Paul Painlevé, Einstein i czarne dziury (1921-1922)

Dzieje rodziny Paula Painlevé’go mogłyby posłużyć jakiemuś nowemu Balzacowi: dawni winogrodnicy, bednarze i kamieniarze, w pokoleniu dziadków zajęli się drukarstwem i litografią, przyszły ojciec uczonego z drukarza-litografa przeobraził się w przedsiębiorcę, producenta farby drukarskiej. Paul uczył się w renomowanych liceach paryskich Saint-Louis i Louis-le-Grand, a studiował matematykę w prestiżowej École normale supérieure, będącej znakomitym wstępem zarówno do kariery naukowej, jak politycznej. (Jej absolwenci zdobyli trzynaście Nagród Nobla, dziesięć Medali Fieldsa i dwie Nagrody Abela). Painlevé uzupełniał wykształcenie matematyczne w Getyndze u Hermanna Schwarza i Feliksa Kleina. W roku 1900, będąc jeszcze przed czterdziestką został członkiem Akademii Nauk, co naszej rodaczce Marii Skłodowskiej-Curie nie udało się nigdy, pomimo dwóch Nagród Nobla. Francuskie elity naukowe były mocno konserwatywne i nie każdy mógł zostać do nich dopuszczony. Painlevé interesował się także lotnictwem: teoretycznie – obliczając siłę nośną oraz praktycznie – odbywając w roku 1908 z Wilburem Wrightem ponadgodzinny lot na wysokości 10 m, przebyli 55 km i szczęśliwie wylądowali, był to ówczesny rekord. Alma Mahler wspomina, że Painlevé należał do entuzjastów symfonii Gustava Mahlera i jeździł specjalnie w różne miejsca, aby ich wysłuchać. Razem z generałem Georges’em Picquartem grywali je podobno na fortepianie w aranżacjach na cztery ręce. Wyciągi fortepianowe dzieł symfonicznych czy oper były dość popularne w czasach, gdy muzyki można było słuchać jedynie na żywo, a fortepiany lub pianina stały w niemal każdym mieszczańskim domu. Z Picquartem łączyły Painlevé’go poglądy w sprawie Dreyfusa, to właśnie Picquart udowodnił, że nie Alfred Dreyfus, lecz Ferdinand Esterhazy był szpiegiem w armii francuskiej. Przez kraj przetoczyła się wcześniej zajadła kampania antysemicka, wysokie dowództwo armii nie chciało przyznać się do błędu i Dreyfus został zrehabilitowany przeszło dziesięć lat po degradacji i uwięzieniu na Diabelskiej Wyspie. W 1910 r. Painlevé został socjalistycznym deputowanym do parlamentu. Od tej pory zajmował się czynnie polityką, bywał ministrem, przewodniczącym Izby Deputowanych, a nawet premierem. W 1921 roku zaczął zabiegać o wizytę Einsteina w Paryżu, niewątpliwie pragnąc w ten sposób zbliżyć oba narody po krwawej wojnie. W następnym roku Einstein rzeczywiście przyjął zaproszenie i przyjechał, o czym pisałem.

Painlevé interesował się nie tylko aspektem politycznym, zajął się bliżej teorią względności, z czego wynikło kilka prac oraz ożywione dyskusje z Einsteinem w Paryżu. Matematyk odkrył nowy sposób opisu pola grawitacyjnego wokół masy punktowej, z czego wyciągnął dość radykalne wnioski, osłabiające w jego mniemaniu, teorię względności. Einstein, nie zgadzając się z tymi wnioskami, nie potrafił wtedy udzielić bardziej konkretnej odpowiedzi. Dyskusje te miały także pewne praktyczne następstwa. Otóż szwedzki okulista, ale i matematyk, Allvar Gullstrand także odkrył ową metrykę Gullstranda-Painlevé’go, jak to się dziś nazywa. I uznał, podobnie, jak Painlevé, że teoria względności nie daje jednoznacznych przewidywań. Oznaczałoby to, że światowa sensacja wokół teorii względności po odkryciu ugięcia światła gwiazd w pobliżu tarczy słonecznej była mocno na wyrost. Gullstrand opiniował prace Einsteina dla Komitetu Noblowskiego i w roku 1921 nagrody nie przyznano. Einstein był najpoważniejszym kandydatem, ale Gullstrand podważał wartość jego prac. W końcu Nagrodę przyznano Einsteinowi dopiero w roku 1922 (za poprzedni rok), a więc po długim bardzo namyśle. W dodatku uznano, że bezpieczniej będzie zostawić na boku kwestię teorii względności, toteż przyznano Nagrodę za wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego – w tym przypadku nie było wątpliwości, że przewidywania Einsteina zostały wyraźnie potwierdzone eksperymentalnie. Painlevé wyrażał swą krytykę o tyle bardziej dyplomatycznie, że uznawał zarazem wartość poznawczą podejścia Einsteina i zestawiał go z Lagrange’em. Obaj jednak, zarówno Francuz, jak Szwed, mieli spore zastrzeżenia.

Opiszę, na czym polegały zastrzeżenia Painlevé’go i co odpowiadał mu Einstein (na ile to dziś wiadomo). W drugiej części opiszę metrykę Gullstranda-Painlevé’go i jej konsekwencje: czarną dziurę. Uczeni pomiędzy rokiem 1915 a latami pięćdziesiątymi XX stulecia wiele razy natykali się na zagadnienie czarnych dziur i na rozmaite sposoby cofali się przed ich uznaniem, błędnie interpretując swoje równania. Pokazuje to, że interpretacja formalizmu matematycznego była tu niesłychanie trudnym problemem, znacznie poważniejszym niż formalne przekształcenia, które w różnych wersjach wykonywało wielu uczonych.

Ogólna teoria względności ma tę własność, że możemy używać w zasadzie niemal dowolnych czterech współrzędnych dla opisania miejsca i czasu. Same współrzędne nie muszą nic oznaczać z fizycznego punktu widzenia, tę samą sytuację można więc opisywać na różne sposoby. Często nie widać, że owe różne opisy dotyczą w istocie tej samej sytuacji. Tak było w przypadku metryki Gullstranda-Painlevé’go.

Czasoprzestrzeń wokół punktowej masy m w teorii Einsteina opisana jest metryką Schwarzschilda:

ds^2=\left(1-\dfrac{r_S}{r}\right)dt^2-\dfrac{dr^2}{1-\dfrac{r_S}{r}}-r^2 d\varphi^2.

Stała r_S jest promieniem Schwarzschilda (dziś: promieniem horyzontu czarnej dziury). Painlevé i niezależnie od niego Gullstrand odkryli, że można tę samą sytuację opisać także za pomocą innej metryki:

ds^2=\left(1-\dfrac{r_S}{r}\right)dt^2+2\sqrt{\dfrac{r_S}{r}}dr dt-dr^2-r^2 d\varphi^2.

W obu przypadkach zapisałem metrykę tylko w płaszczyźnie równikowej, żeby mniej pisać (mamy wtedy jedynie zmienne t, r,\varphi). Painlevé podał także inne możliwe postaci owej metryki, sugerując, że dowodzi to, iż teoria Einsteina jest w istocie pusta, można bowiem wyciągnąć z niej rozmaite wnioski dla tej samej sytuacji fizycznej. Np. w pierwszej metryce przestrzeń trójwymiarowa nie jest euklidesowa, a w drugiej jest. Ergo wnioski Einsteina dotyczące światła w polu grawitacyjnym Słońca oraz ruchu Merkurego są nieuzasadnione. Podobnie rozumował Gullstrand, słuchany uważnie przez Komitet Noblowski.

Painlevé uznał, że wyciąganie z postaci metryki wniosków fizycznych to „czysta fikcja”. Zakomunikował to na posiedzeniu paryskiej Akademii Nauk i uprzejmie doniósł o tym listownie Einsteinowi. Na co Einstein, członek berlińskiej Akademii Nauk, równie uprzejmie oznajmił, że „metryczna interpretacja ds^2 nie jest żadną «pure imagination», lecz samym sednem teorii (der innerste Kern)” [Einstein Papers, t. 12, s. 369]. Podkreślał też, że same współrzędne nie znaczą nic, trzeba z nich dopiero wyciągnąć wnioski fizyczne nt. czasu i odległości.

Pewne zbliżenie stanowisk nastąpiło podczas dyskusji w Paryżu, choć Painlevé pisał już mniej bojowo, wkrótce zresztą wrócił do polityki. Paul Langevin podsumował to, mówiąc, że byłoby lepiej, gdyby Painlevé przeczytał o teorii względności, zanim wystąpił ze swą krytyką, a nie dopiero później. Tak to w akademiach bywa: ludzie dostają się do nich dzięki dawnym osiągnięciom, a nie stanowi to żadnej gwarancji, że dobrze rozumieją nowości naukowe. W dodatku akademie (przynajmniej wtedy) drukowały wszystko, co ich członkowie uznali za ciekawe. Dyskusja w paryskiej Akademii Nauk na temat teorii względności w latach 1921-1922 nie stała na zbyt wysokim poziomie. Akademicy byli na ogół niechętni Einsteinowi. Na propozycję, aby go przyjąć na członka-korespondenta, jeden z szacownych uczonych zareagował stwierdzeniem, że trudno wyróżniać w ten sposób człowieka, który „zniszczył mechanikę”.

Podczas wizyty Einsteina matematyk Jacques Hadamard zapytał o kwestię osobliwości metryki Schwarzschilda dla r=r_S. Niemiecki uczony przekonywał, a nawet poparł pewnymi rachunkami, które przeprowadził z dnia na dzień, że taka „katastrofa Hadamarda” nie może się zdarzyć w rzeczywistości, ponieważ zanim skoncentruje się materię pod promieniem Schwarzschilda, to wcześniej ciśnienie wewnątrz takiej gwiazdy stanie się nieskończone. Nie miał w tej kwestii racji, ale także później starał się dowodzić, że czarne dziury są niemożliwe. Einstein martwił się o spójność własnej teorii, ale wyrażał też dość powszechne stanowisko, Arthur Eddington, największy specjalista od budowy wnętrza gwiazd, twierdził, że z pewnością musi istnieć prawo fizyczne zabraniające takiego upakowania materii.

Jak można spojrzeć na tę dyskusję z perspektywy czasu, mając po swej stronie „łaskę późnego urodzenia”? Na wątpliwości Hadamarda (jak najbardziej uzasadnione) odpowiada metryka Painlevé’ego. Wystarczy spojrzeć, że nic się tam nie dzieje przy r=r_S (także jej wyznacznik jest różny od zera). Zatem w innych współrzędnych osobliwości tu nie ma i Einstein nie musiał się męczyć żadnymi rachunkami. Katastrofa Hadamarda jest osobliwością konkretnych współrzędnych Schwarzschilda, to coś w rodzaju „osobliwości” współrzędnych geograficznych na biegunie ziemskim, gdzie zbiegają się wszystkie południki. Wiemy jednak, że nic się tam złego nie dzieje z Ziemią.

W dodatku metryka Painlevé’go ze znakiem minus przed pierwiastkiem też stanowi rozwiązanie równań Einsteina. Nietrudno zobaczyć, co wtedy otrzymamy dla światła, tzn. gdy ds^2=0. Załóżmy dodatkowo, że promień świetlny biegnie radialnie, tzn. d\varphi=0. Dostajemy

0=\left(1-\dfrac{r_S}{r}\right)dt^2 -2\sqrt{\dfrac{r_S}{r}} dr dt-dr^2.

Dzieląc obie strony przez dt^2, dostajemy równanie kwadratowe dla prędkości radialnej. Jego rozwiązania dane są wyrażeniem:

\dfrac{dr}{dt}=\pm 1 -\sqrt{\dfrac{r_s}{r}}.

Równanie to opisuje dwa skrajne promienie świetlne: spadający na centrum i oddalający się od centrum. Gdy r>r_S jeden z nich zbliża się do centrum, drugi oddala. Kiedy jednak przekroczymy punkt „katastrofy Hadamarda” i r<r_S oba promienie zbliżają się ku centrum. Znaczy to, że nawet promień świetlny nie może się wydostać poza obszar r<r_S, czyli spod horyzontu czarnej dziury.

Przejście do współrzędnych Painlevé’go nie zmienia współrzędnej r, lecz jedynie czas. Jest on teraz mierzony jako czas własny cząstek spadających z nieskończoności na centrum. Są to współrzędne padającego deszczu, jak nazywają to Edwin F. Taylor i John Archibald Wheeler (*) w swej książce Exploring Black Holes.

 

 

(Na rysunku odległości i czasy wyskalowane są w promieniach Schwarzschilda)

Gdy cząstka mija horyzont, jej stożek przyszłości zaczyna być zwrócony ku wnętrzu, a to znaczy, że niebawem spadnie na centralną osobliwość. Drugi znak we współrzędnych Painlevé’go odpowiadałby wznoszeniu się z centrum do nieskończoności. Prawa grawitacji nie mówią nic na temat kierunku czasu: zawsze możliwy jest ruch przeciwny. Jak się zdaje, tylko współrzędne związane ze spadaniem mają jakiś sens fizyczny. W 1922 r. nie miał o tym wszystkim pojęcia ani Paul Painlevé, ani Albert Einstein.

(*) John Wheeler był autorem określenia „czarna dziura”.

Reklamy

Einstein w Paryżu (1922)

Nie była to zwyczajna wizyta naukowa, nie minęły jeszcze cztery lata od zakończenia wojny. Zginęło w niej 1,3 mln Francuzów i w Paryżu nie wszyscy chcieli przyjmować uczonego niemieckiego. Prasa podkreślała wprawdzie, że Einstein nie podpisał podczas wojny Manifestu 93 – szowinistycznego przesłania do reszty Europy, w którym dowodzono, iż Niemcy walczą w imię kultury, Goethego, Beethovena i Kanta. Nie brakowało jednak również głosów takich, jak Roberta Havarda de la Montagne: „Jakakolwiek była postawa Einsteina, jest on Niemcem”. Wizyta miała więc wyraźny podtekst polityczny, miała być pierwszą jaskółką ocieplenia stosunków, Einstein rozmawiał o niej z Harrym Kesslerem, współpracownikiem ministra spraw zagranicznych Walthera Rathenaua, który dążył do ułożenia na nowo stosunków z krajami Ententy. Po drugiej stronie na rzecz ostrożnego zbliżenia działał Paul Painlevé, polityk i matematyk. Einstein przyjeżdżał na zaproszenie Collège de France, inicjatywa należała do profesora owej instytucji i prywatnie jego przyjaciela Paula Langevina. Langevin, uczeń Poincarégo, przekonał się do teorii względności i został jej gorliwym propagatorem. Łączyła go z Einsteinem przyjaźń, jak również socjalistyczne przekonania polityczne.

Prasa wietrzyła sensację, a nawet wypatrywała skandalu. Nagłówki krzyczały: „Einstein w Paryżu”, „Czekając na Einsteina”, „Einstein się ukrywa”, „Einstein nie przybył do Paryża”. Rzeczywiście, uczony postarał się zmylić tropy dziennikarzom, przyjechał niezauważony i zamieszkał w przygotowanym mieszkaniu zamiast w hotelu. W wypowiedzi dla prasy Paul Painlevé stwierdził: „Powinniśmy go przyjąć z szacunkiem jako wielki umysł i z sympatią jako Niemca wiernego swemu krajowi, lecz przy tym szlachetnego i bardzo europejskiego”. Na pytanie o teorie Einsteina Painlevé odpowiedział: „Opierają się one jedynie na potężnych podstawach matematycznych i są raczej wielką próbą ujednolicenia niż konkretnym rezultatem. Ale w nauce początek jest równie ważny jak osiągnięcie równowagi”.

Painlevé osobiście sprawdza bilety wstępu na spotkanie z Einsteinem

Częściowo z przyczyn politycznych Einstein nie brał udziału w spotkaniach otwartych dla publiczności. Wziął udział w czterech sesjach dyskusyjnych w Collège de France, a także wystąpił we Francuskim Towarzystwie Filozoficznym. Wstęp na owe imprezy mieli w zasadzie tylko uczeni oraz studenci, choć pojawiło się także trochę osób z wielkiego świata, jak hrabina Greffulhe, która była prototypem księżny Guermantes w powieści Marcela Prousta, a także hrabina de Noailles, poetka i bliska przyjaciółka pisarza. Sam Proust także bardzo interesował się tą wizytą, mimo że był już bardzo chory i pochłonięty kończeniem swego arcydzieła, były to ostatnie miesiące jego życia. Niewykluczone, że ktoś z kręgu przyjaciół przekazał mu swoje wrażenia na temat Einsteina.

Podwójny portret fotograficzny hrabiny Greffulhe, Otto Wegener, 1899 (Metropolitan Museum of Art)

Siedzą od lewej: Langevin, Einstein, hrabina de Noailles, Painlevé; stoją od lewej: sir Thomas Barclay (prawnik), Leo Strisower (prawnik), Paul Appell (rektor Sorbony), Emil Borel (matematyk) oraz Henri Lichtenberger (germanista),  (Wellcome Collection)

Astronom Charles Nordmann, który wraz z Langevinem organizował tę wizytę, zwrócił uwagę na szeroką czaszkę Einsteina, jego brachycefaliczność. Przypominał on budową czaszki Ernesta Renana. Według rozmaitych rasowych czy może rasistowskich teorii antropologicznych inteligencja miała być skojarzona z długą czaszką, dolichocefaliczną.

Ernest Renan

Uwagi Nordmanna są czysto opisowe, ale zwolennicy rasy aryjskiej już wtedy uciekali się do swoistego fortelu: ponieważ nie można było zanegować żydowskości Einsteina, należało negować jego teorie. Także w przedwojennej Polsce dało się słyszeć głosy różnych mędrków, którzy spod swej gruszy oceniali największe osiągnięcia ludzkości – i wcale ich one nie zachwycały, przeciwnie, byli mocno sceptyczni.

Albert Einstein (1879-1955), physicien américain d’origine allemande, et Paul Langevin (1872-1946), physicien français.
© Neurdein / Roger-Viollet

Dyskusje w Paryżu były kurtuazyjne, lecz pełne zastrzeżeń. Paul Painlevé przedstawił nową postać metryki Schwarzschilda i wyciągał z niej daleko idące wnioski, sądził, że teoria grawitacji Einsteina jest czymś w rodzaju języka matematycznego, który można dostosować do różnych zjawisk. Inny matematyk, Jacques Hadamard, zastanawiał się nad tym, co by się stało, gdyby jakieś ciało niebieskie osiągnęło tak małe rozmiary, że metryka Schwarzschilda staje się rozbieżna (w istocie chodzi tu o pozorną osobliwość, przy promieniu Schwarzschilda tworzy się horyzont zdarzeń, nikt tego wówczas nie wiedział). Wystąpił też Élie Cartan, wielki geometra francuski, który nawiązał później z Einsteinem współpracę. Przy okazji kolejny raz wystąpił ze swą pseudoteorią Edouard Guillaume, Szwajcar, który prześladował Einsteina, usiłując dowieść, iż teoria względności jest wewnętrznie sprzeczna. Filozoficznym oponentem Einsteina był Henri Bergson, niezwykle wtedy popularny wykładowca i pisarz, głoszący własną teorię czasu. Spotykali się później wiele razy i wszyscy oczekiwali starcia dwóch stanowisk. Einstein zwykle uchylał się od polemiki, kiedyś zniecierpliwiony stwierdził na temat teorii Bergsona: „Niech Bóg mu ją wybaczy”.

Wpływ uczonych na politykę był niewielki. Ambasador niemiecki w Paryżu raportował, że wizyta była sukcesem, także z niemieckiego punktu widzenia, ale Einstein postrzegany jest jako nietypowy Niemiec, więc nie należy się spodziewać ocieplenia w uczuciach Francuzów. Tymczasem w Niemczech szło ku gorszemu, kilka miesięcy później prawicowi bojówkarze zamordowali ministra Rathenaua. Nacjonalistyczna prawica nie chciała demokracji, nie chciała normalizacji stosunków z Europą i nie chciała Żydów na eksponowanych stanowiskach. W następnym roku odbył się pucz monachijski, pierwsza, jeszcze nieudana próba dojścia Adolfa Hitlera do władzy.

Louis-Victor Pierre Raymond de Broglie: błyskotliwy doktorat (1924)

W nauce liczy się nie liczba prac, ale tylko i wyłącznie ich jakość. Na ogół wybitni uczeni publikują sporo, czasem mniej, czasem więcej – np. Albert Einstein publikował niemal wyłącznie prace ważne albo potencjalnie ważne, ale i tak wyszło ich ponad trzysta. Euler napisał blisko tysiąc prac. Nie działa to jednak w drugą stronę: ktoś, kto opublikował trzysta artykułów wcale nie musi być Einsteinem ani Eulerem, nie musi być nawet wybitnym uczonym. Stanisław Lem proponował kiedyś, żeby zacząć robić zakrycia naukowe. Rozwiązałoby to problem lawinowo narastającej liczby publikacji, niepotrzebnych nikomu oprócz ich autorów, którzy pragną rozliczyć grant badawczy. W razie wątpliwości, jak oceniać dorobek uczonego X, należy sobie zadać pytanie, jaki istotny problem został w jego pracach rozwiązany? A może chociaż jakiś istotny problem został w nich sformułowany ze wskazaniem drogi rozwiązania? Peter Higgs pozostanie w historii autorem jednej pracy i to wcale niemało, zważywszy, jaka to praca.

Istnieje też osobna kategoria błyskotliwych doktoratów: ktoś w młodości pisze ważną pracę i nie udaje mu się dokonać tej sztuki po raz drugi. Louis de Broglie w chwili obrony doktoratu przekroczył trzydziestkę, nie był więc młodzieniaszkiem. Praca dotyczyła jednak kwestii fundamentalnych: czym właściwie są cząstki, którymi zajmuje się fizyka. Dwa lata później myślowy horyzont pracy de Broglie’a został przekroczony: powstała mechanika kwantowa. Sam de Broglie nigdy się nie pogodził z kwantowomechaniczną ortodoksją, przez lata rozwijał teorię alternatywną. Zrobił jednak rzecz ważną, jego pomysły zainspirowały innych wtedy i nie są całkiem martwe nawet dziś. To naprawdę wiele. Nagroda Nobla jest przy tym tylko miłym efektem ubocznym.

Fig1

Książę Louis de Broglie mógłby być bohaterem Marcela Prousta, którego nieco przypominał z wyglądu. Jego rodzina zaczęła piąć się w górę razem z kardynałem Mazarin w XVII wieku. Na początku wieku XVIII marszałek Francji François-Marie de Broglie został pierwszym diukiem. Diukiem nr 6 był starszy (niemal o dwadzieścia lat) brat Louisa, Louis-César-Victor-Maurice de Broglie. Był on także wybitnym fizykiem-eksperymentatorem. Urządził sobie w domu prywatne laboratorium, w którym badał promienie Röntgena. W roku 1911 Maurice był sekretarzem na I Konferencji Solvayowskiej, gdzie spotkali się wszyscy wybitni fizycy tego okresu: Einstein, Rutherford, Lorentz, Maria Curie oraz jej ówczesny kochanek Paul Langevin. O romansie tych dwojga pisała właśnie cała prawicowa i ksenofobiczna prasa francuska: oto imigrantka, w dodatku starsza, rozbija wzorową francuską rodzinę wielodzietną. Gdyby skandal ujawnił się wcześniej, Maria Curie prawie na pewno nie otrzymałaby Nagrody Nobla, ale było już za późno – nagroda została przyznana. Kiedy kilka lat później Paul Langevin miał nieślubne dziecko ze swoją asystentką, prasa milczała.
Louis, obdarzony znakomitą pamięcią i świetnie się zapowiadający, studiował najpierw historię, potem prawo i filozofię, a jeszcze później popadł w depresję. Wyjazd u boku brata na konferencję do Brukseli mógł być swoistą terapią. Louis mógł się przyjrzeć kuluarowemu życiu konferencji i zapewne został przedstawiony niektórym znakomitościom. Jego droga do fizyki nie była całkiem prosta, po drodze przydarzyła się jeszcze pierwsza wojna światowa. A po niej nastąpił doktorat u Langevina, najwybitniejszego fizyka teoretyka francuskiego tamtej epoki, nota bene zdeklarowanego lewicowca, późniejszego członka partii komunistycznej.
Louis de Broglie był pod wrażeniem prac Einsteina, z których wynikało, że światło, będąc falą elektromagnetyczną, ma przy tym własności cząstkowe. De Broglie wysunął przypuszczenie, że może wszystkie cząstki, również takie jak elektrony, są falami. Idea była abstrakcyjna, fale takie powinny się rozchodzić prędzej niż światło. Ale można było z nich zbudować fale złożone (paczki falowe), które miały już podświetlną prędkość rozchodzenia się i mogłyby poruszać się razem z elektronem. Nie wiadomo było, co właściwie znaczą te fale ani co w nich drga. Za ich pomocą można było jednak w nowy sposób wyrazić warunek kwantowania Bohra: orbity dozwolone w atomie to takie, na których obwodzie mieści się całkowita liczba długości fali de Broglie’a.

deBroglie-1024x361

Wszystko to było nie do końca jasne i nie stanowiło zakończonej teorii. Paul Langevin nie wiedział, co myśleć o dysertacji, poprosił o dodatkowy egzemplarz, który wysłał Einsteinowi. Pozytywna opinia Einsteina przesądziła sprawę doktoratu. Niemal natychmiast okazało się, że falowe własności elektronu można zaobserwować eksperymentalnie za pomocą dyfrakcji na kryształach (regularna struktura kryształu działa na fale de Broglie’a jak siatka dyfrakcyjna na światło). Pięć lat później Louis de Broglie otrzymał Nagrodę Nobla.

Maria Skłodowska-Curie a sprawa polska

Uczona, znana na całym świecie jako Maria Curie, jest jedyną polską noblistką naukową. Nauka nie jest naszą specjalnością: więcej laureatów pochodzi z Węgier czy Norwegii. Małe kraje, jeśli nie mają silnych tradycji i sporych pieniędzy, jak np. Szwajcaria albo Holandia, raczej nie liczą się w naukach eksperymentalnych i podejrzewam, że to się nie zmieni. Szczególnie bezsensowne jest łożenie na dziedziny modne w danym momencie – można być niemal pewnym, że zastosowania technologiczne i wiążące się z tym zyski przypadną komu innemu, a za kilka lat moda się zmieni. Już prędzej można liczyć na dziedziny teoretyczne: polska szkoła matematyczna z okresu międzywojennego wydała sporo nazwisk pojawiających się w podręcznikach matematyki i logiki.

Każde chyba miasto w Polsce ma ulicę Skłodowskiej-Curie, jej imieniem nazwano wiele szkół. Jednak sławę w świecie zdobyła nie jako Polka, lecz jako francuska uczona pracująca w Paryżu. Podobnie jak nie każdy wie, że Andy Warhol był Słowakiem – artysta sławę zdobył na swój indywidualny rachunek. W takich przypadkach pochodzenie z mało znanego kraju jest raczej obciążeniem i przeszkodą.

Maria Skłodowska w Polsce spędziła pierwsze dwadzieścia cztery lata swego życia, by z dużym opóźnieniem zacząć studia w Paryżu. W Polsce po powstaniu styczniowym nie było szkół, a Maria nie miała za co się uczyć. Umówiły się z siostrą, że najpierw jedna będzie się uczyć, a druga będzie zarabiać lekcjami i jej pomagać, a potem zamienią się rolami. Gdy Maria zaczynała studiować – fizykę! w tamtych czasach! – na niemal dwa tysiące studentów przypadały 23 kobiety, przeważnie zresztą cudzoziemki, ponieważ we Francji nie uczono dziewcząt przedmiotów ścisłych. Słowo étudiante, czyli żeński wariant słowa student, oznaczało wówczas dziewczynę studenta, a nie studentkę. Osobliwa dziedzina, uparta cudzoziemka, mieszkająca sama, niepotrzebująca męskiego ramienia – nie dziwimy się, że Maria Skłodowska mogła do czegoś dojść. Nie chodziło jej o karierę, chciała służyć ludziom, na całe szczęście nie została nauczycielką wiejską w Polsce. Socjalistka, nonkonformistka, żywiąca kult nauki, spotkała w osobie Pierre’a Curie, mającego już liczący się dorobek naukowy, bratnią duszę. Zastanawiała się długo, czy jako Polka może wyjść za Francuza, ostatecznie wzięli ślub cywilny w merostwie i na rowerach wybrali się w podróż poślubną. Był rok 1895.

Znamy dalszy ciąg, odkrycie radu i polonu, lecz nie zdajemy sobie zwykle sprawy, jak trudno było wówczas kobiecie robić samodzielną karierę. Zapraszano np. na konferencję jej męża, a Marię jedynie jako osobę towarzyszącą. Kobieta mogła być ostatecznie nauczycielką – w szkole dla dziewcząt, ale wykładowcą na uniwersytecie albo uczoną referującą wyniki badań na konferencji? Nie mieściło się to w męskich głowach. Pokoje profesorskie przypominały męskie kluby: cygara, porto, żadnych kobiet. Jak to wyglądało, widać na zdjęciu z pierwszego Kongresu Solvayowskiego: Maria Curie siedzi obok Poincarégo, jedyna kobieta wśród ówczesnej elity naukowej (drugi z prawej stoi Albert Einstein, świeżo upieczony profesor w Pradze). Minęło już kilka lat od śmierci Pierre’a, którą bardzo przeżyła. Jej romans z Paulem Langevinem (pierwszy z prawej), młodszym od niej i żonatym, wywołał właśnie potężny skandal. Prasa bulwarowa publikowała jej intymne listy, katolicka opinia publiczna atakowała ją za rozbijanie rodziny, nacjonaliści za to, że nie jest Francuzką. Odbywały się jakieś pojedynki, które francuskim zwyczajem kończyły się strzałem w powietrze i zakrapianym obiadem.

Skandal medialny zbiegł się z drugą nagrodą Nobla. Maria Skłodowska-Curie potrafiła przetrzymać ten okres, tym trudniejszy że ostatecznie Langevin powrócił do żony. Wychowywała córki na osoby niezależne, Irena Curie jako dziecko nawet na wakacjach musiała się uczyć matematyki wyższej – wiedza ta przydała się jej z czasem, także ona otrzymała nagrodę Nobla z chemii. W 1995 roku Maria Skłodowska-Curie została pochowana w paryskim  Panteonie jako pierwsza kobieta, która znalazła się tam z powodu swojego własnego dorobku, a nie obok męża. Może należałoby dzieciom w szkole zadawać pisanie prac „Maria Skłodowska-Curie jako wciąż aktualny przykład matki-Polki”?

Einstein w Pradze

Niemal równo sto lat temu, w roku 1911/12, Albert Einstein pełnił przez rok funkcję profesora fizyki teoretycznej na niemieckim uniwersytecie w Pradze. Była to jego pierwsza porządnie płatna posada i niewątpliwie głównym motywem przeprowadzki z Zurychu z rodziną była nadzieja na stabilizację życiową.

Stanowisko przypadło Einsteinowi dość przypadkowo. Jego kariera naukowa zaczęła się zaledwie kilka lat wcześniej, w roku 1905. Decyzja uniwersytetu była więc dość odważna, Einstein był autorem kilku wciąż jeszcze kontrowersyjnych prac. Kontrkandydatem był Gustav Jaumann, uczeń Ernsta Macha, który za swym nauczycielem odrzucał istnienie atomów. I zapewne stanowisko przypadłoby Jaumannowi, gdyby on sam się nie uniósł honorem i nie zrezygnował. Zirytowało go bowiem, iż jakiegoś nowinkarza stawia się na równi z nim, solidnym uczonym.

Niedogodnością stanowiska w monarchii austrowęgierskiej była konieczność wypełnienia rubryki „wyznanie” w urzędowym kwestionariuszu. Poddani cesarza Franciszka Józefa nie mogli być bezwyznaniowi. Bez większych wahań Einstein wpisał wyznanie mojżeszowe, choć od dzieciństwa nie należał do żadnego wyznania i trudno go sobie nawet wyobrazić jako członka jakiegokolwiek kościoła. Gdy jego syn musiał się obowiązkowo uczyć religii w szkole, Einstein żartował, że dziecko zacznie sobie wyobrażać Boga jako kręgowca w gazowym stanie skupienia.

Albert Einstein z aparycji przypominał wówczas bardziej skrzypka-wirtuoza niż profesora (znalazł zresztą wkrótce towarzyszy do uprawiania muzyki kameralnej). Świeżo upieczony profesor powinien złożyć około czterdziestu wizyt innym profesorom uniwersytetu niemieckiego (drugi uniwersytet w Pradze, czeski, traktowano jako nieistniejący i nie utrzymywano z nim stosunków). Po odbyciu części wizyt, w których kierował się raczej walorami turystycznymi danej części miasta niż pozycją danego profesora, Einstein zniechęcił się zupełnie do tego przedsięwzięcia. Ostatecznie przebywał w Pradze krótko, często z niej wyjeżdżając. W okresie tym został zaproszony na bardzo elitarny Kongres Solvayowski, gdzie mówił o kwantowym podejściu do drgań atomów w kryształach. Nieco wcześniej poznał osobiście Hendrika Lorentza, jedynego bodaj fizyka, przed którym czuł respekt. Na kongresie poznał też panią Curie, atakowaną właśnie przez prasę francuską za romans z Paulem Langevinem. Znakomity matematyk, Henri Poincaré, nie zrobił na Einsteinie dobrego wrażenia.

A jakie wrażenie sprawiał wówczas Einstein? Mamy pewien portret literacki z tamtego okresu. W roku 1915 ukazała się książka Maksa Broda Tycho Brahes Weg zu Gott („Tychona Brahego droga do Boga”). Brod jest dziś znany głównie jako przyjaciel Franza Kafki, który wbrew ostatniej woli autora nie zniszczył jego dzieł. Powieść o Tychonie Brahe jest marna, jednak postać Keplera przywodziła niektórym znajomym na myśl właśnie Einsteina. Brod pisze o niezwykłym spokoju, z jakim Kepler oddawał się swojej pracy, jakby zupełnie nie poruszały go dziejące się wokół sprawy. Przypomina on rycerza z baśni ludowej, który sprzedał diabłu serce w zamian za zbroję, której się żadne ciosy nie imają. Wiemy dziś, że Einstein pogrążony był wtedy w pracy nad teorią grawitacji, rozpoczynał się też jego związek uczuciowy z kuzynką Elsą, przyszłą żoną.

Być może więcej o Einsteinie mówią jego własne słowa na temat Keplera: „Ani bieda, ani niezrozumienie współczesnych, od których zależały warunki jego życia i pracy, nie mogły go okaleczyć ani zniechęcić. (…) Należał do tych nielicznych, którzy nie potrafią ukrywać swoich poglądów na jakikolwiek temat. Nie należał do ludzi czerpiących instynktowną radość ze ścierania się z innymi, tak jak na przykład Galileusz, którego boska złośliwość nawet i dziś dostarcza przyjemności rozumiejącemu czytelnikowi. Kepler był pobożnym protestantem, który nie robił tajemnicy z faktu, że nie zawsze aprobuje postanowienia swego kościoła; z tego powodu uważano go za łagodnego heretyka i tak też traktowano. (…) Praca jego życia możliwa była dopiero wówczas, gdy udało mu się w znacznym stopniu wyswobodzić z tradycji duchowej, w której wyrastał. (…) Musiał sobie jasno uświadomić, że logiczno-matematyczne teoretyzowanie, bez względu na to jak klarowne, nie może samo przez się zagwarantować dojścia do prawdy. Że w naukach przyrodniczych nawet najpiękniejsza i najbardziej logiczna teoria nic nie znaczy bez porównania z najdokładniejszymi eksperymentami”.