Nem volt tévedhetetlen. Nem volt egy Grál lovag. De egyetlen esztendő alatt sarkaiból forgatta ki a világot és ma is csak hálásak lehetünk Albert Einsteinnek, ha valahova pontosan odaérünk.
1. Egy kő vagy kettő?
Einstein 26 éves, amikor alapjaiban változtatja meg a fizikát. 1905-ben, egyetlen év alatt négy tanulmányt is közread:
- Az álló folyadékbeli kis részecskék mozgásáról, melyet a hő molekulamozgásának elmélete megkövetela tanulmány kísérleti bizonyítékokkal szolgál az atomok létezésére. Korábban, mint fizikai segédfogalmat használták csak az atom kifejezést, a fizikusok nem hittek önálló létezésükben
- Egy, a fény keletkezésével és átalakulásával kapcsolatos heurisztikus nézőpontról ebben vetette fel először a “fénykvantum” – fonton – létezését, lehetőséget nyitva a fény kettős természetének, valamint az ezzel való számolásnak.
- A mozgó testek elektrodinamikájáról elterjedtebb nevén ez a speciális relativitáselmélet. Ebben a tanulmányban mondja ki, hogy a fénysebesség abszolút.
- Függ-e a test tehetetlensége az energiájától? erről bővebben kicsit később.
Mind a négy munkára jellemző volt, hogy a tanulmányok nem tartalmaztak hivatkozásokat, hiszen Einstein a rendelkezésére áll ismeretanyag és saját kreativitása alapján “kutakodott”, vagyis alkotta meg az elméleti fizika szakterületét.
Abban is azonosak a szöveget, hogy egyik tanulmányban sem tüntette fel feleségét, Mileva Marić-ot szerzőtársként – noha Einstein saját matematikai felkészültsége és eszköztára kevés lett volna elméletei alátámasztására. Ehhez Mileva matematikai tudására is szüksége volt.
A legenda szerint amikor Einstein első írását publikálásra adta egy tudományos lapnak, még szerepelt rajta a felesége neve társszerzőként, de később kihúzta onnan. Mikor a lapnál megkérdezték, miért tette, azt mondta: „Wir sind ein Stein.” (Mi egy kő vagyunk.)
Einstein később azzal magyarázta ezt, hogy az ő neve “egy kavics”-ot jelent, ebbe pedig egyként értendő rajta kívül Mileva, a házastársa is.
2. E=mc2
Einstein legismertebb egyenlete – népszerűségében vitathatatlan előnye a rövidsége és közérthetősége. Azt azonban sokan gondolják – tévesen -, hogy a relativitás elmélet leírását látják benne.
Ahogy korábban jeleztük, a négy 1905-ös tanulmány közül az utolsó: „Függ-e a test tehetetlensége az energiájától?” Kétségtelen, hogy a tétel és a fenti egyenlet a relativitás elmélet egyik következménye, de sokkal inkább az atombomba, a nukleáris energia felszabadításának egyenlete. Érdekes, hogy a ’30-as évekig a legtöbb tudós nem is foglalkozott ezzel a kis egyenlettel – utóbb viszont a világ legpusztítóbb fegyverét készítették el a segítségével.
3. Az a fránya Nobel
1921-ben kapta meg a fizikai Nobel-díjat – noha azzal legtöbb pályatársa egyetértett, hogy 1905-ös tanulmányai mindegyikéért kijárt volna. És azzal is, hogy a négy tanulmány közül nem a fotoelektronikus munkája ért a legtöbbet. Azonban az éppen 1905-ben Nobel-díjjal jutalmazott, (részben) magyar származású Loránd Fülöp minden befolyását latba vetette Einsteinnel és a szerinte “zsidó fizikával” szemben. Lénárd sem az elméleti megközelítés lehetőségét, sem Einstein zsidó származását nem fogadta el. Kollégái végül rábeszélték, hogy ismerjék el valami módon Einstein munkásságát – ahhoz azonban Lénárd ragaszkodott, hogy a Nobel-díj ne kötődjön a relativitás elmélethez. (Lénárd később Hitler-rajongó lett, elvállalta, hogy a Harmadik Birodalmat megtisztítja a “zsidó tudományoktól és tudósoktól.)
4. Látható a láthatatlan?
1915 novemberében tartotta a Porosz Tudományos Akadémián előadássorozatát, amelyen már az általános relativitás elméletet mutatta be – vagyis bemutatta a newtoni gravitációs erőt felváltó elképzelését. Eszerint a gravitáció nem erő, hanem a tér(idő) görbületének mértéke.
A “zsidó fizika”, vagyis az elméleti alapokon álló teória-gyártás ezúttal hamar bizonyítékkal is szolgált. Hiszen ha a tér(idő) nem egyenes, hanem görbült, úgy látnunk kellene olyan csillagok fényét, amelyeket látszólag kitakar előlünk a Nap.
Ehhez mindössze a 1919 novemberi, teljes napfogyatkozásig kellett várni. Az ekkor elhalványuló napfény lehetőséget adott a sokkal kisebb intenzitású csillagfénynek, hogy megmutassa magát. Míg Einstein előre, pontosan kiszámolta, hol bukkannak majd a “kitarkart” csillagra – soha, senki nem tudta cáfolni állításait.
5. A nagy tévedés – vagy Isten mégis kockajátékos
Einstein legnagyobb tévedésének bizonyult a ’20-as években erre felívelőbb és népszerűbb kvantummechanika elutasítása. 1926-ból, egy Max Bornak írt levélből származik a sokat hangoztatott idézet, miszerint:
… Meg vagyok győződve, hogy Isten nem kockajátékos.
(Gyakran Einstein istenbe vetett hitét igyekeznek ezzel a mondattal alátámasztani, noha csak egy metaforáról van szó.) Einstein nagyon sokáig képtelen volt befogadni, hogy a kvantumok szintjén már nem a természet vastörvényei, csupán valószínűségek uralkodnak.
A princetoni évek azonban ebben is nagy fordulatot hoztak, és Einstein maga is az M egyenlet megalkotására fordította élete utolsó negyven évét – sikertelenül.
6. M egyenlet – a nagy kudarc
A kvantummechanika és az általános relativitás elmélete pazarul leírja számunkra a világ működését – majdnem. Ugyanis a két teória nem egyesíthető, nem képes olyan egységes elméletté válni, amely egyszerre kezeli a milliárd fényévnyi távolságokban ható gravitációt és az atomok szintjén létező kvantumgravitációt.
Einstein mindent elkövetett, hogy megalkossa a Mindenség elméletét – mindhiába. A mai fizika egyik erre vonatkozó törekvése a húrelmélet – ám ebben a rendszerben még nem sikerült bizonyítható jóslatokat tennie senkinek.
7. Az idő relatív – de mennyire?
Az Interstellar (Csillagok között) című film igyekszik némi fogódzót nyújtani ahhoz, mint jelent az idő relativitása. Miközben főhőseink egy része leszáll egy fekete lyuk (vagyis hatalmas gravitációs torzulás) közelében lévő bolygón, társuk messzebb, az űrhajóban marad. S míg a felszíni slamasztikába keveredőknek röpül az idő, néhány perc csupán az ott tartózkodás, társuk szép lassan évtizedeket veszít magányosan az életéből – minthogy távolabb van a gravitációs központtól.
Ugyan ez a helyzet a Földön is – mindössze két, meglehetősen pontos órára van szükség a kimutatásához. Egy hegy lábánál lévő óra lassabban jár a hegy tetején elhelyezetthez képest.
Természetesen elképesztően kis elférésről beszélünk csupán – akkor pedig miért fontos ez?
Mert a föld körüli pályán keringő műholdak esetében már századmásodpercre nő a különbség a belső órája és a földi központ jele között. Ez már akkora eltérés, ha nem számolnánk vele – Einsteinnek hála – és nem kompenzálnánk, 50-100 kilométereket tévednének a GPS-ek a föld felszínén.
8. Az idő megadja magát Einsteinnek
Igyekszünk egy végtelenül leegyszerűsített képpel megmutatni, hogy az idő inkább önmagát számolja fel, csak nehogy összeütközésbe kerüljön Einsteinnel.
Elég elképzelnünk egy vonatot, a vagonokban átlagos embereket, akik képtelenek fél óránál tovább mozdulatlanul ülni – egy ponton elindulnak a toalett vagy a büfékocsi irányába. Ha útjuk a mozdony felé, vagyis menetirányba tart, könnyű megadni a sebességüket egy, a közeli peronon ácsorgó trainpotterhez képest: a vonat sebessége és saját sétálásuk sebességének összege. A sebesség általánosan pedig az egységi idő alatt megtett út hányadosa.
Minden más megvilágításba kerül viszont, ha vonatunk fénysebességgel közlekedik, vagyis nagyjából 300 ezer kilométert tesz meg másodpercenként. Ami biztos: utasaink ugyan olyan izgő-mozgó emberek, mint más vonaton. Ám ha ezen az expresszen indulna el valaki a mozdony felé, úgy – ha csak egy hangyabokányival is – átlépné a fénysebességet. A természet inkább megállítja az időt – a külső szemlélők számára – semmit megengedné ezt az oly csekély szabálytörést is. Vagyis a peronon álló trainspotter úgy érzékeli majd: minden és mindenki mozdulatlan, pontosabban egy mozdulatba fagyott bele a vonaton.
Einstein szerint ez az időutazás egyetlen módja is: ha évekig keringünk fénysebességgel, rajtuk semmit nem fog az idő, vagyis úgy haladunk benne előre, hogy kívül vagyunk rajta.
9. Jó ötlet? Einstein már kitalálta
Az általános relativitás elmélet a mai napig kincsesbánya a fizikusok számára. Egyáltalán nem biztos, hogy minden lehetséges következtetést levontunk már az elméletből. Márpedig arról az elméletről beszélünk, amelyik közel sem ezért lett megfogalmazva, mégis egyenesen levezethető volt belelő a fekete lyukak létezése – akkor, amikor egyetlen csillagász sem gondolt ilyen égitestre. Ma már nem csak kiszámoljuk, de le is tudjuk fényképezni e gigantikus űrszörnyeket.
Nincs sci-fi rajongó, aki ne féreglyukakon járná be az univerzumot, megspórolva azt a sok repülést. Einstein és Nathan Rosen 1935-ben bizonyították a relativitás elméletből, hogy bizony létezhetnek ezek a féregjáratok – csak kéretik őket Einstein-Rosen hídnak nevezni.
Ahogy azt is megjósolta: egy kozmikus kataklizma nyomán a gravitáció képes hullámszerűen terjedni – csak az utókornak kellett a megfelelő berendezéssel előállni, hogy végre érzékelni is tudjuk a gravitációs hullámokat.
10. Semmi sem lehet gyorsabb a fénynél – kivéve…
Nem véletlenül akadd fenn kezdetben és későbbi sokszor Einstein a kvantummechanika elméletein. Miközben mindenki fizikai tényként ismeri el, hogy az univerzum legnagyobb és a szemlélőtől független sebessége a fénysebesség, amelyet nem lehet meghaladni – a kvantummechanika ezt cáfolja.
A kvantum-összefonódás jelenségét a két, összefonódott kvantumállapotban lévő objektum térbeli távolsága nem befolyásolja, valamint az egyiken végrehajtott manipuláció eredménye időveszteség nélkül megjelenik a másik objektumon is. Mégegyszer: függetlenül a köztük lévő távolságtól. Vagyis a kvantum-összefonódásban lévő objektumok közötti, valós idejű kommunikáció meghaladhatja a fény sebességét.
