Albert Einstein

Albert Einstein (tyska: [ˈalbɛʁt ˈʔaɪnʃtaɪn] ), född 14 mars 1879 i Ulm i Tyskland, död 18 april 1955 i Princeton i USA, var en tysk-amerikansk teoretisk fysiker av judisk börd. Han är mest känd för att ha utvecklat relativitetsteorierna, vilka medförde en revolution inom fysiken. Einstein räknas som en av fäderna till den moderna fysiken och anses av många ha haft ett av de mest kreativa intellekten någonsin. Han förutsåg bland annat gravitationsvågors existens 1916, vilket forskare publicerade direkta bevis för först hundra år senare. Han fick 1921 års Nobelpris i fysik för sin upptäckt av lagen för den fotoelektriska effekten.

Einstein är en av 1900-talets mest framträdande gestalter. Han har kommit att personifiera vetenskaplig genialitet. Under sin livstid erhöll han såväl schweiziskt som amerikanskt medborgarskap.

Många av Einsteins verk brändes under bokbålen runt om i Nazityskland 1933.

Biografi

Bakgrund

Albert Einstein var son till Hermann och Pauline Einstein, vilka var icke-religiösa ashkenaziska judar och tillhörde medelklassen, och hade en yngre syster, Maria "Maja" (1881–1951). Fadern var försäljare och drev senare en elektroteknisk fabrik. Familjen bosatte sig 1880 i München där Einstein gick i en katolsk skola. Mängder av myter cirkulerar om Albert Einsteins person. En av dessa är att han som barn skulle ha haft svårigheter med matematik, vilket dock motsägs av faktumet att han fick högsta möjliga betyg i ämnet. Han nämnde ofta senare att han inte trivdes i skolan på grund av dess pedagogik. Att Albert Einstein skulle vara släkt med musikvetaren Alfred Einstein är ett, ofta framfört, obevisat påstående. Alfred Einsteins dotter Eva har framhållit att något sådant släktskap inte existerar.

För att slippa militärtjänsten flyttade Einstein till Milano. Efter två år i Aarau, Schweiz, där han avlade studentexamen, började han 1896 studera vid Eidgenössische Technische Hochschule i Zürich. Han hade då avsagt sig sitt tyska medborgarskap, men fick schweiziskt medborgarskap först 1901, och var således statslös under några år. Einstein lämnade sin högskola år 1900 som lärare i matematik och fysik. År 1902 började han efter två år som gymnasielärare arbeta på patentverket i Bern i Schweiz, där han var verksam till 1909 då han blev biträdande professor vid universitetet i Zürich. Einstein gifte sig 1903 med matematikern Mileva Marić och levde ett tag i Novi Sad, Serbien (dåv. Ungern). Paret fick en dotter, Lieserl (1902–1903), och två söner, Hans Albert (1904–1973) och Eduard (1910–1965). Den sistnämnde visade sig lida av schizofreni. De skilde sig 1919. I brev mellan de båda framkommer att Mileva var en viktig samtalspart i Einsteins arbete under denna tid men det är osäkert till hur stor del hon bidrog till hans forskning.

Efter en kort period som professor i Prag 1911 blev han professor vid ETH och 1914 professor vid Humboldt-Universität zu Berlin. Samtidigt blev Einstein tysk medborgare än en gång. Under åren 1929–1932 tillbringade familjen somrarna i det sommarhus som Einstein låtit bygga i Caputh utanför Berlin, det nuvarande Einsteinhaus Caputh. När Adolf Hitler kom till makten 1933 lämnade Einstein Berlin och knöts till Institute for Advanced Study i Princeton. År 1940 fick han amerikanskt medborgarskap, men behöll samtidigt sitt schweiziska.

Vetenskaplig gärning

Under sitt annus mirabilis, 1905, då han var anställd vid patentverket i Bern publicerade han fem arbeten: sin doktorsavhandling och fyra artiklar i fysiktidskriften Annalen der Physik.

Den första artikeln beskrev ljusets kvantisering och förklarar den fotoelektriska effekten, för vilken han senare fick 1921 års Nobelpris i fysik. Den andra var ett arbete om den brownska rörelsen, som i praktiken bevisade atomernas (och molekylernas) existens, vilket Einstein också arbetade med i sin doktorsavhandling. Det tredje var den speciella relativitetsteorin 1905, för vilken han är mest känd. Artikeln utgår från Maxwells ekvationer och kommer fram till sambanden mellan rums- och tidskoordinaterna för två inertialsystem som befinner sig i rörelse relativt varandra. Detta lägger grunden till att vi numera kan se rum och tid som förenade i en fyrdimensionell rumtid, vilket klargjordes några år senare av Minkowski. Den fjärde artikeln, om ekvivalensen mellan massa och energi, innehöll den berömda formeln

${\displaystyle E=mc^{2}}$

där E betecknar energin, m massan och c ljusets hastighet i vakuum. Denna formel tolkas ofta som en förutsägelse om vilka energimängder som kan utvinnas ur materia. Einstein använde ofta så kallade tankeexperiment för att härleda sina teoretiska resultat.

1906 publicerade Einstein också en berömd artikel om specifik värme för fasta kroppar. Detta var den första tillämpningen någonsin av kvantteorin på fasta kroppar.

Under åren 1907–1916 utvecklade Einstein den allmänna relativitetsteorin, vilken kunde klarlägga de orsaker till planetrörelserna som Isaac Newtons klassiska mekanik inte kunde förklara.

En intressant konsekvens av den allmänna relativitetsteorin var att ljus påverkas av gravitationen, vilket bekräftades vid en solförmörkelse 1919. Man kunde då mäta att stjärnor i närheten av solens rand, som då kunde observeras, skenbart ändrat sin position. Att ljuset kröks av gravitationen är enligt den allmänna relativitetsteorin en konsekvens av att rummets geometri påverkas av materians massa – det krökta universum. Einstein hade redan tidigare börjat bli ett namn inom vetenskapliga kretsar, men uppmärksamheten i samband med solförmörkelsen gjorde Einstein känd för den stora allmänheten. Einsteins populära bok om relativitetsteorin översattes under 1920 och 1921 till ett antal språk, och vid hans besök i New York 1921 var de stora banderollerna framdragna. Einstein var flitigt ute på föreläsningsturné åren 1920–1923, och under denna "Einsteinfeber" nämndes hans namn parallellt med moderna begrepp som kubism, ryska revolutionen, sexualupplysning, barnbegränsning och jazz.

Från att ha varit en pionjär inom kvantfysiken började Einstein från mitten av 1920-talet kritisera kvantmekaniken. Einstein vände sig mot att kvantmekaniken endast tycktes kunna förutsäga sannolikheten för olika händelser, och menade att fysiken i princip måste vara deterministisk, så att man i princip kan förutsäga exakt vad som händer om man har den fullständiga informationen om utgångstillståndet. Hans diskussioner med Niels Bohr är berömda. Ett känt citat som rör hans motstånd mot kvantmekaniken är ”Gud kastar inte tärning”. Bohr svarade: ”Du ska inte tala om för Gud vad han ska göra”. En annan forskare som delvis instämde i Einsteins kritik var Erwin Schrödinger. Schrödinger hade utvecklat Schrödingerekvationen som ger vågfunktionen för ett kvantmekaniskt tillstånd. Schrödinger-ekvationen är en differentialekvation som i sig själv är fullständigt deterministisk, men vågfunktionen, som är dess lösning, är inte direkt mätbar. Det man kan göra är att använda vågfunktionen för att till exempel beräkna sannolikheten att en elektron i en atom ska befinna sig inom ett visst avstånd från sin atomkärna, eller beräkna olika medelvärden för utfallen av de fysikaliska mätningar man kan göra, och i detta steget förlorar man alltså determinismens tvärsäkra slutsatser. Schrödinger formulerade sitt tankeexperiment om Schrödingers katt, för att illustrera detta problem att man kan få en vågfunktion som beskriver två diametralt motsatta utfall av ett experiment, en död katt eller en levande katt, och frågan är då när experimentet antar det ena eller andra utfallet. Einstein å sin sida formulerade senare ett tankeexperiment med Nathan Rosen och Boris Podolsky, EPR-experimentet, där två sammanflätade partiklar på avstånd tycks påverka varandras polarisation om de är fotoner, eller spinn om de är elektroner. Utfallet av experimentet visar att partiklarnas polarisations- eller spinntillstånd inte är fastlagda när de sänds ut, utan bestäms först i det ögonblick då mätningen på den ena partikeln sker, och att tillståndet för den andra partikeln också bestäms i det ögonblicket, så att kvantmekaniken tycks kräva en form av spöklik växelverkan mellan partiklarna. Tankeexperimentet analyserades senare i detalj av John S. Bell, som kommer fram till att inte någon form av lokal teori kan förklara det kvantmekaniska utfallet av experimentet. Flera forskare, främst Alain Aspect, visar senare på 1970- och 80-talen experimentellt att utfallet av experimentet stämmer med kvantmekaniken.

Mot slutet av sitt liv arbetade Einstein på att hitta en teori som förenade alla naturkrafterna, men arbetet ledde aldrig till några definitiva resultat. Däremot råkade han under detta arbete hamna i en prioritetskonflikt med Schrödinger som arbetade med samma problem. I våra dagar så siktar till exempel strängteorin och loopkvantgravitation mot samma mål. En utmaning för dessa teorier är att förklara vad som händer med informationen i ett svart hål, som är en lösning till Einsteins allmänna relativitetsteori, då det svarta hålet avdunstar som en effekt av kvantmekaniken.