor 1919. május 29-én a Guineai-öbölben Arthur Eddington expedíciója lefotózta a napfogyatkozást, és a számítások igazolták Einstein jóslatait. Bár elméleteit nagyon kevesen értették, a közvélemény „a” tudóssal azonosította, ha tudóst emlegetünk, az ő képe jelenik meg a szemünk előtt, neve a zsenialitás szinonimájává vált.

Einstein 1905-ben tett, a modern fizikát megalapozó felfedezéseinek századik évfordulóján az UNESCO 2005-öt a fizika nemzetközi évévé nyilvánította, ezzel is elismerve a fizikának a természet megismeréséhez való alapvető hozzájárulását.