Einstein kettős évfordulója és öt fantasztikus tanulmánya

Idén számos évforduló fűződik Albert Einstein nevéhez. 1955. április 18-án, azaz ma 50 éve hunyt el a világ egyik leghíresebb fizikusa, aki száz évvel ezelőtt, 1905-ben tett közzé öt, a modern fizika szempontjából kulcsfontosságú tanulmányt.
Öt rendkívül fontos tanulmányának a közzététele nyomán nevezték el 1905-öt „csodálatos évnek” a nemzetközi fizikában, és a tudományág képviselői idén kicsit magukat is ünneplik Einstein révén. Igyekeznek a fizika látványos eredményeire ráirányítani a figyelmet. Joggal tehetik ezt, hiszen az akkor – 1905-ben – mindössze 26 éves Einstein eredményei máig hatnak, egy évszázad távlatában is frissnek mondhatók. Ebben az évben olyan munkákat tett közzé a híres tudós, amelyek az atombomba, a hidrogénbomba, az atomreaktorok működését tették lehetővé, továbbá a fekete lyukak, az ősrobbanás, a fény tulajdonságainak vizsgálatát segítették elő, valamint az atomok létezését is igazolták közvetve.
Einstein csodálatos éve
De nézzük, miről is szólt az az öt híres tanulmány, amely megváltoztatta a fizika arculatát, és amely egy új korszak határát is jelezte a természettudományokban.
1905. március: A hagyományos fizika a fényt hullámként írta le, és ezért nem tudta igazán megmagyarázni azt, hogy miként képes elektronokat fémekről leszakítani ez a „hullám”. Einstein megmutatta, hogy a fény kicsiny energiacsomagokból áll, amelyek képesek egyedi részecskékként is viselkedni. Ezeket a kicsiny részecskéket ma fotonoknak hívjuk. A részecske-hullám kettősség a modern kvantumelmélet alapja, ám Einstein sokáig húzódzkodott ettől az elmélettől, és saját teóriáját fényelektromos hatásként írta le. Kevesen tudják, hogy Einstein nem a relativitáselméletért, hanem a fotoelektromos jelenség leírásáért kapott Nobel-díjat 1921-ben.
Április: Egy kávézás közbeni beszélgetés során (a téma a tea volt), Einstein benyújtja dolgozatát, amelyben a cukormolekulák méretét annak alapján számítja ki, hogy mennyire keverednek (diffundálnak) a folyadékban.
Május: Einstein bebizonyítja, hogy jóllehet a kis részecskék – mint például a pollen – mintha függetlenül mozognának a vízben, ám ez nem így van, hanem a vízben lévő atomok (pontosabban molekulák) lökdösik ezeket a részecskéket, méghozzá kaotikus, rendezetlen mozgásukkal. E mozgást egyébként Brown-mozgásnak hívják, és ezzel a számítással Einstein az atomok létezésére irányította rá a figyelmet.
Június: Megjelenik Einstein egyik leghíresebb munkája, a „speciális relativitásról” szóló teória. Einstein ezáltal szakít a hagyományos fizikával. Newton még úgy tartotta, hogy a gravitáció abszolút: a tömeg vonzza a tömeget. Ezért keletkeznek gázokból és porból a csillagok, és ezért keletkeznek más törmelékekből bolygók. Einstein azonban a normálistól (Newton elméletétől) eltérő anomáliákat is képes volt megmagyarázni: a tudósok addig azt hitték, hogy a fény csak egy a sokféle elektromágneses hullám közül, amely egy láthatatlan közegen keresztül halad. Ezt a láthatatlan anyagot éternek nevezték, és úgy vélték, a fény sebessége mindig ugyanakkora. Einstein szerint a fény sebessége konstans, azaz állandó, mintegy 300 ezer kilométer másodpercenként. Einstein elméletéből adódik, hogy az idő például a mozgó tárgyakon lelassul, minél gyorsabban mozog a tágy, annál inkább. Így például a Föld körül keringő műholdak órái kicsit lassabban járnak, mint a mieink itt a bolygón. Éppen ezért speciális programok módosítják a szatellitek időmérő szerkezeteit, hogy egyeztessék a földi idővel azokat.
November: Einstein publikálja a speciális relativitás kiterjesztéséről szóló tanulmányát, amely a tömeg és az energia viszonyáról szól. 1907-ben aztán megfogalmazza híres képletét is, amely kimondja: E=mc2. Ez tehát a tömeg és az energia ekvivalenciájáról szól, arról, hogy a tömeg energiává alakítható át. Ez a későbbi atom- és a hidrogénbomba vagy éppen az atomreaktorok működésének a fizikai alapja. Ha ugyanis az elemi részecskék vagy az atom(mag)ok tömeget veszítenek, akkor ez a tömeg energia formájában jelenik meg. A Teller Ede, illetve a szovjet-orosz Szaharov által kifejlesztett hidrogénbombában például a négy egyesülő hidrogén atom (kissé leegyszerűsítve, hiszen a bombában deutériumot, illetve tríciumot is használnak) tömege nagyobb, mint a szintén négy részecskéből álló, a hidrogén atommagokból keletkező hélium atom magja. A tömegkülönbség energia formájában sugárzódik ki. Ez a jelenség az alapja a Nap működésének is egyébként, ahogyan ezt később Weizsäcker és Bethe bebizonyította. Einstein bizonyította tehát először, hogy a tömeg energiává alakítható át.
És ez még csak az előjáték volt!
Az 1905-ös munkák valóban egy csodálatos év termékei voltak, ám ezek mégiscsak előjátéknak számítanak Einstein későbbi, 1916-os, szintén hatalmas tudományos teljesítményéhez képest, amikor is kidolgozza az általános relativitás elméletét. A speciális relativitáselmélet ugyanis nem számolt a gravitációval. Newton szerint a gravitáció egy konstans, abszolút erő: ha leejtesz egy almát, akkor lehull a földre. A bolygók pedig ellipszis alakú pályán keringenek a Nap körül, mert gravitáció hat a planétákra.
Einstein relatív világában azonban az anyag meggörbíti a teret és az időt is maga körül, s például a Nap is eltéríti a tér-idő szerkezetét, ezért keringenek körülötte a bolygók. Így még a rendkívül kicsiny részecskékre, vagyis a fény alkotóelemeire is képes hatni a Nap. 1919-ben a csillagászok aztán meg is figyelték, hogy egy távoli csillag fényét pár századmilliméterrel képes volt a mi Napunk eltéríteni, ami a relativitáselmélet kísérleti bizonyítékának is tekinthető.
Az általános relativitáselmélet volt az a teória, amely megteremtette a fekete lyukak, az univerzum tágulása és a Big Bang, vagyis az ősrobbanás kutatásának alapjait.
![]() |
| ![]() |
Kapcsolódó cikkünk: