Mε το ξεκίνημα του 1905, ο σχεδόν 26-χρονος Άλμπερτ Αϊνστάιν αντιμετώπιζε τη ζωή ως ένας αποτυχημένος ακαδημαϊκός. Οι περισσότεροι φυσικοί της εποχής θα χλεύαζαν στη σκέψη πως αυτός ο ασήμαντος δημόσιος υπάλληλος θα είχε να προσφέρει πολλά στην επιστήμη. Κι όμως, μέσα στην επόμενη χρονιά, ο Αϊνστάιν θα έκανε όχι μία, όχι δύο, όχι τρεις, αλλά τέσσερις εντυπωσιακές δημοσιεύσεις, η καθεμία με διαφορετικό θέμα, που έμελλε να μεταμορφώσουν ριζικά την κατανόησή μας για το Σύμπαν.
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.
Ο μύθος ότι ο Αϊνστάιν είχε αποτύχει στα μαθηματικά ήταν απλώς ένας μύθος. Είχε κατακτήσει τον διαφορικό λογισμό από μόνος του στην ηλικία των 15, και τα είχε καταφέρει καλά και στο σχολείο του στο Μόναχο, και στο Πολυτεχνείο της Ελβετίας, όπου σπούδασε διδασκαλία μαθηματικών και φυσικής. Αλλά η απώλεια μαθημάτων για να έχει περισσότερο χρόνο στο εργαστήριο, και η αμέλεια να δείξει τον απαραίτητο σεβασμό στους καθηγητές του είχαν εκτροχιάσει την προβλεπόμενη πορεία της καριέρας του. Αφού του αρνήθηκαν ακόμα και μια θέση βοηθού εργαστηρίου, έπρεπε να συμβιβαστεί με μια δουλειά στο ελβετικό γραφείο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, την οποία βρήκε με τη βοήθεια ενός φίλου του πατέρα του.
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. Working six days a week as a patent clerk,
Δουλεύοντας έξι μέρες την εβδομάδα ως υπάλληλος διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας, ο Αϊνστάιν κατάφερνε να βρίσκει χρόνο για φυσική, συζητώντας τη δουλειά του με λίγους στενούς φίλους, και κάνοντας κάποιες ασήμαντες δημοσιεύσεις. Ήταν μεγάλη έκπληξη όταν τον Μάρτιο του 1905 υπέβαλε μια δημοσίευση με μια σοκαριστική υπόθεση. Παρά τα στοιχεία δεκαετιών ότι το φως είναι κύμα, ο Αϊνστάιν πρότεινε ότι θα μπορούσε στην πραγματικότητα να είναι σωματίδιο, αποδεικνύοντας ότι μυστηριώδη φαινόμενα, όπως το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, θα μπορούσαν να εξηγηθούν με αυτήν την υπόθεση. Η ιδέα χλευάστηκε για χρόνια, αλλά ο Αϊνστάιν ήταν απλώς 20 χρόνια μπροστά για την εποχή του. Η διπλή υπόσταση κύματος-σωματιδίου θα γινόταν ο ακρογωνιαίος λίθος της κβαντικής επανάστασης.
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.
Δύο μήνες αργότερα, τον Μάιο, ο Αϊνστάιν υπέβαλε μια δεύτερη δημοσίευση, αυτή τη φορά αντιμετωπίζοντας το ερώτημα αιώνων εάν τα άτομα όντως υπάρχουν. Αν και κάποιες θεωρίες δομήθηκαν πάνω στην ιδέα αόρατων ατόμων, κάποιοι καταξιωμένοι επιστήμονες εξακολουθούσαν να πιστεύουν ότι είναι μια χρήσιμη ιδέα, και όχι υπαρκτά φυσικά αντικείμενα. Αλλά ο Αϊνστάιν χρησιμοποίησε ένα ευφυέστατο επιχείρημα, δείχνοντας ότι η συμπεριφορά μικρών σωματιδίων, που κινούνται τυχαία μέσα σε ένα υγρό, γνωστό ως κίνηση Μπράουν, μπορούσε να προβλεφθεί με ακρίβεια από τις συγκρούσεις εκατομμυρίων αόρατων ατόμων. Τα πειράματα σύντομα επιβεβαίωσαν το μοντέλο του Αϊνστάιν, και οι ατομο-σκεπτικιστές παραδέχτηκαν την ήττα τους.
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.
Η τρίτη δημοσίευση ήρθε τον Ιούνιο. Για πολύ καιρό ο Αϊνστάιν προβληματιζόταν από την ασυνέπεια μεταξύ δύο θεμελιωδών αρχών της φυσικής. Η καλά καθιερωμένη αρχή της σχετικότητας, από την εποχή του Γαλιλαίου, δήλωνε πως απόλυτη κίνηση δεν μπορεί να οριστεί. Αλλά η ηλεκτρομαγνητική θεωρία, επίσης καλώς καθιερωμένη, ισχυριζόταν πως η απόλυτη κίνηση υπάρχει. Η ασυνέπεια, και η αδυναμία να επιλυθεί, άφησε τον Αϊνστάιν σε αυτό που ο ίδιος περιέγραψε ως μια κατάσταση ψυχικής έντασης. Αλλά μια μέρα του Μαΐου, αφού το είχε συλλογιστεί με τον φίλο του Μισέλ Μπέσο, το τοπίο ξεκαθάρισε. Ο Αϊνστάιν συνειδητοποίησε ότι η αντίθεση μπορούσε να επιλυθεί εάν η ταχύτητα του φωτός παρέμενε σταθερή, ανεξαρτήτως του συστήματος αναφοράς, καθώς και ο χρόνος και ο χώρος ήταν σχετικά ως προς τον παρατηρητή. Ο Αϊνστάιν χρειάστηκε μόνο λίγες εβδομάδες για τις λεπτομέρειες και για να διατυπώσει αυτό που έγινε γνωστό ως ειδική σχετικότητα. Αυτή η θεωρία όχι μόνο κατέρριψε την προηγούμενη αντίληψή μας για την πραγματικότητα, αλλά και θα άνοιγε τον δρόμο προς τεχνολογίες που εκτείνονται από επιταχυντές σωματιδίων ως το Παγκόσμιο Σύστημα Στιγματοθέτησης.
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.
Κάποιος μπορεί να σκεφτεί ότι αυτό ήταν αρκετό, αλλά τον Σεπτέμβριο, μια τέταρτη δημοσίευση έφτασε ως μια «παρεμπιπτόντως» συνέχεια στη δημοσίευση της ειδικής σχετικότητας. Ο Αϊνστάιν συλλογίστηκε λίγο παραπάνω τη θεωρία του, και συνειδητοποίησε ότι συνεπαγόταν πως η μάζα και η ενέργεια, το ένα προφανώς στέρεο και το άλλο υποθετικά αιθέριο, ήταν στην πραγματικότητα ισοδύναμα. Και η σχέση τους μπορούσε να εκφραστεί με αυτό που θα γινόταν η πιο διάσημη εξίσωση στην ιστορία: E=mc^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.
Ο Αϊνστάιν δε θα γινόταν παγκοσμίως αναγνωρίσιμη προσωπικότητα για σχεδόν άλλα δεκαπέντε χρόνια. Μόνο μετά την επιβεβαίωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας το 1919, με τη μέτρηση της καμπύλωσης του αστρικού φωτός κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης, ο Τύπος τον έκανε διασημότητα. Αλλά ακόμα κι αν είχε εξαφανιστεί πίσω στο γραφείο διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας και δεν είχε καταφέρει τίποτα άλλο μετά το 1905, αυτές οι τέσσερις δημοσιεύσεις της θαυματουργής χρονιάς του θα είχαν παραμείνει ο χρυσός κανόνας της εντυπωσιακά απροσδόκητης ευφυίας.
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.