مع بزوغ العام 1905 ألبرت أينشتاين الذي سيبلغ من العمر 26 عاما قريباً واجه الحياة بفشل أكاديمي معظم الفيزيائيين في ذلك الوقت قد سخروا من فكرة أن هذا الموظف المدني الضعيف قد يملك الكثير ليسهم في العلوم ومع ذلك خلال السنة التالية، أينشتاين نشر ليس واحدة، أو اثنين، ليس ثلاثة، لكن أربع ورقات استثنائية، كل واحدة في موضوع مختلف، اللاتي كنّ متجهات لتحويل جذري في فهمنا للكون.
As 1905 dawned, the soon-to-be 26-year-old Albert Einstein faced life as a failed academic. Most physicists of the time would have scoffed at the idea that this minor civil servant could have much to contribute to science. Yet within the following year, Einstein would publish not one, not two, not three, but four extraordinary papers, each on a different topic, that were destined to radically transform our understanding of the universe.
أسطورة أن أينشتاين قد فشل في الرياضيات كان ذلك فقط. كان قد أتقن حساب التفاضل والتكامل من تلقاء نفسه قبل سن 15 وأحسن في كل من مدرسة ميونيخ الثانوية وفي كلية الفنون التطبيقية السويسرية، حيث درس لدبلوم التدريس للرياضيات والفيزياء ولكن بتخطي الصفوف لقضاء المزيد من الوقت في المختبر وإهماله لإظهار الاحترام المناسب لأساتذته خرج عن مساره الوظيفي المقصود. تجاوزت حتى لوظيفة مساعد مختبر، اضطر الى تسوية لوظيفة في مكتب براءات الاختراع السويسري، التي تم الحصول عليها بمساعدة أحد أصدقاء والده.
The myth that Einstein had failed math is just that. He had mastered calculus on his own by the age of 15 and done well at both his Munich secondary school and at the Swiss Polytechnic, where he studied for a math and physics teaching diploma. But skipping classes to spend more time in the lab and neglecting to show proper deference to his professors had derailed his intended career path. Passed over even for a lab assistant position, he had to settle for a job at the Swiss patent office, obtained with the help of a friend's father.
العمل ستة أيام في الأسبوع ككاتب براءات الاختراع، أينشتاين لا يزال يوفر بعض الوقت للفيزياء، يناقش أحدث الأعمال مع عدد قليل من الأصدقاء المقربين، ونشر بضع ورقات صغيرة. جاء ذلك بمثابة مفاجأة كبرى عندما قدم في مارس 1905 ورقة مع فرضية مروعة. على الرغم من عقود من الأدلة أن هذا الضوء موجة، اقترح أينشتاين أن بإمكانها، في الواقع، تكون جسيمات، بإظهار أن تلك الظواهر الغامضة، مثل التأثير الكهروضوئي، يمكن تفسيرها بفرضيته. وقد سخر من الفكرة عدة سنوات مقبلة، ولكن اينشتاين كان ببساطة عشرين عاما قبل وقته. كان من المقرر أن تصبح ازدواجية موجة-جسيم حجر الزاوية في ثورة الكم.
Working six days a week as a patent clerk, Einstein still managed to make some time for physics, discussing the latest work with a few close friends, and publishing a couple of minor papers. It came as a major surprise when in March 1905 he submitted a paper with a shocking hypothesis. Despite decades of evidence that light was a wave, Einstein proposed that it could, in fact, be a particle, showing that mysterious phenomena, such as the photoelectric effect, could be explained by his hypothesis. The idea was derided for years to come, but Einstein was simply twenty years ahead of his time. Wave-particle duality was slated to become a cornerstone of the quantum revolution.
بعد شهرين في مايو قدم أينشتاين ورقة ثانية، هذه المرة بمواجهة قرون في مسألة ما إذا كانت الذرات موجودة فعلا. على الرغم من أنه تم بناء بعض النظريات على فكرة أن الذرات غير مرئية، بعض العلماء البارزين لا يزال يعتقد أن يكونوا خيالاً مفيداً، بدلاً من أشياء مادية فعلية. ولكن اينشتاين استخدم حجة عبقرية، بتبين أن سلوك جزيئات صغيرة تتحرك عشوائيا في جميع أنحاء سائل ما، تعرف باسم الحركة البراونية، يمكن التنبؤ بها بدقة من قبل تصادم ملايين الذرات غير المرئية. التجارب قريباً أكدت نموذج أينشتاين، و أقر المشككون الذريون بالهزيمة.
Two months later in May, Einstein submitted a second paper, this time tackling the centuries old question of whether atoms actually exist. Though certain theories were built on the idea of invisible atoms, some prominent scientists still believed them to be a useful fiction, rather than actual physical objects. But Einstein used an ingenious argument, showing that the behavior of small particles randomly moving around in a liquid, known as Brownian motion, could be precisely predicted by the collisions of millions of invisible atoms. Experiments soon confirmed Einstein's model, and atomic skeptics threw in the towel.
جاءت الورقة الثالثة في يونيو. لوقت طويل، كان أينشتاين مضطرب من عدم التناسق بين اثنين من المبادئ الأساسية الفيزياء. الراسخ جبداً مبدأ النسبية، بالرجوع كليّاً إلى جاليلو ذكر أن الحركة المطلقة لا يمكن تعريفها. ومع النظرية الكهرومغناطيسية، هي أيضاً راسخة، أكدت أن الحركة المطلقة موجودة. التناقض، وعدم قدرته على حل ذلك، تركت أينشتاين في ما وصفه بأنها حالة من التوتر النفسي. لكن ذات يوم في مايو، بعد أن فكر في لغز مع صديقه ميشيل بيسو، انقشعت الغيوم. اينشتاين أدرك أن التناقض يمكن حله إذا كانت سرعة الضوء هي التي تبقى ثابتة، بغض النظر عن الإطار المرجعي، في حين أن كلا الزمان والمكان كان نسبة إلى المراقب. استغرق الأمر أينشتاين بضعة أسابيع فقط للعمل على التفاصيل وصياغة ما جاء ليكون النسبية الخاصة النظرية لا تحطم فقط فهمنا السابق للواقع ولكن سوف تمهد الطريق أيضاً للتكنولوجيات، بدءاً من مسرعات الجسيمات، لنظام تحديد المواقع العالمي.
The third paper came in June. For a long time, Einstein had been troubled by an inconsistency between two fundamental principles of physics. The well established principle of relativity, going all the way back to Galileo, stated that absolute motion could not be defined. Yet electromagnetic theory, also well established, asserted that absolute motion did exist. The discrepancy, and his inability to resolve it, left Einstein in what he described as a state of psychic tension. But one day in May, after he had mulled over the puzzle with his friend Michele Besso, the clouds parted. Einstein realized that the contradiction could be resolved if it was the speed of light that remained constant, regardless of reference frame, while both time and space were relative to the observer. It took Einstein only a few weeks to work out the details and formulate what came to be known as special relativity. The theory not only shattered our previous understanding of reality but would also pave the way for technologies, ranging from particle accelerators, to the global positioning system.
ربما يتصور المرء أن هذا كان كافياً، ولكن في سبتمبر، وصلت الورقة الرابعة كـ "بالمناسبة" متابعة ورقة النسبية الخاصة. أينشتاين فكّر قليلا أكثر حول نظريته، وأدرك أنها تعني ضمناً أيضاً أن الكتلة والطاقة، واحد على ما يبدو ثابت والآخر أثيري من المفترض، كانا متعادلين في الواقع. وعلاقتهما يمكن التعبير عنها في ما أصبح الأكثر شهرة ومعادلة لاحقاً في التاريخ: E=mc^2 (ط = ك*ع^2)
One might think that this was enough, but in September, a fourth paper arrived as a "by the way" follow-up to the special relativity paper. Einstein had thought a little bit more about his theory, and realized it also implied that mass and energy, one apparently solid and the other supposedly ethereal, were actually equivalent. And their relationship could be expressed in what was to become the most famous and consequential equation in history: E=mc^2.
أن أينشتاين لم يصبح الرمز الشهير فيما يقرب من خمسة عشر عاما أخرى. كان ذلك في وقت لاحق بعد أن أكدت نظريته العامة النسبية في عام 1919 عن طريق قياس الانحناء من النجوم خلال كسوف الشمس والذي من شأن الصحافة أن تحوله ليصبح من المشاهير. لكن حتى لو كان قد اختفى في الخلف في مكتب براءات الاختراع ولم ينجز أي شيء آخر بعد عام 1905، تلك الأوراق الأربعة لسنته المعجزة لبقيت المعيار الذهبي لعبقرية مذهلة غير متوقعة.
Einstein would not become a world famous icon for nearly another fifteen years. It was only after his later general theory of relativity was confirmed in 1919 by measuring the bending of starlight during a solar eclipse that the press would turn him into a celebrity. But even if he had disappeared back into the patent office and accomplished nothing else after 1905, those four papers of his miracle year would have remained the gold standard of startling unexpected genius.