[1905 - rok cudu Einsteina]
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.
Kiedy nastał 1905 rok prawie 26-letni Einstein wydawał się nieudanym naukowcem. Większość ówczesnych fizyków wykpiłaby pomysł, że ten drobny urzędnik mógłby bardzo zasłużyć się nauce. Jednak w roku, który nadchodził, Einstein miał opublikować nie jeden, nie dwa, nie trzy, ale cztery niezwykłe artykuły, każdy na inny temat, które miały radykalnie zmienić nasze rozumienie Wszechświata.
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.
Pogłoska, że Einstein oblał matematykę, pozostaje tylko pogłoską. Opanował naukę rachunków samodzielnie w wieku 15 lat i dobrze radził sobie zarówno w liceum w Monachium, jak i na politechnice w Szwajcarii, gdzie studiował matematykę i fizykę na kierunku nauczycielskim. Ale praca w laboratorium kosztem wykładów i brak oczekiwanego szacunku do profesorów zaburzyły jego zamierzoną ścieżkę kariery. Nie dostawszy nawet posady asystenta w laboratorium, musiał zadowolić się posadą w szwajcarskim urzędzie patentowym, uzyskaną dzięki pomocy ojca swojego przyjaciela.
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.
Pracując sześć dni w tygodniu jako urzędnik patentowy, Einstein mógł poświęcić trochę czasu na fizykę, dyskutując o wynikach swojej pracy z najbliższymi przyjaciółmi i publikując kilka mniejszych artykułów. Było wielkim zaskoczeniem, kiedy w marcu 1905 roku ogłosił w artykule szokującą hipotezę. Mimo dziesięcioleci dowodzenia, że światło jest falą, Einstein założył, że mogło być cząsteczką, i udowodnił, że tajemnicze zjawisko, jakim jest efekt fotoelektryczny, można wyjaśnić dzięki jego hipotezie. Przez wiele lat jego ideę wyśmiewano, ale Einstein wyprzedził wtedy swoje czasy o dwadzieścia lat. Dualizm korpuskularno-falowy zapoczątkował później rewolucję kwantową.
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.
Dwa miesiące później, w maju, Einstein opublikował drugi artykuł, tym razem kwestionując pytanie, czy atomy w ogóle istnieją. Chociaż pewne teorie budowano na teorii niewidzialnych atomów, niektórzy ważni naukowcy nadal uważali je za użyteczną fikcję, z nie za realne obiekty fizyczne. Einstein jednak użył genialnego argumentu, wykazując, że zachowanie małych cząstek poruszających się losowo w płynie według zasad ruchów Browna można dokładnie przewidzieć dzięki zderzeniom milionów niewidzialnych atomów. Wkrótce doświadczenia potwierdziły model Einsteina, a sceptycy teorii atomów nie mieli już nic do powiedzenia.
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.
Trzeci artykuł ukazał się w czerwcu. Od dłuższego czasu Einsteina nurtowała niespójność dwu podstawowych zasad fizyki. Dobrze potwierdzona zasada względności, sięgająca jeszcze czasów Galileusza, zakładała, że ruchu absolutnego nie da się zdefiniować. Jednak teoria elektromagnetyczna, także dobrze potwierdzona, zakładała, że ruch absolutny istnieje. Ta rozbieżność i niemożność jej rozwiązania wprawiała Einsteina, jak mówił, w stan napięcia psychicznego. Pewnego majowego dnia, kiedy rozważał zagadkę razem z przyjacielem, Michelem Besso, chmury się rozstąpiły. Einstein zauważył, że sprzeczność da się rozwiązać, jeśli prędkość światła uznamy za stałą, niezależnie od układu odniesienia, podczas gdy czas i przestrzeń zależą od obserwatora. Einsteinowi tylko kilka tygodni zajęło opracowanie szczegółów sformułowanie teorii znanej jako specjalna teoria względności. Teoria nie tylko rozbiła nasze stare rozumienie rzeczywistości, ale utorowała także drogę nowym technologiom, od akceleratorów cząstek do globalnego systemu pozycjonowania.
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.
Można sądzić, że to już wystarczy, ale we wrześniu pojawił się czwarty artykuł o specjalnej teorii względności. Einstein rozważył teorię jeszcze dokładniej, i zauważył, że wskazywała także na to, że masa i energia, jedna wyraźnie stała a druga eteryczna, były właściwie równorzędne. Ich stosunek można wyrazić równaniem, które zostało najpopularniejszym i najważniejszym równaniem w historii: 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.
Einstein został światową ikoną nauki dopiero po piętnastu latach, kiedy jego późniejsza ogólna teoria względności została potwierdzona w 1919 roku, dzięki pomiarowi zakrzywienia światła gwiazd podczas zaćmienia słońca. Prasa obwołała go celebrytą. Ale nawet gdyby zniknął wtedy z powrotem w biurze patentowym i niczego nie dokonał po roku 1905, te cztery artykuły z jego roku cudów pozostałyby złotym standardem zadziwiającego i nieoczekiwanego geniuszu.