Alla fine del millennio, Mondo della fisica la rivista ha condotto un sondaggio in cui hanno chiesto a 100 dei maggiori fisici del mondo che consideravano i 10 migliori scienziati di tutti i tempi. Oltre ad essere lo scienziato più famoso che sia mai vissuto, Albert Einstein è anche un nome familiare, sinonimo di genio e creatività senza fine.
Come scopritore della relatività speciale e generale, Einstein ha rivoluzionato la nostra comprensione del tempo, dello spazio e dell'universo. Questa scoperta, insieme allo sviluppo della meccanica quantistica, portò effettivamente a termine l'era della fisica newtoniana e diede origine all'età moderna. Mentre i due secoli precedenti erano stati caratterizzati dalla gravitazione universale e da strutture di riferimento fisse, Einstein aiutò a inaugurare un'epoca di incertezza, buchi neri e "azione spaventosa a distanza".
Primi anni di vita:
Albert Einstein nacque il 14 marzo 1879, nella città di Ulm, allora parte del Regno di Wurttenmberg (oggi lo stato federale tedesco del Baden-Württemberg). I suoi genitori erano Hermann Einstein (venditore e ingegnere) e Pauline Koch, che erano ebrei non osservanti di Ashkenazi - una vasta comunità di ebrei di lingua yiddish che vivevano in Germania e in Europa centrale.
Nel 1880, quando aveva solo sei settimane, la famiglia di Einstein si trasferì a Monaco, dove suo padre e suo zio fondarono Elektrotechnische Fabrik J. Einstein & Cie (una società che produceva apparecchiature elettriche basate su corrente continua). Nel 1894, la compagnia di suo padre fallì e la famiglia si trasferì in Italia mentre Einstein rimase a Monaco per completare i suoi studi.
Formazione scolastica:
Nel 1884, Albert Einstein frequentò una scuola elementare cattolica, dove rimase fino al 1887. A quel tempo, si trasferì al Luitpold Gymnasium, dove ricevette la sua istruzione elementare e secondaria superiore. Suo padre aveva sperato che Einstein seguisse le sue orme e si dedicasse all'ingegneria elettrica, ma Einstein aveva difficoltà con i metodi di insegnamento della scuola, preferendo l'autodiretto per l'apprendimento meccanico.
Fu durante una visita alla sua famiglia in Italia nel 1894 che Einstein scrisse un breve saggio intitolato "Sull'indagine sullo stato dell'etere in un campo magnetico" - che sarebbe stata la sua prima pubblicazione scientifica. Nel 1895, Einstein sostenne l'esame di ammissione al Politecnico federale svizzero di Zurigo - attualmente noto come Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zurigo).
Sebbene non abbia soddisfatto tutti i requisiti, ha ottenuto voti eccezionali in fisica e matematica. Su consiglio del preside del Politecnico di Zurigo, ha frequentato la scuola cantonale argentina ad Aarau, in Svizzera, per terminare la scuola secondaria. Lo fece tra il 1895-96, rimanendo con la famiglia di un professore.
Nel settembre del 1896, superò l'esame di uscita svizzero con voti prevalentemente positivi, compresi i voti migliori in fisica e materie matematiche. Sebbene avesse solo 17 anni, si iscrisse al programma quadriennale di diploma in matematica e fisica presso il Politecnico di Zurigo. Fu lì che conobbe la sua prima e futura moglie, Mileva Maric, una cittadina serba e l'unica donna tra i sei studenti della sezione matematica e fisica.
I due si sarebbero sposati nel 1904 e avrebbero avuto due figli, ma avrebbero divorziato nel 1919 dopo aver vissuto separati per cinque anni. Successivamente, Einstein si risposò con sua cugina Elsa Löwenthal, con la quale rimase sposato fino alla sua morte nel 1939. Fu anche durante questo periodo che Einstein ottenne i suoi più grandi successi scientifici.
Risultati scientifici:
Nel 1900, Einstein ricevette il diploma di insegnamento del Politecnico di Zurigo. Dopo la laurea, ha trascorso quasi due anni alla ricerca di un posto di insegnante e ha acquisito la sua cittadinanza svizzera. Alla fine, e con l'aiuto dell'amico e collega padre di Marcel Grossmann, Einsten si assicurò un lavoro presso l'Ufficio federale della proprietà intellettuale di Berna. Nel 1903, la sua posizione divenne permanente.
Gran parte del lavoro di Einstein presso l'ufficio brevetti riguardava questioni relative alla trasmissione di segnali elettrici e alla sincronizzazione elettromeccanica del tempo. Questi problemi tecnici si manifesterebbero ripetutamente negli esperimenti di pensiero di Einstein, portandolo infine alle sue radicali conclusioni sulla natura della luce e sulla connessione fondamentale tra spazio e tempo.
Nel 1900, ha pubblicato un documento intitolato "Folgerungen aus den Capillaritätserscheinungen"(" Conclusioni dai fenomeni di capillarità "). Attingendo alla teoria della gravitazione universale di Newton, ha proposto in questo articolo che la teoria secondo cui le interazioni tra tutte le molecole sono una funzione universale della distanza, in analogia con la forza di gravità del quadrato inverso. Ciò sarebbe successivamente dimostrato errato, ma la pubblicazione del documento nel prestigiosoAnnalen der Physik (Journal of Physics) ha attirato l'attenzione del mondo accademico.
Il 30 aprile 1905, Einstein completò la sua tesi sotto l'occhio vigile del professor Alfred Kleiner, professore universitario di fisica sperimentale. La sua tesi di laurea - intitolata "Una nuova determinazione delle dimensioni molecolari" - gli è valsa un dottorato di ricerca presso l'Università di Zurigo.
Quello stesso anno, in un'esplosione di energia intellettuale creativa - quella che è conosciuta come la sua "Annus mirabilis" (anno miracoloso) - Einstein ha anche pubblicato quattro articoli rivoluzionari sull'effetto fotoelettrico, il moto browniano, la relatività speciale e l'equivalenza di massa ed energia, che lo avrebbero portato a conoscenza della comunità scientifica internazionale.
Nel 1908 fu nominato docente all'Università di Berna. L'anno seguente, dopo aver tenuto una lezione sull'elettrodinamica e il principio di relatività all'Università di Zurigo, Alfred Kleiner lo raccomandò alla facoltà per una cattedra di fisica teorica di nuova creazione. Einstein fu nominato professore associato nel 1909.
Nell'aprile del 1911, Einstein divenne professore ordinario all'Università Charles-Ferdinand di Praque, che all'epoca faceva parte dell'Impero austro-ungarico. Durante la sua permanenza a Praga, scrisse 11 opere scientifiche, di cui 5 sulla matematica delle radiazioni e sulla teoria quantistica dei solidi.
Nel luglio del 1912, tornò in Svizzera e all'ETH di Zurigo, dove insegnò meccanica analitica e termodinamica fino al 1914. Durante il suo periodo all'ETH di Zurigo, studiò anche meccanica del continuo, e la teoria molecolare del calore e il problema della gravitazione. Nel 1914, tornò in Germania e fu nominato direttore del Kaiser Wilhelm Institute for Physics (1914-1932) e professore all'Università Humboldt di Berlino.
Presto divenne membro dell'Accademia delle Scienze prussiana e dal 1916 al 1918 fu presidente della Società fisica tedesca. Nel 1920 divenne membro straniero della Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences e fu eletto membro straniero della Royal Society (ForMemRS) nel 1921.
Lo status di rifugiato:
Nel 1933, Einstein visitò gli Stati Uniti per la terza volta. Ma a differenza delle precedenti visite - dove ha condotto serie di conferenze e tournée - in questa occasione sapeva di non poter tornare in Germania, a causa dell'ascesa del nazismo sotto Adolf Hitler. Dopo aver svolto la sua terza cattedra di visita di due mesi presso università americane, lui e sua moglie Elsa si recarono ad Anversa, in Belgio, nel marzo del 1933.
Al loro arrivo, quando vennero a sapere che la loro casa era stata saccheggiata dai nazisti e che la loro barca a vela personale fu confiscata, Einstein rinunciò alla sua cittadinanza tedesca. Un mese dopo, le opere di Einstein furono tra quelle prese di mira dalle bruciature di libri nazisti, e fu inserito in un elenco di "nemici del regime tedesco", con una taglia di $ 5000 in testa.
Durante questo periodo, Einstein divenne parte di una vasta comunità di ex patrioti tedeschi ed ebrei in Belgio, molti dei quali erano scienziati. Per i primi mesi ha affittato una casa a De Haan, in Belgio, dove ha vissuto e lavorato. Si dedicò anche ad aiutare gli scienziati ebrei a sfuggire alla persecuzione e all'omicidio per mano dei nazisti.
Nel luglio del 1933, si recò in Inghilterra su invito personale del suo amico e ufficiale di marina comandante Oliver Locker-Lampson. Mentre era lì, incontrò l'allora membro del parlamento Winston Churchill e l'ex primo ministro Lloyd George, e chiese loro di aiutare a portare scienziati ebrei fuori dalla Germania. Secondo uno storico, Churchill ha inviato il fisico Frederick Lindemann in Germania per cercare scienziati ebrei e metterli nelle università britanniche.
In seguito Einstein contattò i leader di altre nazioni, incluso il primo ministro turco Ismet Inönü per chiedere aiuto per il reinsediamento di cittadini ebrei in fuga dai nazisti. Nel settembre del 1933, scrisse a Inönü, chiedendo il collocamento di scienziati ebrei tedeschi disoccupati. A seguito della lettera di Einstein, gli ebrei invitati in Turchia alla fine totalizzarono oltre 1.000 persone.
Sebbene Locker-Lamspon esortasse il parlamento britannico a estendere la cittadinanza a Einstein, i suoi sforzi fallirono, ed Einstein accettò un'offerta precedente dell'Istituto di studi avanzati di Princeton nel New Jersey per diventare studioso residente. Nell'ottobre 1933, Einstein arrivò negli Stati Uniti e prese la posizione.
All'epoca, la maggior parte delle università americane aveva facoltà o studenti ebrei minimi o assenti a causa di quote che limitavano il numero di ebrei che potevano iscriversi o insegnare. Questi sarebbero scaduti nel 1940, ma rimasero una barriera per gli scienziati ebrei americani a partecipare pienamente alla vita accademica e ricevere un'istruzione universitaria.
Nel 1935, Einstein fece domanda per la cittadinanza permanente negli Stati Uniti, che gli fu concessa nel 1940. Rimase negli Stati Uniti e mantenne la sua affiliazione con l'Institute for Advanced Study fino alla sua morte nel 1955. Durante questo periodo, Einstein cercò di sviluppare un teoria unificata del campo e confutare l'interpretazione accettata della fisica quantistica, entrambe senza successo.
Il progetto Manhattan:
Durante la seconda guerra mondiale, Einstein ebbe un ruolo importante nella creazione di The Manhattan Project, lo sviluppo della bomba atomica. Questo progetto iniziò dopo che Einstein fu avvicinato da un gruppo di scienziati guidati dal fisico ungherese Leó Szilárd nel 1939. Dopo aver ascoltato i loro avvertimenti su un programma di armi nucleari nazista, scrisse una lettera all'allora presidente Roosevelt, avvertendolo dell'estremo pericolo di tale arma nelle mani naziste.
Sebbene fosse un pacifista che non aveva mai considerato l'idea di usare la fisica nucleare per lo sviluppo di un'arma, Einstein era preoccupato per i nazisti che possedevano tale arma. Come tale, lui e Szilárd, insieme ad altri rifugiati come Edward Teller ed Eugene Wigner, “consideravano la loro responsabilità avvisare gli americani della possibilità che gli scienziati tedeschi potessero vincere la corsa per costruire una bomba atomica e avvertire che Hitler avrebbe essere più che disposti a ricorrere a tale arma. "
Secondo gli storici Sarah J. Diehl e James Clay Moltz, la lettera è stata "probabilmente lo stimolo chiave per l'adozione da parte degli Stati Uniti di serie investigazioni sulle armi nucleari alla vigilia dell'ingresso degli Stati Uniti nella seconda guerra mondiale". Oltre alla lettera, Einstein usò i suoi legami con la famiglia reale belga e la regina madre belga per accedere con un inviato personale all'ufficio ovale della Casa Bianca, dove incontrò Roosevelt per discutere personalmente del pericolo.
A seguito della lettera di Einstein e dei suoi incontri con Roosevelt, gli Stati Uniti hanno avviato The Manhattan Project e mobilitato tutte le risorse necessarie per ricercare, costruire e testare la bomba atomica. Nel 1945, questo aspetto della corsa agli armamenti fu vinto dalle Potenze Alleate, poiché la Germania non era mai riuscita a creare un'arma atomica propria.
Pacifista completo, Einstein avrebbe in seguito pentito profondamente il suo coinvolgimento nello sviluppo di armi nucleari. Come disse al suo amico Linus Pauling, nel 1954 (un anno prima della sua morte): “Ho fatto un grande errore nella mia vita - quando ho firmato la lettera al presidente Roosevelt raccomandando che fossero fatte bombe atomiche; ma c'era qualche giustificazione: il pericolo che i tedeschi li avrebbero resi. "
Teoria della relatività:
Sebbene Einstein abbia ottenuto molti risultati significativi nel corso degli anni, ed è ampiamente noto per il suo contributo alla creazione di The Manhattan Project, la sua teoria più famosa è quella che è rappresentata dalla semplice equazione E = mc² (dove E è energia, m è massa e c è la velocità della luce). Questa teoria avrebbe rovesciato secoli di pensiero scientifico e ortodossi.
Ma naturalmente, Einstein non sviluppò questa teoria nel vuoto e la strada che lo portò a concludere che il tempo e lo spazio erano relativi all'osservatore era lunga e tortuosa. L'eventuale ipotesi di relatività di Einstein fu in gran parte un tentativo di conciliare le leggi della meccanica di Newton con le leggi dell'elettromagnetismo (come caratterizzato dalle equazioni di Maxwell e dalla legge della forza di Lorentz).
Per qualche tempo, gli scienziati hanno affrontato le incoerenze tra questi due campi, che si riflettevano anche nella fisica newtoniana. Mentre Isaac Newton aveva aderito all'idea di uno spazio e di un tempo assoluti, ha anche aderito al principio di relatività di Galileo - che afferma che: "Due osservatori che si muovono a velocità e direzione costanti l'uno rispetto all'altro otterranno gli stessi risultati per tutti gli esperimenti meccanici".
A partire dal 1905, quando Einstein pubblicò il suo seminario "Sull'elettrodinamica dei corpi in movimento“, Il consenso operativo tra gli scienziati ha affermato che la luce che viaggia attraverso un mezzo mobile sarebbe trascinata dal mezzo. Questo, a sua volta, significava che la velocità misurata della luce sarebbe stata una semplice somma della sua velocità attraverso il mezzo più la velocità di quel mezzo.
Questa teoria sosteneva anche che lo spazio era pieno di un "etere luminifero", un ipotetico mezzo che si riteneva necessario per la propagazione della luce in tutto l'universo. Di conseguenza, questo etere verrebbe trascinato o trasportato all'interno della materia in movimento. Tuttavia, questo consenso ha portato a numerosi problemi teorici che, ai tempi di Einstein, erano rimasti irrisolti.
Per uno, gli scienziati non erano riusciti a trovare uno stato di movimento assoluto, il che indicava che il principio di relatività del moto (cioè che solo parente il movimento è osservabile e non esiste uno standard assoluto di riposo) era valido. In secondo luogo, c'era anche il problema in corso posto dalla "abberazione stellare", un fenomeno in cui l'apparente movimento dei corpi celesti intorno alle loro posizioni dipendeva dalla velocità dell'osservatore.
Inoltre, i test eseguiti sulla velocità della luce nell'acqua (l'esperimento di Fizeau) hanno indicato che la luce che viaggia attraverso un mezzo mobile sarebbe trascinata dal mezzo, ma non quasi quanto previsto. Ciò ha supportato altri esperimenti - come l'ipotesi parziale di trascinamento dell'etere di Fresnel e gli esperimenti di Sir George Stokes - che hanno proposto che l'etere sia parzialmente o interamente portato dalla materia.
La teoria della relatività speciale di Einstein era rivoluzionaria in quanto sosteneva che la velocità della luce è la stessa in tutti i sistemi di riferimento inerziali e ha introdotto l'idea che si verifichino cambiamenti importanti quando le cose si avvicinano alla velocità della luce. Questi includono il frame spazio-temporale di un corpo in movimento che sembra rallentare e contrarsi nella direzione del movimento quando misurato nel frame dell'osservatore.
Conosciuta come Teoria della Relatività Speciale di Einstein, le sue osservazioni hanno riconciliato le equazioni di Maxwell per l'elettricità e il magnetismo con le leggi della meccanica, semplificato i calcoli matematici eliminando le spiegazioni estranee utilizzate da altri scienziati e reso superflua l'esistenza di un etere. Accordava anche la velocità della luce osservata direttamente e spiegava le aberrazioni osservate.
Naturalmente, la teoria di Einstein incontrò reazioni contrastanti da parte della comunità scientifica e rimase controversa per molti anni. Con la sua unica equazione, E = mc², Einstein aveva notevolmente semplificato i calcoli necessari per capire come si diffonde la luce. Ha anche suggerito, in effetti, che lo spazio e il tempo (così come la materia e l'energia) erano semplicemente espressioni diverse della stessa cosa.
Tra il 1907 e il 1911, mentre lavorava ancora all'ufficio brevetti, Einstein iniziò a considerare come si potesse applicare una relatività speciale ai campi gravitazionali - quella che sarebbe diventata nota come Teoria della Relatività Generale. Questo è iniziato con un articolo intitolato "Sul principio di relatività e le conclusioni tratte da esso“, Pubblicato nel 1907, in cui si rivolgeva a come la regola della relatività speciale potesse applicarsi anche all'accelerazione.
In breve, ha sostenuto che la caduta libera è davvero un moto inerziale; e per l'osservatore devono essere applicate le regole della relatività speciale. Questo argomento è anche noto come Principio di equivalenza, che afferma che la massa gravitazionale è identica alla massa inerziale. Nello stesso articolo, Einstein predisse anche il fenomeno della dilatazione del tempo gravitazionale - in cui due osservatori situati a distanze diverse da una massa gravitante percepiscono una differenza nella quantità di tempo tra due eventi.
Nel 1911, Einstein pubblicò "Sull'influenza della gravitazione sulla propagazione della luce“, Ampliato sull'articolo del 1907. In questo articolo, ha predetto che una scatola contenente un orologio che stava accelerando verso l'alto avrebbe sperimentato il tempo più velocemente di quella che era ferma in un campo gravitazionale immutabile. Conclude che le velocità degli orologi dipendono dalla loro posizione in un campo gravitazionale e che la differenza di frequenza è proporzionale al potenziale gravitazionale alla prima approssimazione.
Nello stesso articolo, ha predetto che la deflessione della luce dipenderà dalla massa del corpo coinvolto. Ciò si è rivelato particolarmente influente, perché per la prima volta aveva offerto una proposta verificabile. Nel 1919, l'astronomo tedesco Erwin Finlay-Freundlich esortò gli scienziati di tutto il mondo a testare questa teoria misurando la deflessione della luce durante l'eclissi solare del maggio 1929.
La previsione di Einstein fu confermata da Sir Arthur Eddington, le cui osservazioni furono annunciate poco dopo. Il 7 novembre 1919, il I tempi pubblicato i risultati sotto il titolo: "Rivoluzione nella scienza - Nuova teoria dell'universo - Idee newtoniane rovesciate". La relatività generale da allora è diventata uno strumento essenziale nell'astrofisica moderna. Fornisce le basi per l'attuale comprensione dei buchi neri, regioni dello spazio in cui l'attrazione gravitazionale è così forte che nemmeno la luce può sfuggire.
Teoria quantistica moderna:
Einstein aiutò anche a far avanzare la teoria della meccanica quantistica. Durante gli anni '10, questa scienza si stava espandendo per coprire molti sistemi diversi. Einstein contribuì a questi sviluppi facendo avanzare la teoria dei quanti alla luce e la usò per spiegare vari effetti termodinamici che contraddicevano la meccanica classica.
Nel suo documento del 1905, "Dal punto di vista euristico in merito alla produzione e alla trasformazione della luce", Ha postulato che la luce stessa è costituita da particelle localizzate (cioè quanti). Questa teoria sarebbe stata respinta dai suoi contemporanei - tra cui Neils Bohr e Max Planck - ma sarebbe stata dimostrata nel 1919 con esperimenti che misuravano l'effetto fotoelettrico.
Si espanse ulteriormente su questo nel suo articolo del 1908, "Lo sviluppo delle nostre opinioni sulla composizione e sull'essenza delle radiazioni", Dove ha dimostrato che i quanti energetici di Max Planck devono avere momenti ben definiti e agire per alcuni aspetti come particelle indipendenti simili a punti. fotone concetto e ha ispirato la nozione di dualità onda-particella (cioè la luce che si comporta sia come una particella che come un'onda) nella meccanica quantistica.
Nel suo articolo del 1907, "La teoria della radiazione di Planck e la teoria del calore specifico“, Einstein ha proposto un modello di materia in cui ogni atomo in una struttura reticolare è un oscillatore armonico indipendente - esistente in stati quantizzati equidistanti. Propose questa teoria perché era una dimostrazione particolarmente chiara che la meccanica quantistica poteva risolvere il problema specifico del calore nella meccanica classica.
Nel 1917, Einstein pubblicò un articolo intitolato "Sulla teoria quantistica della radiazione"Che ha proposto la possibilità di emissione stimolata, il processo fisico che rende possibile l'amplificazione a microonde e il laser. Questo articolo ebbe un'enorme influenza nello sviluppo successivo della meccanica quantistica, poiché fu il primo a dimostrare che le statistiche delle transizioni atomiche avevano leggi semplici.
Questo lavoro avrebbe continuato a ispirare l'articolo di Erwin Schrödinger del 1926, "Quantizzazione come problema di autovalore“. In questo articolo, ha pubblicato la sua ormai famosa equazione di Schrödinger, dove descrive come lo stato quantico di un sistema quantistico cambia con il tempo. Questo articolo è stato universalmente celebrato come uno dei traguardi più importanti del ventesimo secolo e ha creato una rivoluzione nella maggior parte delle aree della meccanica quantistica, nonché in tutta la fisica e la chimica.
È interessante notare che, nel tempo, Einstein sarebbe stato scontento della teoria della meccanica quantistica che ha contribuito a creare, sentendo che stava ispirando un senso di caos e casualità nelle scienze. In risposta, fece la sua famosa citazione: "Dio non sta giocando a dadi", e tornò allo studio dei fenomeni quantistici.
Ciò lo portò a proporre il paradosso di Einstein – Podolsky – Rosen (paradosso EPR) chiamato per Einstien e i suoi collaboratori - Boris Podolisky e Nathan Rosen. Nel loro articolo del 1935 intitolato "La descrizione quantomeccanica della realtà fisica può essere considerata completa?", Sostenevano di dimostrare che l'entanglement quantistico violava la visione realista locale della causalità - con Einstein che si riferiva ad essa come "azione spettrale a distanza".
In tal modo, affermarono che la funzione d'onda della meccanica quantistica non forniva una descrizione completa della realtà fisica, un paradosso importante che avrebbe importanti implicazioni per l'interpretazione della meccanica quantistica. Sebbene il paradosso dell'EPR si sarebbe rivelato errato dopo la morte di Einstein, contribuì a contribuire a un campo che aveva contribuito a creare, ma avrebbe poi tentato di confutare fino alla fine dei suoi giorni.
Costante cosmologica e buchi neri:
Nel 1917, Einstein applicò la Teoria generale della relatività per modellare la struttura dell'universo nel suo insieme. Sebbene preferisse l'idea di un universo eterno e immutabile, ciò non era coerente con le sue teorie sulla relatività, che prevedevano che l'universo era in uno stato di espansione o contrazione.
Per ovviare a questo, Einstein introdusse un nuovo concetto alla teoria, nota come Costante Cosmologica (rappresentata da una Lambda). Lo scopo di ciò era rettificare gli effetti della gravità e consentire all'intero sistema di rimanere una sfera eterna e statica. Tuttavia, nel 1929, Edwin Hubble confermò che l'universo si stava espandendo. Dopo aver visitato l'Osservatorio del Monte Wilson con Hubble, Einstein scartò formalmente la costante cosmologica.
Tuttavia, il concetto è stato rivisitato alla fine del 2013, quando un manoscritto di Einstein precedentemente non scoperto (intitolato "Informazioni sul problema cosmologico") fu scoperto. In questo manoscritto, Einstein propose una revisione del modello, in cui la costante era responsabile della creazione di nuova materia man mano che l'universo si espandeva, garantendo così che la densità media dell'universo non fosse mai cambiata.
Ciò è coerente con il modello ormai obsoleto di cosmologia dello stato stazionario (proposta più avanti nel 1949) e con la moderna comprensione odierna dell'energia oscura. In sostanza, ciò che Einstein descrisse in molte delle sue biografie come il suo "più grande errore" alla fine verrebbe rivalutato e considerato come parte di un mistero più ampio dell'universo: l'esistenza di massa ed energia invisibili che mantengono l'equilibrio cosmologico.
Nel 1915, pochi mesi dopo che Einstein aveva pubblicato la sua teoria della relatività generale, il fisico e astronomo tedesco Karl Schwarzschild trovò una soluzione alle equazioni del campo di Einstein che descrivevano il campo gravitazionale di un punto e una massa sferica. Questa soluzione, ora chiamata raggio di Schwarzschild, descrive un punto in cui la massa di una sfera è così compressa che la velocità di fuga dalla superficie equivarrebbe alla velocità della luce.
Col tempo, altri fisici giunsero alle stesse conclusioni in modo indipendente. Nel 1924, l'astrofisico inglese Arthur Eddington commentò come la teoria di Einstein ci permettesse di escludere densità troppo grandi per le stelle visibili, affermando che avrebbero “prodotto così tanta curvatura della metrica spazio-tempo che lo spazio si sarebbe chiuso intorno alla stella, lasciandoci fuori (cioè, da nessuna parte). "
Nel 1931, l'astrofisico indiano-americano Subrahmanyan Chandrasekhar calcolò, usando la Relatività Speciale, che un corpo non rotante di materia degenerata da elettroni al di sopra di una certa massa limitante collasserebbe su se stesso. Nel 1939, Robert Oppenheimer e altri furono d'accordo con l'analisi di Chandrasekhar, sostenendo che le stelle di neutroni al di sopra di un limite prescritto sarebbero crollate in buchi neri, e conclusero che nessuna legge della fisica avrebbe potuto intervenire e fermare almeno alcune stelle dal collasso in buchi neri.
Oppenheimer e i suoi co-autori hanno interpretato la singolarità al confine del raggio di Schwarzschild come indicando che questo era il confine di una bolla in cui il tempo si è fermato. All'osservatore esterno, vedrebbero la superficie della stella congelata nel tempo all'istante del collasso, ma un osservatore in caduta libera avrebbe un'esperienza completamente diversa.
Altre realizzazioni:
Oltre a rivoluzionare la nostra comprensione del tempo, dello spazio, del movimento e della gravità con le sue teorie della relatività speciale e generale, Einstein ha anche apportato numerosi altri contributi al campo della fisica. In effetti, Einstein ha pubblicato centinaia di libri e articoli nella sua vita, oltre a oltre 300 articoli scientifici e 150 non scientifici.
Il 5 dicembre 2014, le università e gli archivi di tutto il mondo hanno iniziato a pubblicare ufficialmente i documenti raccolti da Einstein, che comprendevano oltre 30.000 documenti unici. Ad esempio, due articoli pubblicati nel 1902 e nel 1903 - "Teoria cinetica di equilibrio termico e della seconda legge della termodinamica" e "Una teoria dei fondamenti della termodinamica"- ha affrontato il tema della termodinamica e del moto browniano.
Per definizione, il moto browniano afferma che dove una piccola quantità di particelle oscilla senza direzione preferita, alla fine si diffondono per riempire l'intero mezzo. Affrontandolo da un punto di vista statistico, Einstein riteneva che l'energia cinetica delle particelle oscillanti in un mezzo potesse essere impartita a particelle più grandi, che a loro volta potevano essere osservate al microscopio, dimostrando così l'esistenza di atomi di dimensioni variabili.
Questi documenti furono la base per il documento del 1905 sul moto browniano, che mostrava che poteva essere interpretato come una prova evidente dell'esistenza di molecole. Questa analisi sarebbe stata successivamente verificata dal fisico francese Jean-Baptiste Perrin ed Einstein ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1926. Il suo lavoro stabilì la teoria fisica del moto browniano e pose fine allo scetticismo sull'esistenza di atomi e molecole come entità fisiche effettive .
Dopo le sue ricerche sulla relatività generale, Einstein iniziò una serie di tentativi di generalizzare la sua teoria geometrica della gravitazione per includere l'elettromagnetismo come un altro aspetto di una singola entità. Nel 1950, ha descritto la sua "teoria dei campi unificata" in un articolo intitolato "Sulla teoria generalizzata della gravitazione“, Che descrive il suo tentativo di risolvere tutte le forze fondamentali dell'universo in una struttura.
Sebbene continuasse a essere lodato per il suo lavoro, Einstein divenne sempre più isolato nelle sue ricerche e i suoi sforzi alla fine non ebbero successo. Tuttavia, il sogno di Einstein di unificare altre leggi della fisica con la gravità continua fino ai giorni nostri, informando gli sforzi per sviluppare una Teoria del Tutto (ToE), in particolare la Teoria delle stringhe, in cui i campi geometrici emergono in un contesto unificato di meccanica quantistica.
Il suo lavoro con Podolsky e Rosen, nella speranza di confutare il concetto di entanglement quantistici, portò anche Einstein e i suoi colleghi a proporre un modello di wormhole. Usando la teoria di Schwarzschild sui buchi neri e nel tentativo di modellare particelle elementari con carica come soluzione alle equazioni del campo gravitazionale, descrisse un ponte tra due chiazze di spazio.
Se un'estremità del wormhole fosse caricata positivamente, l'altra sarebbe caricata negativamente. Queste proprietà portarono Einstein a credere che coppie di particelle e antiparticelle potessero essere intrecciate senza violare le leggi della relatività. Questo concetto ha visto un bel po 'di lavoro negli ultimi anni, con gli scienziati che hanno creato con successo un wormhole magnetico in un laboratorio.
E nel 1926, Einstein e il suo ex studente Leó Szilárd hanno co-inventato il frigorifero Einstein, un dispositivo che non aveva parti mobili e si basava solo sull'assorbimento del calore per raffreddarne il contenuto. Nel novembre del 1930, ottennero un brevetto per il loro design. Tuttavia, i loro sforzi furono presto compromessi dall'era della depressione, dall'invenzione del Freon e dalla società svedese Electrolux che acquisiva i loro brevetti.
I tentativi di risorgere la tecnologia iniziarono negli anni '90 e 2000, con gruppi di studenti della Georgia Tech e dell'Università di Oxford che tentavano di costruire la propria versione del frigorifero Einstein. A causa della comprovata connessione di Freon alla riduzione dell'ozono e desidera ridurre il nostro impatto sull'ambiente utilizzando meno elettricità, il design è considerato un'alternativa ecologica e un dispositivo utile per i paesi in via di sviluppo.
Morte ed eredità:
Il 17 aprile 1955, Albert Einstein ebbe sanguinamento interno causato dalla rottura di un aneurisma dell'aorta addominale, che aveva cercato un intervento chirurgico per sette anni prima. Ha preso la bozza di un discorso che stava preparando per un'apparizione televisiva, commemorando il settimo anniversario dello Stato di Israele, con lui in ospedale, ma non ha vissuto abbastanza a lungo per completarlo.
Einstein ha rifiutato l'intervento chirurgico, dicendo: “Voglio andare quando voglio. È insipido prolungare la vita artificialmente. Ho fatto la mia parte, è ora di andare. Lo farò elegantemente. " Morì all'ospedale di Princeton la mattina successiva all'età di 76 anni, dopo aver continuato a lavorare fino alla fine.
Durante l'autopsia, il patologo dell'ospedale di Princeton (Thomas Stoltz Harvey) rimosse il cervello di Einstein per preservarlo, anche se senza il permesso della sua famiglia. Secondo Harvey, lo aveva fatto nella speranza che le future generazioni di neuroscienziati sarebbero state in grado di scoprire la causa del genio di Einstein. I resti di Einstein furono cremati e le sue ceneri furono disperse in una posizione sconosciuta.
Per la sua vita di successi, Einstein ha ricevuto innumerevoli onori, sia durante la sua vita che postumo. 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.
