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.
Agli albori del 1905, Albert Einstein, a quasi 26 anni, era un accademico mancato. Tutti i fisici di allora avrebbero schernito l'idea che questo semplice impiegato statale potesse dare un contributo alla scienza. Eppure, nell'arco di un anno, Einstein avrebbe pubblicato non uno, non due, non tre, ma quattro articoli straordinari, ciascuno su un argomento diverso, destinati a trasformare radicalmente la nostra comprensione dell'universo.
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.
Che Einstein fosse stato bocciato in matematica, è solo un mito. A 15 anni, aveva imparato da solo il calcolo infinitesimale ed avuto buoni risultati sia al suo liceo di Monaco che al Politecnico in Svizzera, dove studiava per la licenza da insegnante di matematica e fisica. Ma dato che saltava le lezioni per stare di più in laboratorio e non mostrava la dovuta deferenza ai suoi professori lo sviluppo della sua carriera non seguì il percorso previsto. Scartato persino come assistente di laboratorio, dovette ripiegare su un impiego all'ufficio brevetti Svizzero, ottenuto con l'aiuto del padre di un suo amico.
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.
Addetto ai brevetti sei giorni su sette, Einstein riusciva comunque a trovare del tempo per la fisica, commentando i lavori più recenti con pochi amici intimi e pubblicando qualche articolo minore. Fu quindi una grossa sorpresa quando, nel marzo del 1905, presentò un articolo con un'ipotesi sbalorditiva. Malgrado decenni di verifiche che la luce fosse un'onda, Einstein propose che, invece, si sarebbe potuto trattare di una particella, mostrando come fenomeni misteriosi, ad esempio l'effetto fotoelettrico, avrebbero potuto essere spiegati dalla sua ipotesi. L'idea venne derisa per molti anni, ma Einstein era semplicemente avanti di vent'anni sui suoi tempi. La dualità onda-particella sarebbe stata centrale nella rivoluzione quantistica.
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.
Due mesi dopo, a maggio, Einstein presentò un secondo articolo, questa volta affrontando l'antichissima questione sull'esistenza degli atomi. Sebbene certe teorie fossero basate sull'esistenza di atomi invisibili, alcuni eminenti scienziati, invece, li ritenevano solo una pratica invenzione, e non oggetti reali. Ma Einstein usò un argomento ingegnoso, che mostrava come il comportamento di corpuscoli che si muovono a caso in un liquido, il cosiddetto moto Browniano, poteva essere predetto esattamente grazie alle collisioni di milioni di atomi invisibili. Presto alcuni esperimenti confermarono il modello di Einstein, e gli scettici dell'atomo gettarono la spugna.
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.
Il terzo articolo arrivò a giugno. Per molto tempo, Einstein era stato tormentato da una discrepanza tra due principi fisici fondamentali. I'ampiamente assodato principio di relatività, risalente già a Galileo, stabiliva che il moto assoluto non poteva essere definito. La teoria dell'elettromagnetismo, invece, anch'essa ben assodata, asseriva proprio che questo moto assoluto esisteva. La discrepanza, e la sua incapacità di risolverla, tennero Einstein in quello che lui chiamò uno stato di tensione psichica. Ma un giorno di maggio, dopo aver rimuginato sul problema col suo amico Michele Besso, la nuvola si disperse. Einstein si rese conto che la contraddizione spariva se era la velocità della luce a rimanere costante, in qualsiasi sitema di riferimento, mentre sia il tempo che lo spazio diventavano relativi all'osservatore. Einstein impiegò solo qualche settimana a elaborare i dettagli e formulò così la teoria nota come la relatività ristretta. Essa non solo mandò in pezzi la vecchia interpretazione della realtà ma avrebbe anche aperto la strada a tecnologie quali gli acceleratori di particelle ed il global positioning system (GPS).
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.
Come se non fosse abbastanza, in settembre, arrivò un quarto articolo che seguiva la relatività ristretta come un "a proposito". Einstein aveva pensato ancor più alla sua teoria, e si era reso conto che implicava che massa ed energia, una apparentemente massiccia e l'altra presumibilmente eterea, erano, in realtà, equivalenti. E il loro legame poteva essere espresso con quella che sarebbe divenuta la più famosa ed importante equazione della storia:
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.
E = mc² Ma Einstein non diventerà un'icona famosa nel mondo per quasi altri quindici anni. Solo dopo la conferma, nel 1919, della sua teoria della relatività generale, avvenuta misurando la curvatura della luce stellare durante un'eclissi di sole, la stampa ne fece una celebrità. Ma anche se fosse scomparso di nuovo nell'ufficio dei brevetti e non avesse pubblicato altro dopo il 1905, quei quattro articoli in quell'anno miracoloso