teoretický fyzik
„Pouze život, který žijeme pro ostatní, stojí za to.“
„Nejkrásnější pocity vyplývají ze záhad. Jsou to pocity, které stojí u kolébky skutečného umění a skutečné vědy.“
„Základní motiv Galileiho díla vidím ve vášnivém boji proti jakékoli víře opírající se o autoritu. Jediným kritériem pravdy byla pro něho vlastní zkušenost a svědomitá rozvaha. Dnes už si těžko můžeme představit, jak nebezpečný a revoluční byl takový postoj v jeho době."
„Musím podtrhnout, že Newton znal slabosti svého systému lépe než následující pokolení vědců. Tato okolnost ve mně vždy vyvolávala pocit uctivého obdivu...“
"Jen dvě věci jsou nekonečné – vesmír a lidská hloupost. Tím prvním si ovšem nejsem tak jist."
"Radost z uvažování a z chápání je nejkrásnějším darem přírody."
Albert Einstein se narodil v bavorském městečku Ulm – na úpatí pohoří Schwäbische Alpen, na levém břehu Dunaje. Jeho otec Hermann Einstein vyráběl elektroniku a matka Pauline, rozená Kochová, ho vedla už v ranném dětství k velké samostatnosti, a právě tehdy začínal Albert pociťovat citovou osamocenost. Tento pocit ho provázel po celý život. Po matce zdědil lásku k hudbě nikoli však talent. Sám říkal, že jeho pokroky byly spíše rázu technického.
Albert Einstein.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Pavel Trnka. Under Creative Commons.
V roce 1880 se rodina přestěhovala do Mnichova, kde také v roce 1889 načal navštěvovat Leopoldovo gymnázium. O pět let později školu opustil bez závěrečných zkoušek a odjel za rodinou do Milána, kam se rodina přestěhovala za otcovým obchodem. V roce 1895 se pokusil složit přijímací zkoušky na Federální vysokou školu technickou v Curychu, ale neuspěl. Proto od října 1895 do září 1896 byl žákem 4. třídy kantonální školy v Aarau. Zde našel druhý domov v rodině profesora Josta Wintelera. Tento humanitně založený učitel ubytovávající chudé studenty ve svém domě, zaujal mladého Einsteina svými každodenními diskusemi nad náměty dne. Jeho neústupný charakter a liberální názory Einsteinovi velmi imponovaly. O rok později byl přijat na techniku v Curychu do oboru učitelství fyziky. Studoval spíše samostatně díla velkých fyziků jako byli Ludwig Boltzman, Gustav Kirchhoff, Heinrich Hertz, Ernst Mach, James Maxwell a jiných. Dá se říct, že přednášky flákal. Během studia se přátelil s Marcelem Grossmannem a Milevou Maričovou, navštěvoval přednášky Hermanna Minkowského.
Mileva Maričová
Mileva Maričová se narodila 9. prosince 1875, byla tedy o tři roky starší než Albert Einstein. Až do svých čtrnácti let žila v srbské oblasti Vojvodina v zámožné rodině. Na gymnázium chodila v Šabacu a Záhřebu, v letech 1894 – 1896 studovala v Curychu a Bernu. Od malička měla ráda matematiku a čísla, hrála dobře na klavír, plynně mluvila německy. Původně chtěla být lékařkou, proto také začala studovat v Curychu medicínu, ale po prvním semestru studium přerušila a přešla na tamní polytechniku studovat učitelství matematiky a fyziky. Mezi jejími spolužáky v ročníku nebyla žádná jiná žena, zato mezi nimi byl Albert Eistein. Zamilovali se. Albert toužil po svatbě, Mileva si nebyla jistá. Chtěla se věnovat vědecké práci, být úspěšná a obávala se, že s dětmi a manželem to nepůjde. Nebyla si jistá ani svými city. Proto odjela na semestr do Heidelbergu. Po několika týdnech se vrátila, přesvědčil ji Albertův zamilovaný dopis.
Mileva Maričová.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Pak přišly další problémy. Pro Einsteinovu rodinu byla nepřijatelná – starší, neatraktivní, kulhavá, malá. Nedokončila diplomovou práci o vedení tepla. Při zkouškách z teorie funkcí a astronomie propadla. Otěhotněla, přerušila studium a odjela do Nového Sadu. V lednu 1902 se jí narodila nemanželská dcera Lieserl, kterou snad adoptovala Milevina přítelkyně z dětství. Lieserl zůstala rodinným tabu. Mileva nedostudovala.
V roce 1900 získal Albert Einstein v Curychu učitelský diplom a neúspěšně se ucházel o místo asistenta na téže škole. Další dva roky si velmi těžko hledal zaměstnání, protože neměl švýcarské státní občanství, které si nakonec v roce 1901 koupil. Krátce působil jako pomocný učitel a suplent ve Winterthuru a v Schaffhausenu. Během této doby vydal první samostatnou práci Důsledky jevů kapilarity.
Patentový úřad
23. června 1902 nastoupil na přímluvu otce bývalého spolužáka jako technický referent patentového úřadu v Bernu. Ve volnějších chvílích, v úřadě a mimo pracovní dobu, studoval práce vynikajících fyziků, přemýšlel o nich a sám pilně pracoval v oblasti teoretické fyziky. Stálé místo mu dovolilo se v lednu 1903 oženit s Milevou Maričovou, zařídili si vlastní byt a dali se do společné práce.
Mileva a Albert Einstein v roce 1912.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Již v průběhu studia na vysoké škole ho zaujaly nejasnosti v základech teorie elektromagnetického pole, byl udiven možností aplikovat mechanické principy na nemechanické děje. V roce 1901 se zabýval (ale nepublikoval) možností pohybu těles ve světelném éteru, další dva roky pracoval na Lorentzově elektronové teorii a v roce 1904 se zabýval Wien–Planckovým zákonem z hlediska statistické mechaniky a právě vzniklé kvantové hypotézy. Z těchto prací chtěl vyřešit problém existence a pohybu světelného éteru, napsat Maxwellovy rovnice pro případ šíření světla v pohybujícím se prostředí a vyšetřit vztahy mezi elektrony a éterem. Vše shrnul v zázračném roce 1905, kdy uveřejnil tři články v Annalen der Physik – o fotoelektrickém jevu, teorii Brownova pohybu a položil základy speciální teorie relativity a to v článku K elektrodynamice pohybujících se prostředí. Přestože pracovali společně s Milevou, je na nich uvedeno jen jedno jméno. Einstein obhájil na curyšské univerzitě disertaci s názvem Nové určení rozměrů molekul.
V roce 1908 se habilitoval na soukromého docenta na univerzitě v Bernu, i když stále pracoval na patentovém úřadu. Pozice soukromého docenta mu umožnila uspořádat první přednášku o teorii záření, kterou si přišli poslechnout tři posluchači – jeho přátelé. Větší úspěch měla přednáška o rok později na sjezdu přírodovědců v Salzburku, kde shrnul vlastnosti světelných kvant a podal výpočet fluktuací tlaku světla. Ukázal, že světelná kvanta mají nejen energii, ale i hybnost a hmotnost. Setkal se tu např. s Maxem Planckem, Wilhelmem Wienem, Arnoldem Sommerfeldem, Maxem Bornem apod. Po tomto úspěchu opustil patentový úřad a nastoupil na univerzitě v Curychu.
Konečně roku 1909 publikoval speciální teorii relativity. Z těchto principů odvodil pak Einstein Lorentzovu transformaci a dokázal její platnost při přechodu z jedné inerciální soustavy do druhé. Odezva vědců byla obrovská. Jeden z Einsteinových učitelů, slavný matematik Hermann Minkowski, překvapeně prohlásil: “Einstein? Ten se pořád jen ulejval z přednášek. Do toho bych to neřekl." O dva roky později právě Minkowski odhalil nejdůležitější důsledek speciální teorie relativity: Čas a prostor nelze chápat jako dva samostatné jevy. Existuje pouze jednotný čtyřrozměrný časoprostor.
V Praze
Dříve než se filozofická fakulta v Praze rozhodla pozvat Einsteina, opatřila si posudky všech navrhovaných kandidátů. Na dalších místech byl Gustav Jaumann a Emil Kohl. Obrátila se na Maxe Plancka, v jeho posudku se píše: “Jakmile se dokáže, že Einsteinova teorie je správná, a to očekávám, bude z Einsteina Koperník 20. století.“
rok po narození druhého syna Eduarda, 6. ledna 1911, byl jmenován do Prahy na německou univerzitu jako profesor teoretické fyziky a zároveň vedoucí Ústavu teoretické fyziky,. Koncem března odjel s manželkou, dvěma syny a tchyní ze Švýcarska do Prahy a pracovních povinností se ujal hned první týden v dubnu. Přednášel pět hodin týdně v Klementinu (mechaniku, termodynamiku a molekulární teorii), dvouhodinové seminární cvičení konal v Ústavu teoretické fyziky ve Viničné ulici č. 7, kde měl také kancelář s výhledem do zahrady blázince. Počet studentů kolísal mezi 10 a 13, na semináři mezi 6 a 7. Za semináře bylo zvykem platit školné, ale on od studentů zásadně nepožadoval žádné poplatky.
Brzy po svém příjezdu do Prahy Einstein psal svému příteli do Bernu: „Vede se nám dobře, i když život zde není tak příjemný jako ve Švýcarsku, nehledě na to, že jsme tu cizinci. Není tu voda, která by se dala pít jinak než převařená. Obyvatelstvo většinou neumí německy a k Němcům se chová nepřátelsky. I studenti jsou méně inteligentní a snaživí než ve Švýcarsku. Ale je zde pěkný ústav s bohatou knihovnou.“
Bydlel na Smíchově, v tehdejší Třebízského ulici číslo 125 (dnes Lesnická ulice číslo 7). V prostředí místních fyziků nezdomácněl a nesblížil se s nimi. Výjimky se našly mezi profesory Františkem Záviškou, Arnoštem Dittrichem a Františkem Nachtikalem, kteří byli horlivými hlasateli speciální teorie relativity. Dalšími blízkými přáteli, se kterými se scházel v kavárně Louvre na Národní třídě, byli o dvacet let starší matematik Georg Pick a astronom Vladimír Heindrich. Pick byl žákem Felixe Kleina a asistentem Ernsta Macha ve Fyzikálním ústavu v Praze a upozornil Einsteina na práce italských geometrů Mattea Ricciho a Tullia Levi–Civita, které mohly pomoci rodící se obecné teorii relativity. Einstein se také zajímal o Machovy práce z oblasti klasické mechaniky, protože Mach měl pochybnosti o absolutní platnosti Newtonovy mechaniky.
Einstein byl také pravidelným hostem úterních večerů v domě paní Berty Fantové, ženy majitele lékárny "U jednorožce" na Staroměstském náměstí č. 17, kde hrával na housle. Vedle spisovatelů Franze Kafky a Maxe Broda sem přicházeli další literáti a filozofové, jako např. Felix Weltsch, Franz Werfel atd. Hovořilo se německy o filozofických problémech, rozebírala se Kantova, Hegelova, Fichtova a jiná filozofická díla.
V roce 1911 chemik a podnikatel Ernest Solvay pořádal první, tzv. solvayský kongres v Bruselu, kterého se jako reprezentanti Rakouska–Uherska zúčastnili Albert Einstein a Friedrich Hasenöhrl. Einstein se tu seznámil s paní Marií Curie, Henri Poincarém, Paulem Langevinem, Ernestem Rutherfordem, Hendrikem Lorentzem. Během kongresu byla zhodnocena speciální teorie relativity, ale podle Einsteinových slov nebyla pochopena. Nicméně se díky tomuto kongresu stal Einstein známějším ve fyzikálních kruzích.
Solvayův kongres 1911, Einstein je stojící, druhý zprava.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Během pražského pobytu se začal vážně zabývat problémy gravitace. O gravitaci se zmiňuje v článku již z roku 1907. Uvědomil si, že Newtonův gravitační zákon není z hlediska relativity v pořádku, mlčky předpokládá okamžité působení na dálku. Zajímavé je, že k sepsání obecné teorie relativity nepřišel žádný impuls z praxe, žádný efekt nevyžadoval její vypracování. Einstein přišel také s myšlenkou, že světelný paprsek se vlivem gravitačního pole odklání směrem ke Slunci o měřitelnou hodnotu – Einsteinův efekt. Vše sepsal ve vědecké práci O vlivu tíhové síly na šíření světla. Na potvrzení teorie si Einstein musel počkat až do 29. května 1919, kdy dvě výpravy (Sobral – severní Brazilie, ostrov Principu – Guinejský záliv) pozorovaly zatmění Slunce a efekt potvrdily.
Na svou práci v Praze vzpomíná v předmluvě k českému vydání Teorie relativity speciální i obecné slovy: „V tichých místnostech Ústavu pro teoretickou fyziku pražské německé univerzity ve Viničné ulici jsem objevil, že z principu ekvivalence vyplývá odchylka světelných paprsků v blízkosti Slunce v míře pozorovatelné, aniž jsem tehdy věděl, že před více než sto lety podobný důsledek byl odvozen z Newtonovy mechaniky a z emisní teorie světla. V Praze jsem také objevil důsledek posunu spektrálních čar k červenému konci, který dosud není bezvadně potvrzen.“
V Praze pobýval až do konce července 1912, kdy dostal nabídku do Curychu jako řádný profesor tamní techniky. Nabídku by nepřijal, protože se mu v Praze velmi líbilo. Zřejmě ho přemluvila jeho manželka Mileva, která v Praze nenašla přátele.
Podruhé přijel na krátkou návštěvu Prahy v roce 1921, kdy přijal pozvání pražské německé společnosti Urania, aby v ní přednesl přednášku o teorii relativity. Einstein využil nabídky svého nástupce Philippa Franka a skryl se před zvědavci na pohovce v místnosti, která byla kdysi jeho pracovnou a nyní v době bytové tísně sloužila jako apartmá Frankovi a jeho manželce. V den svého příchodu vyhledal český Fyzikální ústav Karlovy univerzity, aniž by se předtím ohlásil. Jak píše Frank: “čeští kolegové se téměř zhrozili, když se zjevil bez ohlášení živý Einstein, jehož obraz visel na stěně.“ Touto poválečnou návštěvou prý chtěl Einstein dokumentovat svou náklonnost vzniklé Československé republice.
Obecná teorie relativity
Krátce po nabídce z Curychu odešel Albert Einstein do Berlína, kde získal na návrh Plancka členství v Pruské akademii věd. V roce 1914 se stal ředitelem fyzikálního ústavu císaře Viléma. Mileva za čas odjela i s dětmi za manželem. V Berlíně zůstala jen pár měsíců, po vyhlášení války odjela zpět do Švýcarska. Albert Einstein odmítl se za nimi vrátit, i když Mileva prodělala infarkt a o děti se starala její přítelkyně. Té napsal, že rozchod s Milevou byla pro něj otázka přežití, a protože děti ho nemohou pochopit, bude lepší, když je už neuvidí.
V berlínském škrobeném prostředí se Albert Einstein necítil příliš dobře. Avšak našel tu výbornou vědeckou podporu v osobách Maxe Plancka, Walthera Nernsta, Erwina Schrödingera, Maxe von Laueho a podporu zahraničních přátel Hendrika Lorentze, Paula Ehrenfesta a členů bavorské akademie Arnolda Sommerfelda a Wernera Heisenberga. Když Lorentz odstoupil ze svého místa profesora teoretické fyziky na univerzitě v Leidenu, byl Einstein určen jeho nástupcem. Poněvadž nechtěl ztratit berlínskou společnost, Einstein nabídku nepřijal, ale slíbil každoroční návštěvy.
V roce 1913 začal společně s Marcelem Grossmannem pracovat na popisu gravitace pomocí Riemannovy geometrie. V roce 1915 objasnil pohyb perihélia Merkuru, objevil gravitační zákon a dovršil obecnou teorii relativity.
V roce 1916 publikoval fundamentální spis Základy obecné teorie relativity. Tato teorie je jedinečným spojením teorie gravitace a geometrických a fyzikálních představ o struktuře prostoru a času. Odstranila privilegované postavení inerciálních soustav a podala relativistickou teorii gravitace. Jedním z jejích poznatků je, že přítomností hmoty se stává prostor neeuklidovským (zakřivuje se), což je spojeno s účinky gravitace.
Další objevy
V únoru 1919 bylo manželství Alberta a Milevy „pro přirozenou nesnášenlivost“ úředně rozvedeno. Vzal si svou sestřenici Elsu Löwenthalovou a adoptoval její dvě dcery. Za vysvětlení fotoelektrického jevu byl Einstein v roce 1921 poctěn Nobelovou cenou a finanční odměnu věnoval své bývalé manželce a oběma synům. Slavnostního ceremoniálu ve Stockholmu se nezúčastnil, byl na přednáškovém turné v Asii. Cenu pro něho převzal německý vyslanec.
Albert Einstein se svojí ženou Elsou.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: Underwood and Underwood, New York. Public domain.
Článek z roku 1924 neznámého indického fyzika Šatendranátha Bosého ho inspiroval k vytvoření teorie rozptylu světla na nahodilých shlucích molekul a vytvoření statistiky fotonů (Bose–Einsteinova), která platí pro všechny částice s celočíselným spinem (bosony). Poté vypracoval kvantovou statistiku bosonů a použil ji k výpočtu měrného tepla pevných látek.
Albert Einstein v roce 1928.
Zdroj: National Portrait Gallery, London. Autor: Walter Benington. Under Creative Commons.
Hlasatel svědomí lidstva
Již od dvacátých let se v Německu začal rozvíjet odpor k Einsteinovi, jeho teoriím, jeho úspěchu a názorům. V čele s Phillipem Lenardem a Johannesem Starkem se rozběhla nechutná hra namířená nejdřív proti Einsteinovi, později s nástupem nacismu i proti neněmeckých vědcům. Po nástupu nacismu v Německu v roce 1933 se Einstein vzdal na znamení protestu proti režimu a jeho antisemitismu členství v Pruské akademii věd a tím i německého občanství. Za jeho dopadení byla vypsána odměna. Po krátkém pobytu v Belgii a Anglii odešel do USA a usadil se v Princetonu v Institute for Advanced Study, kde získal badatelskou profesuru s pracovnou a žádnými povinnostmi.
V 30. a 40. letech usiloval o vybudování jednotné teorie pole odhalující podstatu nejen gravitačních, ale i jiných polí. Z této doby je zajímavá žhavá debata o pojetí a budoucnosti kvantové mechaniky, kterou vedl s Nielsem Bohrem. Jedním z příspěvků je článek obsahující EPR paradox, který Einstein publikoval v roce 1935 spolu s Borisem Podolskym a Nathanem Rosenem, a který je jedním z nejcitovanějších a nejaktuálnějších i v současnosti. V roce 1939 podepsal na žádost Lea Szilarda a Edwarda Tellera dopis prezidentu Rooseveltovi, ve kterém ho vyzývali k zahájení prací na atomové bombě. Telegramem žádal československého prezidenta Klementa Gottwalda: „Prosím Vás o nevykonání rozsudku vyneseného nad Miladou Horákovou, Závišem Kalandrou, Oldřichem Peclem a Janem Buchalem. Byli oběťmi nacismu, byli vězni německých koncentračních táborů. Jsem hluboce přesvědčen, že si zasluhují žít.“ Jeho žádost zůstala nevyslyšena.
Albert Einstein v posledním roce života.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Autor: John D. Schiff. Public domain.
V roce 1946 byl Einstein v Princetonu poslán do penze, ale pracovní možnosti ani výplatní páska se mu nezměnily. Stále více se zabýval náboženskými otázkami a hledáním Boha. Proto řadě mladých studentů a vědců v Princetonu připadal jako zjevení.
V roce 1952 Einstein obdržel nečekanou nabídku stát se prezidentem mladého státu Izrael. Byl touto nabídkou zaskočený a nijak nadšený. Nakonec odpověděl: „Jsem hluboce dojat nabídkou našeho státu Izrael, ovšem také smuten a zahanben tím, že ji nemohu přijmout. Celý život se zabývám objektivními věcmi, a nemám proto přirozené schopnosti ani zkušenosti při jednání s lidmi na tak vysoké funkci.“ Jedním z jeho posledních veřejných činů byl podpis manifestu významných vědců proti jaderné válce, který inicioval Bertrand Russell.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.
Použité zdroje
[1] BIČÁK, J. K 125. výročí narození Alberta Einsteina, Povětroň, 2004, roč. 12, č. 2, s. 4–10.
[2] JANOUT, Z. Papež fyziky. Rozhledy matematicko–fyzikální, 1988–1989, roč. 67, č. 9, s. 366–367. ISSN 0035–9343.
[3] JELEN, J. Einstein ke 125. výročí narození. [online]. [cit. 2007–12–9]. URL: <http://avc.siliconhill.cz>.
[4] KOLOMÝ, R. Albert Einstein a jeho vztah k Praze. Pokroky matematiky fyziky & astronomie, roč. 17/1972, č. 5, s. 265–272. CS–ISSN 0032–2423.
[5] KOLOMÝ, R. K pobytu Alberta Einsteina v Praze. Matematika a fyzika ve škole, únor 1981, roč. 11, č. 6, s. 410–414.
[6] KOLOMÝ, R. V Praze byla odhalena pamětní deska Albertu Einsteinovi. Matematika Fyzika Informatika: časopis pro výuku na základních a středních školách, prosinec 1999, roč. 9, č. 4, s. 250–255. ISSN 1210–1761.
[7] KOTYK, J. Albert Einstein, vědec a prorok. Rozhledy matematicko–fyzikální, 1999, roč. 76, č. 1, s. 37–40. ISSN 0035–9343.
[8] KRAUS, I. Mileva Maričová–Einsteinová. Československý časopis pro fyziku, 2005, č. 3, svazek 55, 271–274. ISSN 0009–0700.
[9] MALÍŠEK, V. Albert Einstein a jeho zásluhy o rozvoj fyziky. Matematika a fyzika ve škole, roč. 10, č. 9.
[10] ROZSÍVALOVÁ, E. Albert Einstein v Praze. Pokroky matematiky fyziky & astronomie, roč. 4/1959, č. 3, s. 352–354. CS–ISSN 0032–2423.
[11] SCHLICKER, W. Albert Einstein a politická reakce v imperialistickém Německu po první světové válce. Pokroky matematiky fyziky & astronomie, roč. 24/1979, č. 3, s. 153–160. CS–ISSN 0032–2423.
[12] ŠTOLL, I. Einstein a kvantová fyzika. Rozhledy matematicko–fyzikální, 1999, roč. 76, č. 2, s. 86–91. ISSN 0035–9343.
[13] VRÁNA, J. Albert Einstein. Pokroky matematiky fyziky & astronomie, roč. 2/1957, č. 3, s. 320–333. CS–ISSN 0032–2423.
