Bagaimana Albert Einstein Berjuang untuk Perdamaian Eropa dan Fisika Teoretis

2024 Pengarang: Malcolm Clapton | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-17 04:00

Tentang bagaimana sains terkait erat dengan politik.

Pada awal abad kedua puluh, penemuan kolosal dibuat dalam fisika, beberapa di antaranya milik Albert Einstein, pencipta teori relativitas umum.

Para ilmuwan berada di ambang pandangan yang benar-benar baru tentang Semesta, yang membutuhkan keberanian intelektual, kemauan untuk membenamkan diri dalam teori dan keterampilan dalam berurusan dengan peralatan matematika yang kompleks. Tantangan itu tidak diterima oleh semua orang, dan, seperti yang kadang-kadang terjadi, perselisihan ilmiah ditumpangkan pada perbedaan politik yang disebabkan pertama oleh Perang Dunia Pertama, kemudian oleh Hitler berkuasa di Jerman. Einstein juga merupakan tokoh kunci di mana tombak dipatahkan.

Einstein melawan semua orang

Pecahnya Perang Dunia Pertama disertai dengan kebangkitan patriotik di antara penduduk negara-negara yang berpartisipasi, termasuk para ilmuwan.

Di Jerman pada tahun 1914, 93 ilmuwan dan tokoh budaya, termasuk Max Planck, Fritz Haber dan Wilhelm Roentgen, menerbitkan sebuah manifesto yang menyatakan dukungan penuh mereka untuk negara dan perang yang sedang dilancarkan: “Kami, perwakilan ilmu pengetahuan dan seni Jerman, memprotes sebelum seluruh dunia budaya melawan kebohongan dan fitnah yang dengannya musuh-musuh kita mencoba mengotori tujuan adil Jerman dalam perjuangan keras untuk eksistensi yang dipaksakan padanya. Tanpa militerisme Jerman, budaya Jerman akan hancur sejak awal. Militerisme Jerman adalah produk budaya Jerman, dan lahir di negara yang, tidak seperti negara lain di dunia, telah menjadi sasaran serangan predator selama berabad-abad."

Namun demikian, ada seorang ilmuwan Jerman yang berbicara keras menentang ide-ide seperti itu. Albert Einstein menerbitkan sebuah manifesto tanggapan “Untuk Orang Eropa” pada tahun 1915: “Belum pernah sebelumnya perang begitu mengganggu interaksi budaya. Adalah tugas orang Eropa, berpendidikan dan berkehendak baik, untuk tidak membiarkan Eropa menyerah. Namun, seruan ini, selain Einstein sendiri, hanya ditandatangani oleh tiga orang.

Einstein menjadi ilmuwan Jerman baru-baru ini, meskipun ia lahir di Jerman. Ia lulus dari sekolah dan universitas di Swiss, dan setelah itu selama hampir sepuluh tahun berbagai universitas di Eropa menolak mempekerjakannya. Ini sebagian karena cara Einstein mendekati permintaan untuk mempertimbangkan pencalonannya.

Jadi, dalam sepucuk surat kepada Paul Drude, pencipta teori elektronik logam, dia pertama kali menunjukkan dua kesalahan yang terkandung dalam teorinya, dan baru kemudian meminta untuk dipekerjakan.

Akibatnya, Einstein harus mendapatkan pekerjaan di kantor paten Swiss di Bern, dan baru pada akhir tahun 1909 ia bisa mendapatkan posisi di Universitas Zurich. Dan sudah pada tahun 1913, Max Planck sendiri, bersama dengan calon penerima Nobel dalam bidang kimia Walter Nernst, secara pribadi datang ke Zurich untuk membujuk Einstein agar menerima kewarganegaraan Jerman, pindah ke Berlin dan menjadi anggota Akademi Ilmu Pengetahuan Prusia dan direktur Institut dari Fisika.

Einstein menemukan karyanya di kantor paten sangat produktif dari sudut pandang ilmiah. “Ketika seseorang lewat, saya akan menaruh catatan saya di laci dan berpura-pura melakukan pekerjaan paten,” kenangnya. Tahun 1905 tercatat dalam sejarah ilmu pengetahuan sebagai annus mirabilis, "tahun keajaiban".

Tahun ini, jurnal Annalen der Physik menerbitkan empat artikel oleh Einstein, di mana ia mampu menjelaskan secara teoritis gerak Brown, menjelaskan, menggunakan ide Planckian tentang kuanta cahaya, efek foto, atau efek elektron yang terlepas dari logam ketika itu disinari dengan cahaya (dalam eksperimen seperti itulah JJ Thomson menemukan elektron), dan memberikan kontribusi yang menentukan pada penciptaan teori relativitas khusus.

Suatu kebetulan yang menakjubkan: teori relativitas muncul hampir bersamaan dengan teori kuanta dan secara tak terduga dan tidak dapat ditarik kembali mengubah dasar-dasar fisika.

Pada abad ke-19, sifat gelombang cahaya telah ditetapkan dengan kuat, dan para ilmuwan tertarik pada bagaimana substansi tempat gelombang ini merambat diatur.

Terlepas dari kenyataan bahwa belum ada yang mengamati eter (ini adalah nama zat ini) secara langsung, keraguan bahwa eter itu ada dan meresap ke seluruh Semesta tidak muncul: jelas bahwa gelombang harus merambat dalam semacam media elastis, dengan analogi dengan lingkaran dari batu yang dilemparkan ke air: permukaan air pada titik jatuhnya batu mulai berosilasi, dan, karena elastis, osilasi ditransmisikan ke titik tetangga, dari mereka ke titik tetangga, dan seterusnya pada. Setelah penemuan atom dan elektron, keberadaan benda-benda fisik yang tidak dapat dilihat dengan instrumen yang ada juga tidak mengejutkan siapa pun.

Salah satu pertanyaan sederhana yang tidak dapat ditemukan jawabannya oleh fisika klasik adalah: apakah eter terbawa oleh benda-benda yang bergerak di dalamnya? Pada akhir abad ke-19, beberapa percobaan dengan meyakinkan menunjukkan bahwa eter sepenuhnya terbawa oleh benda yang bergerak, sementara yang lain, dan tidak kurang meyakinkan, bahwa eter hanya terbawa sebagian.

Lingkaran di atas air adalah salah satu contoh gelombang pada medium elastis. Jika benda yang bergerak tidak membawa eter, maka kecepatan cahaya relatif terhadap tubuh akan menjadi jumlah kecepatan cahaya relatif terhadap eter dan kecepatan tubuh itu sendiri. Jika itu benar-benar menarik eter (seperti yang terjadi ketika bergerak dalam cairan kental), maka kecepatan cahaya relatif terhadap tubuh akan sama dengan kecepatan cahaya relatif terhadap eter dan sama sekali tidak akan bergantung pada kecepatan eter. tubuh itu sendiri.

Fisikawan Prancis Louis Fizeau menunjukkan pada tahun 1851 bahwa eter sebagian terbawa oleh aliran air yang bergerak. Dalam serangkaian percobaan dari tahun 1880-1887, orang Amerika Albert Michelson dan Edward Morley, di satu sisi, mengkonfirmasi kesimpulan Fizeau dengan akurasi yang lebih tinggi, dan di sisi lain, mereka menemukan bahwa Bumi, yang berputar mengelilingi Matahari, sepenuhnya menarik eter dengan itu, yaitu, kecepatan cahaya di Bumi tidak tergantung pada bagaimana ia bergerak.

Untuk menentukan bagaimana Bumi bergerak dalam kaitannya dengan eter, Michelson dan Morley membangun instrumen khusus, sebuah interferometer (lihat diagram di bawah). Cahaya dari sumber jatuh pada pelat semitransparan, dari mana sebagian dipantulkan di cermin 1 dan sebagian diteruskan ke cermin 2 (cermin berada pada jarak yang sama dari pelat). Sinar yang dipantulkan dari cermin kemudian jatuh lagi pada pelat semitransparan dan darinya bersama-sama tiba di detektor, di mana pola interferensi muncul.

Jika Bumi bergerak relatif terhadap eter, misalnya, ke arah cermin 2, maka kecepatan cahaya dalam arah horizontal dan vertikal tidak akan bertepatan, yang seharusnya mengarah pada pergeseran fase gelombang yang dipantulkan dari cermin yang berbeda pada permukaan. detektor (misalnya, seperti yang ditunjukkan pada diagram, kanan bawah). Pada kenyataannya, tidak ada perpindahan yang diamati (lihat kiri bawah).

Einstein vs. Newton

Dalam upaya mereka untuk memahami gerakan eter dan perambatan cahaya di dalamnya, Lorentz dan matematikawan Prancis Henri Poincaré harus berasumsi bahwa dimensi benda bergerak berubah dibandingkan dengan dimensi benda diam, dan, terlebih lagi, waktu untuk tubuh yang bergerak mengalir lebih lambat. Sulit untuk membayangkan - dan Lorentz memperlakukan asumsi ini lebih seperti trik matematika daripada efek fisik - tetapi mereka memungkinkan rekonsiliasi mekanik, teori elektromagnetik cahaya dan data eksperimen.

Einstein, dalam dua artikel pada tahun 1905, mampu, berdasarkan pertimbangan intuitif ini, untuk menciptakan teori yang koheren di mana semua efek menakjubkan ini adalah konsekuensi dari dua postulat:

• kecepatan cahaya adalah konstan dan tidak bergantung pada bagaimana sumber dan penerima bergerak (dan sama dengan sekitar 300.000 kilometer per detik);
• untuk sistem fisik apa pun, hukum fisika bertindak dengan cara yang sama, terlepas dari apakah ia bergerak tanpa percepatan (dengan kecepatan berapa pun) atau diam.

Dan dia mendapatkan rumus fisika yang paling terkenal - E = mc²! Selain itu, karena postulat pertama, pergerakan eter berhenti menjadi materi, dan Einstein mengabaikannya begitu saja - cahaya dapat merambat dalam kekosongan.

Efek pelebaran waktu, khususnya, mengarah pada "paradoks kembar" yang terkenal. Jika salah satu dari dua si kembar, Ivan, naik pesawat ruang angkasa ke bintang-bintang, dan yang kedua, Peter, tetap menunggunya di Bumi, maka setelah dia kembali, ternyata Ivan berusia kurang dari Peter, sejak saat itu. pesawat ruang angkasanya yang bergerak cepat mengalir lebih lambat daripada di Bumi.

Efek ini, serta perbedaan lain antara teori relativitas dan mekanika biasa, memanifestasikan dirinya hanya pada kecepatan gerak yang luar biasa, sebanding dengan kecepatan cahaya, dan karena itu tidak pernah kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Untuk kecepatan biasa yang kita temui di Bumi, fraksi v / c (ingat, c = 300.000 kilometer per detik) sangat sedikit berbeda dari nol, dan kita kembali ke dunia mekanik sekolah yang akrab dan nyaman.

Namun demikian, efek dari teori relativitas harus diperhitungkan, misalnya, ketika menyinkronkan jam pada satelit GPS dengan yang terestrial untuk pengoperasian sistem penentuan posisi yang akurat. Selain itu, efek dilatasi waktu dimanifestasikan dalam studi partikel elementer. Banyak dari mereka tidak stabil dan berubah menjadi orang lain dalam waktu yang sangat singkat. Namun, mereka biasanya bergerak cepat, dan karena ini, waktu sebelum transformasi mereka dari sudut pandang pengamat diperpanjang, yang memungkinkan untuk mendaftar dan mempelajarinya.

Teori relativitas khusus muncul dari kebutuhan untuk menyelaraskan teori elektromagnetik cahaya dengan mekanika benda yang bergerak cepat (dan dengan kecepatan konstan). Setelah pindah ke Jerman, Einstein menyelesaikan teori relativitas umumnya (GTR), di mana ia menambahkan gravitasi ke fenomena elektromagnetik dan mekanik. Ternyata medan gravitasi dapat digambarkan sebagai deformasi oleh tubuh besar ruang dan waktu.

Salah satu konsekuensi relativitas umum adalah kelengkungan lintasan sinar ketika cahaya melewati dekat massa yang besar. Upaya pertama pada verifikasi eksperimental relativitas umum dilakukan pada musim panas 1914 ketika mengamati gerhana matahari di Krimea. Namun, tim astronom Jerman diinternir sehubungan dengan pecahnya perang. Ini, dalam arti tertentu, menyelamatkan reputasi relativitas umum, karena pada saat itu teori mengandung kesalahan dan memberikan prediksi yang salah tentang sudut defleksi balok.

Pada tahun 1919, fisikawan Inggris Arthur Eddington, ketika mengamati gerhana matahari di Pulau Principe di lepas pantai barat Afrika, dapat memastikan bahwa cahaya sebuah bintang (menjadi terlihat karena fakta bahwa Matahari tidak gerhana itu), melewati Matahari, menyimpang persis pada sudut yang sama seperti yang diprediksi persamaan Einstein.

Penemuan Eddington membuat Einstein menjadi superstar.

Pada tanggal 7 November 1919, di tengah-tengah Konferensi Perdamaian Paris, ketika semua perhatian tampaknya terfokus pada bagaimana dunia akan ada setelah Perang Dunia Pertama, surat kabar London The Times menerbitkan sebuah editorial: “A Revolution in Science: A Teori Alam Semesta Baru, ide-ide Newton dikalahkan."

Wartawan mengejar Einstein di mana-mana, mengganggunya dengan permintaan untuk menjelaskan teori relativitas secara singkat, dan aula tempat dia memberikan kuliah umum penuh sesak (pada saat yang sama, dilihat dari ulasan orang-orang sezamannya, Einstein bukanlah dosen yang sangat baik.; penonton tidak mengerti inti dari ceramah, tetapi masih datang untuk melihat selebriti).

Pada tahun 1921, Einstein, bersama dengan ahli biokimia Inggris dan calon Presiden Israel, Chaim Weizmann, melakukan tur kuliah ke Amerika Serikat untuk mengumpulkan dana guna mendukung pemukiman Yahudi di Palestina. Menurut The New York Times, "Setiap kursi di Metropolitan Opera diambil, dari lubang orkestra hingga baris terakhir galeri, ratusan orang berdiri di lorong."Koresponden surat kabar itu menekankan: "Einstein berbicara bahasa Jerman, tetapi ingin melihat dan mendengar seorang pria yang melengkapi konsep ilmiah Semesta dengan teori baru tentang ruang, waktu dan gerak, mengambil semua kursi di aula."

Meskipun sukses dengan masyarakat umum, teori relativitas diterima dengan susah payah di komunitas ilmiah.

Dari tahun 1910 hingga 1921, rekan-rekan yang berpikiran progresif menominasikan Einstein untuk Hadiah Nobel dalam fisika sepuluh kali, tetapi Komite Nobel yang konservatif menolak setiap kali, dengan alasan fakta bahwa teori relativitas belum menerima konfirmasi eksperimental yang memadai.

Setelah ekspedisi Eddington, ini mulai terasa semakin memalukan, dan pada tahun 1921, masih belum yakin, para anggota komite membuat keputusan yang elegan - untuk memberikan Einstein hadiah, tanpa menyebutkan teori relativitas sama sekali, yaitu: “Untuk jasa untuk fisika teoretis dan, terutama, untuk penemuannya tentang hukum efek fotolistrik”.

Fisika Arya versus Einstein

Popularitas Einstein di Barat memicu reaksi menyakitkan dari rekan-rekan di Jerman, yang mendapati diri mereka praktis terisolasi setelah manifesto militan tahun 1914 dan kekalahan dalam Perang Dunia Pertama. Pada tahun 1921, Einstein adalah satu-satunya ilmuwan Jerman yang menerima undangan ke Kongres Fisika Solvay Dunia di Brussel (yang, bagaimanapun, diabaikan demi perjalanan ke Amerika Serikat bersama Weizmann).

Pada saat yang sama, terlepas dari perbedaan ideologis, Einstein berhasil mempertahankan hubungan persahabatan dengan sebagian besar rekan patriotiknya. Tapi dari sayap kanan ekstrim mahasiswa dan akademisi, Einstein telah mendapatkan reputasi sebagai pengkhianat yang menyesatkan sains Jerman.

Salah satu perwakilan dari sayap ini adalah Philip Leonard. Terlepas dari kenyataan bahwa pada tahun 1905 Lenard menerima Hadiah Nobel dalam fisika untuk studi eksperimental elektron yang dihasilkan oleh efek fotolistrik, ia menderita sepanjang waktu karena fakta bahwa kontribusinya terhadap sains tidak cukup diakui.

Pertama, pada tahun 1893 ia meminjamkan tabung pelepasan buatannya sendiri ke Roentgen, dan pada tahun 1895 Roentgen menemukan bahwa tabung pelepasan memancarkan sinar yang masih belum diketahui sains. Lenard percaya bahwa penemuan itu setidaknya harus dianggap bersama, tetapi semua kemuliaan penemuan dan Hadiah Nobel dalam fisika pada tahun 1901 jatuh ke tangan Roentgen saja. Lenard marah dan menyatakan bahwa dia adalah ibu dari sinar, sementara Roentgen hanya seorang bidan. Pada saat yang sama, tampaknya, Roentgen tidak menggunakan tabung Lenard dalam eksperimen yang menentukan.

Tabung pelepasan yang digunakan Lenard untuk mempelajari elektron dalam efek fotolistrik, dan Roentgen menemukan radiasinya

Tabung pelepasan yang digunakan Lenard untuk mempelajari elektron dalam efek fotolistrik, dan Roentgen menemukan radiasinya

Kedua, Lenard sangat tersinggung oleh fisika Inggris. Dia memperdebatkan prioritas penemuan elektron oleh Thomson dan menuduh ilmuwan Inggris itu salah merujuk pada karyanya. Lenard menciptakan model atom, yang dapat dianggap sebagai pendahulu model Rutherford, tetapi ini tidak dicatat dengan benar. Tidak mengherankan bahwa Lenard menyebut Inggris sebagai negara tentara bayaran dan pedagang yang menipu, dan Jerman, sebaliknya, negara pahlawan, dan setelah pecahnya Perang Dunia Pertama ia mengusulkan untuk mengatur blokade benua intelektual di Inggris Raya..

Ketiga, Einstein mampu menjelaskan secara teoritis efek fotolistrik, dan Lenard pada tahun 1913, bahkan sebelum perselisihan terkait perang, bahkan merekomendasikan dia untuk jabatan profesor. Tetapi Hadiah Nobel untuk penemuan hukum efek fotolistrik pada tahun 1921 diberikan kepada Einstein saja.

Awal 1920-an umumnya merupakan masa yang sulit bagi Lenard. Dia bentrok dengan mahasiswa kiri yang antusias dan dipermalukan di depan umum ketika, setelah pembunuhan politisi liberal asal Yahudi dan Menteri Luar Negeri Jerman Walter Rathenau, dia menolak untuk menurunkan bendera di gedung institutnya di Heidelberg.

Tabungannya, diinvestasikan dalam utang pemerintah, terbakar oleh inflasi, dan pada tahun 1922 putra satu-satunya meninggal karena efek kekurangan gizi selama perang. Lenard menjadi cenderung berpikir bahwa masalah Jerman (termasuk dalam ilmu pengetahuan Jerman) adalah hasil dari konspirasi Yahudi.

Seorang rekan dekat Lenard saat ini adalah Johannes Stark, pemenang Hadiah Nobel 1919 dalam fisika, juga cenderung menyalahkan intrik orang-orang Yahudi atas kegagalannya sendiri. Setelah perang, Stark, yang menentang Masyarakat Fisika liberal, mengorganisir "Komunitas Profesional Jerman Guru Universitas" yang konservatif, dengan bantuannya ia mencoba mengendalikan pendanaan untuk penelitian dan penunjukan ke posisi ilmiah dan pengajaran, tetapi tidak berhasil.. Setelah pembelaan yang gagal dari seorang mahasiswa pascasarjana pada tahun 1922, Stark menyatakan bahwa ia dikelilingi oleh pengagum Einstein, dan mengundurkan diri sebagai profesor di universitas.

Pada tahun 1924, enam bulan setelah Beer Putsch, Grossdeutsche Zeitung menerbitkan sebuah artikel oleh Lenard dan Stark, "Hitler's Spirit and Science." Para penulis membandingkan Hitler dengan raksasa sains seperti Galileo, Kepler, Newton, dan Faraday ("Sungguh berkah bahwa kejeniusan ini hidup di antara kita!"), Dan juga memuji kejeniusan Arya dan mengutuk Yudaisme yang merusak.

Menurut Lenard dan Stark, dalam sains, pengaruh Yahudi yang merusak memanifestasikan dirinya dalam arah baru fisika teoretis - mekanika kuantum dan teori relativitas, yang menuntut penolakan terhadap konsep-konsep lama dan menggunakan peralatan matematika yang kompleks dan asing.

Untuk ilmuwan yang lebih tua, bahkan mereka yang berbakat seperti Lenard, ini adalah tantangan yang hanya bisa diterima oleh sedikit orang.

Lenard mengontraskan "Yahudi", yaitu, fisika teoretis dengan "Arya", yaitu eksperimental, dan menuntut agar sains Jerman fokus pada yang terakhir. Dalam kata pengantar buku teks "Fisika Jerman" ia menulis: "Fisika Jerman? - orang akan bertanya. Saya juga bisa mengatakan fisika Arya, atau fisika orang-orang Nordik, fisika para pencari kebenaran, fisika mereka yang mendirikan penelitian ilmiah."

Untuk waktu yang lama, "fisika Arya" Lenard dan Stark tetap menjadi fenomena marginal, dan fisikawan dari berbagai asal terlibat dalam penelitian teoretis dan eksperimental tingkat tertinggi di Jerman.

Itu semua berubah ketika Adolf Hitler menjadi Kanselir Jerman pada tahun 1933. Einstein, yang saat itu berada di Amerika Serikat, melepaskan kewarganegaraan Jerman dan keanggotaan di Akademi Ilmu Pengetahuan, dan Presiden Akademi Max Planck menyambut baik keputusan ini: "Meskipun jurang dalam yang memisahkan pandangan politik kita, persahabatan pribadi kita akan selalu tetap tidak berubah.," dia meyakinkan bahwa dia adalah korespondensi pribadi Einstein. Pada saat yang sama, beberapa anggota akademi merasa kesal karena Einstein tidak dikeluarkan secara demonstratif darinya.

Johannes Stark segera menjadi presiden Institut Fisika dan Teknologi dan Masyarakat Riset Jerman. Selama tahun berikutnya, seperempat dari semua fisikawan dan setengah dari fisikawan teoretis meninggalkan Jerman.