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.
כש 1905 החלה, אלברט איינשטיין שעמד לחגוג את יום ההולדת 26 עמד לפני חיים כאקדמאי כושל. רוב הפיזיקאים בזמנו היו מגכחים מול הרעיון שמשרת הציבור השולי הזה יוכל לתרום הרבה למדע. ועדיין בשנה הבאה, איינשטיין פירסם לא אחד, לא שניים, לא שלושה, אלא ארבעה מאמרים יוצאי דופן, כל אחד בנושא אחר, שיועדו לשנות רדיקלית את הבנתנו של היקום.
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.
המיתוס שאיינשטיין נכשל במתמטיקה הוא בדיוק זה. הוא שלט בחשבון דיפרנציאלי לבדו בגיל 15 והצליח גם בחטיבה של מינכן וגם בפוליטכניק השווצרי, בו הוא למד לתעודת הוראה במתמטיקה ופיזיקה. אבל דילוג על שיעורים כדי לבלות יותר זמן במעבדה ולא לטרוח להראות יחס מתאים לפרופסורים שלו הרידו את כיוון הקרירה שלו מהפסים. ודילגו עליו אפילו למשרת עוזר מעבדה, הוא היה צריך להסתפק בעבודה במשרד הפטנטים השווצרי, שהושגה בעזרת חבר של אביו.
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.
כשעבד שישה ימים בשבוע כפקיד פנטנטים, איינשטיין עדיין הצליח להשקיע זמן בפיזיקה, ודן בעבודה האחרונה עם כמה חברים קרובים, ופירסם מספר מאמרים זניחים. זו היתה הפתעה גדולה כשבמרץ 1905 הוא הגיש מאמר עם היפותזה מפתיעה. למרות עשורים של עדויות שאור הוא גל, איינשטיין הציע שהוא יכול להיות, למעשה, חלקיק, והראה שתופעה מסתורית, כמו האפקט הפוטו אלקטרי, יכולה להיות מוסברת על די ההיפותזה הזו. לרעיון לעגו במשך שנים לאחר מכן, אבל איינשטיין פשוט הקדים את זמנו בעשרים שנה. הדואליות של חלקיק גל נועדה להפוך אבן הפינה של המהפכה הקוואנטית.
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.
חודשיים מאוחר יותר במאי, איינשטיין הגיש מאמר שני, הפעם נוגע בשאלה בת מאות שנים שהיא האם האטום באמת קיים. למרות שתאוריות מסויימות נבנו על הרעיון של האטום הבלתי נראה, כמה מדענים בולטים עדיין האמינו שהם בדיון יעיל, במקום אובייקט פיזי אמיתי. אבל איינשטיין השתמש בטיעון גאוני, והראה שההתנהגות של חלקיקים קטנים שנעים באקראיות בנוזל, תנועה שידועה כתנועה בראונית, יכולה להיות מנובאת במדוייק על ידי התנגשות של מליוני אטומים בלתי נראים. ניסויים אישרו במהרה את המודל של איינשטיין, ומפקפקי האטום נסגו מעמדתם.
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.
המאמר השלישי הגיע ביוני. במשך זמן רב, איינטשיין היה מטורד מחוסר האחידות בין העקרונות הפיזיקליים הבסיסים. הרעיון המבוסס של יחסיות, שהגיע עוד מימי גלילאו, טען שתנועה אבסולוטית לא יכולה להיות מוגדרת. בעוד שהתאוריה האלקטרומגנטית, גם היא מבוססת היטב, טענה שתנועה אבסולוטית קיימת. חוסר ההתאמה, וחוסר היכולת לפתור אותה, השאירו את איינשטיין במה שהוא תאר במצב של לחץ פסיכולוגי. אבל יום אחד במאי, אחרי שהוא חשב על הפאזל עם חברו מישל בסו, העננים התפזרו. איינשטיין הבין שהניגודיות יכולה להפתר אם היתה זו מהירות האור שנשארה קבועה, בלי קשר לנקודת היחוס, בעוד הזמן והמרחב היו יחסיים לצופה. לקח לאיינשטיין רק כמה שבועות להגיע לפרטים ולנסח את מה שהפך להיות ידוע כתורת היחסות הפרטית. התאוריה לא רק ניפצה את ההבנה הקודמת שלנו של המציאות אלא גם סללה את הדרך לטכנולוגיות, שנעו ממאיצי חלקיקים, ללוויני מיקום גלובליים.
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.
הייתם יכולים לחשוב שזה מספיק, אבל בספטמבר, מאמר רביעי הגיע כ"דרך אגב" ממשיך למאמר תורת היחסות הפרטית. איינשטיין חשב מעט יותר על התאוריה שלו, והבין שמשתמע גם שמאסה ואנרגיה, אחת נראתה מוצקה והאחרת כביכול אתרית, היו למעשה מקבילות. והיחס בינהן יכול להיות מובע במה שהפכה להיות הנוסחה הכי מפורסמת והכי משמעותית בהסטוריה: E=mc^2.
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.
אינשטיין הפך להיות אייקון עולמי מוכר רק לאחר כמעט חמש עשרה שנה. זה היה רק לאחר שתורת היחסות הכללית שלו אושרה ב 1919 על ידי מדידת עיקום אור כוכבים במהלך ליקוי חמה שהעיתונות הפכה אותו לסלבריטי. אבל אפילו אם הוא היה נעלם חזרה אל משרד הפטנטים ולא משיג כלום אחרי 1905, ארבעת המאמרים האלה של שנת הפלא שלו היו נשארים הסטנדרט המוזהב לגאון לא צפוי ומפתיע.