Od nacjonalizmu do idiotyzmu: duch francuski i fizyka niemiecka (1915, 1936)

Ponieważ przybliża się chwila, gdy nasze niestrudzone władze powołają wreszcie do życia Narodowy Instytut Fizyki im. Antoniego od Wielu Wybuchów, więc warto może przypomnieć chlubne przykłady z przeszłości. Złudne jest bowiem mniemanie, że dziedziny takie, jak matematyka albo fizyka nie mają charakteru narodowego. Otóż mają i dlatego tak ważne jest promowanie autentycznie polskiej fizyki. A jakaż to będzie radość dla dziatek naszych najmilszych, gdy w programie szkół po Koperniku będzie od razu Maria Skłodowska-Curie, wypadną zaś te wszystkie Newtony, Ohmy, Hertze i Einsteiny. Wszak żarówkę wynalazł Łodygin, nie jakiś Edison. A była przecież i lampa naftowa Łukasiewicza, i elektryczne świece Jabłoczkowa. My, Słowianie (czyli w zasadzie Polacy), daliśmy światu tyle, tylko on o tym nic nie wie. Kto zaś będzie negował nasze osiągnięcia, ten skazany być może na 3 lata naszej szkoły i nawet wśród pingwinów dopadnie go karząca ręka prawa i sprawiedliwości.

Pierwszy przykład pięknej myśli narodowej w naukach ścisłych znajdujemy u Pierre’a Duhema. Wybitny specjalista od termodynamiki, najbardziej znany jest jako filozof i historyk nauki. Wprowadził on rozróżnienie umysłów naukowych na typ angielski i francuski. Miało się ono wywodzić z tego, co Blaise Pascal określał jako zmysł życiowy (esprit de finesse) oraz zmysł geometryczny (esprit de géométrie). W nauce mielibyśmy uczonych, którzy tworzą różne modele, trzymając się danych doświadczalnych, nawet gdy wprowadza to pewien zamęt pojęciowy; drudzy to budowniczowie prostych teorii, koncentrujący się na ich konsekwencjach. Przykładem typu angielskiego miał być Michael Faraday, francuskiego – Isaac Newton. Rozróżnienie nie miało więc charakteru nacjonalnego, lecz analityczny. Duhem nie lubił brytyjskiej szkoły posługującej się pojęciem pola elektromagnetycznego i mocno atakował Jamesa Clerka Maxwella z pozycji filozoficznych. Oczywiście, żadna filozofia nie mogła na dłuższą metę zaszkodzić osiągnięciom Maxwella, filozofowie mówią swoje, a nauka idzie dalej, nawet bez ich pozwolenia.

Gdy wybuchła pierwsza wojna światowa, czyli wielka wojna (nikt jeszcze nie wiedział, że będzie następna), Duhem, za stary, aby iść na front, zaczął pisać i nauczać o niemieckiej nauce. Co pochlebnego można było powiedzieć o nauce wrogów? Duhem nie zamierzał ich chwalić, wprowadził i omówił pojęcie umysłu typu niemieckiego. Nauka niemiecka była formalistyczna, polegająca na wywodach logicznych nawet tam, gdzie to nie ma większego sensu. „Niemiec jest pracowity, skrupulatny, zdyscyplinowany i podporządkowany”. To geometra, brak mu subtelności. Przykładem Bernhard Riemann, twórca abstrakcyjnego ujęcia geometrii nieeuklidesowej. „Doktryna Riemanna jest ścisłą algebrą, gdyż wszystkie twierdzenia, jakie się w niej formułuje, są bardzo precyzyjnie wydedukowane z przyjętych postulatów; zaspokaja to zmysł geometryczny. Nie jest jednak prawdziwą geometrią, gdyż, wprowadzając swoje postulaty, wcale nie zatroszczyła się, aby wnioski z nich zgadzały się w każdym punkcie z osądami wyprowadzonymi z doświadczenia, które składają się na nasze intuicje dotyczące przestrzeni; w ten sposób przeczy ona zdrowemu rozsądkowi”. Był luty roku 1915, w listopadzie Albert Einstein zapisał równania pola grawitacyjnego w swej teorii. Od kilku lat ci, którzy śledzili rozwój fizyki, wiedzieli, że właśnie geometria riemannowska jest językiem matematycznym nowej teorii. Inaczej mówiąc: owa formalistyczna geometria, rzekomo ignorująca nasze pojęcie przestrzeni, okazała się nauką o fizycznej czasoprzestrzeni, jak najbardziej konkretną, podlegającą pomiarom. Duhem nie śledził zapewne grawitacyjnych prac Einsteina, ponieważ już wcześniejsza szczególna teoria względności nie zyskała w jego oczach aprobaty. Sądził, iż nie istnieje graniczna prędkość w przyrodzie, gdyż można sobie zawsze wyobrazić przebycie określonej drogi w dowolnie krótkim czasie, nawet gdy praktycznie nie potrafimy tego zrealizować. Przyjęcie zasady względności Einsteina, Minkowskiego i Lauego sprawia, że prędkość ponadświetlna staje się sprzecznością logiczną – twierdzi Duhem. „To, iż zasada względności dezorganizuje wszelkie intuicje wynikające ze zdrowego rozsądku, nie wywołuje u fizyków niemieckich żadnych wątpliwości. Przyjęcie jej oznacza siłą rzeczy obalenie wszystkich doktryn dotyczących przestrzeni, czasu, ruchu, wszystkich teorii mechaniki i fizyki; w tak wielkiej dewastacji nie ma niczego, co by nie mogło się podobać myśli germańskiej. Na terenie, który zostanie oczyszczony z dawnych poglądów, geometryczny zmysł Niemców pozwoli im całym sercem oddać się dziełu zbudowania na nowo całej fizyki, której fundamentem stanie się zasada względności”. Widzimy więc na tych przykładach, jak bardzo niefrancuska, a tym samym przykra dla zrównoważonego umysłu, była niemiecka nauka Einsteina.

Mamy drugi jeszcze przykład, jak wolna myśl narodowa kształtować może zdrową etnicznie fizykę. Autorem naszym jest Philipp Lenard, laureat Nagrody Nobla z fizyki eksperymentalnej, człowiek mimo to zgorzkniały i upatrujący odrodzenia nauki aryjskiej w wyzwoleniu się od wpływów żydowskich. Zdaniem Lenarda fizyka stworzona została niemal wyłącznie przez Aryjczyków: Francuzów w jego opowieści nie było, Anglicy, Szkoci i Skandynawowie to praktycznie Niemcy. Niemcami byli też wielcy eksperymentatorzy, jak Heinrich Hertz, odkrywca fal elektromagnetycznych, u którego Lenard pracował kiedyś jako asystent. Hertz nie był jednak „czystej krwi”: jego ojciec, prawnik i senator hanzeatyckiego miasta Hamburga, był Żydem przechrzczonym na luteranizm. Miało to złowieszcze, zdaniem Lenarda, następstwa, gdyż w ostatnich latach życia Hertz zajmował się zasadami mechaniki. W pracy tej „silnie wyszedł na jaw duch żydowski, który w jego wcześniejszych owocnych pracach pozostawał w ukryciu”. W 1936 roku ukazało się czterotomowe dzieło Philippa Lenarda, zatytułowane Deutsche Physik. Był to podręcznik zawierający zdrową pod względem narodowym część fizyki, a nie – jakby ktoś złośliwy mógł pomyśleć – to, co z fizyki zrozumiał Lenard. We wstępie do swego wiekopomnego dzieła skromny jego autor zwracał się do czytelnika: „«Fizyka niemiecka?» – zapytacie. Mógłbym równie dobrze powiedzieć fizyka aryjska albo fizyka ludzi typu nordyckiego, fizyka badaczy rzeczywistości, poszukiwaczy prawdy, fizyka tych, którzy stworzyli badania naukowe. «Nauka jest międzynarodowa i zawsze taka pozostanie» – zaczniecie protestować. (…) W rzeczywistości tak samo, jak wszystko, co tworzy człowiek, również nauka zdeterminowana jest przez rasę albo krew. (…) Należy powiedzieć tu nieco o «fizyce» narodu żydowskiego, ponieważ stoi ona w jaskrawym przeciwieństwie do fizyki niemieckiej (…) fizyka żydowska dopiero niedawno poddana została wyważonej ocenie publicznej. Pod koniec wojny, kiedy Żydzi w Niemczech zaczęli dominować i narzucać ton, wezbrała niczym powódź i ujawniły się jej wszystkie cechy. Znalazła szybko gorliwych zwolenników wśród wielu autorów krwi innej niż żydowska albo nie czysto żydowska”. Oczywiście, przykładem fizyki żydowskiej par excellence musiał być Albert Einstein, jego teorie „kompletnie zgrały się w zetknięciu z rzeczywistością. Najwyraźniej nie były nawet w zamierzeniu prawdziwe. Żyd pozbawiony jest całkowicie zrozumienia prawdy innej niż tylko powierzchowna zgodność z rzeczywistością, [prawdy], która nie zależy od ludzkiej myśli. (…) Zdumiewające jest, że prawda czy rzeczywistość nie wydają się Żydowi czymś szczególnym bądź różnym od nieprawdy, lecz są one równoważne jednej z wielu możliwych opcji teoretycznych”.

Lenard nie mógł przeboleć, że powstaje nowa fizyka, tworzona m.in. przez Einsteina, a popierana ku jego niezadowoleniu przez Maksa Plancka czy Maksa Lauego, późn. von Laue – niewątpliwych etnicznych Niemców. Poglądy wygłaszane przez Lenarda, choć sformułowane prymitywniej, są w istocie zbliżone do zarzutów Duhema. Dla obu teoria względności sprzeczna była ze zdrowym rozsądkiem, była wykwitem zbyt dużej skłonności do abstrakcji oderwanej od rzeczywistości, przerośniętym esprit de géométrie. Duhem widział w tym cechę niemiecką, Lenard natomiast żydowską.

„«Ja cierpię» – Lepiej tak powiedzieć, niż powiedzieć: «Ten krajobraz jest brzydki»” (Simone Weil).

Reklamy

Einstein, paradoks bliźniąt i związek nacjonalizmu ze zidioceniem (1911-1921)

W roku 1921 Philip Lenard, laureat nagrody Nobla, przedstawił własną teorię grawitacji. Nie byłoby w tym nic złego, choć od roku 1915 aż do dziś żadna nowa teoria względności nie okazała się potrzebna. Badanie alternatyw ma oczywiście swoje miejsce w nauce, lecz zazwyczaj jest to miejsce poślednie, ciekawostka dla ekspertów. Lenardowi przyświecał jednak zamysł polemiczny: pragnął bowiem zwalczać teorie niegodne Narodu Niemieckiego, a taką była teoria Einsteina. W dodatku jej twórca nie był wcale germańskim wojownikiem o blond włosach i niebieskich oczach:

Im bardziej «śmiały» okazuje się badacz natury, tym więcej miejsc w jego publikacjach nie wytrzymuje próby czasu; można to wykazać za pomocą przykładów z dalekiej i niedawnej przeszłości (szczególnie łatwo jest znaleźć te drugie). Z tego  względu śmiałość badacza natury nie zasługuje na tak wysoką ocenę, jak śmiałość wojownika. Gdyż ten ostatni przez swą śmiałość naraża własne życie, podczas gdy ten pierwszy znajduje zwykle wygodną wyrozumiałość oraz zapomnienie dla swoich niepowodzeń. Czasami odnosi się wrażenie, że owa przypisywana badaczowi natury «śmiałość» w istocie  polega na całkowicie wyzbytych skrupułów rachubach, iż obniżając poziom publikacji, nie poniesie się żadnej osobistej szkody. Taka śmiałość nie jest cechą niemiecką.

Słychać tu echa dziewiętnastowiecznej szkoły w fizyce, której przedstawiciele lubili utyskiwać na wszelkie teorie i zalecali trzymać się ściśle obserwacji. Wybitny skądinąd eksperymentator, Lenard nie był dość oryginalny, by stworzyć nową teorię zdolną do życia. Ale słychać też wojujący nacjonalizm. Przekonanie, że ktoś powinien zginąć za poglądy, bo inaczej są one nic niewarte, jest tyleż idiotyczne, co zgubne. Ludzie tacy jak Lenard popychali Niemcy (a może tylko dawali się nieść prądowi) w kierunku nowej wojny, która miała udowodnić ich wyższość rasową. Ostatecznie wykazała tylko, że są śmiertelni, podobnie jak ich ofiary. Rok 1921 zapowiadał już tendencje, które później się, niestety, wzmocniły. Można doszukiwać się tu przyczyn ekonomicznych, ale trudno zignorować też klimat poglądów objawiających się w sferze publicznej. m.in. w nauce. Świadomość określa byt, przynajmniej w polityce. Właściwie przez cały czas istnienia Niemiec weimarskich zaraza nacjonalizmu objawiała się gorączką sporów, argumentami rasowymi, poczuciem krzywdy, jaką rzekomo Niemcy doznały ze strony Europy. W kraju, który obok Wielkiej Brytanii, przodował w nauce, debaty naukowe często schodziły na poziom rasistowskich pyskówek. Niemiecka profesura przeważnie dostojnie milczała, milczała też w 1933 roku, kiedy jednym pociągnięciem zlustrowano ich kolegów i usunięto tych, którzy mieli złe pochodzenie.

Innym przeciwnikiem Einsteina był berliński fizyk Ernst Gehrcke, solidny eksperymentator w dziedzinie optyki, mający też ambicje teoretyczno-filozoficzne. Widział on w teorii względności przypadek masowej sugestii, której ulegli inni uczeni. Przejął się tą sprawą tak bardzo, że zaczął dokumentować wszelkie prasowe wzmianki o Einsteinie i robił to przez wiele lat.

«Klasyczna teoria względności» [cudzysłów Gehrckego – J.K.], będąca mieszanką wzajemnie  sprzecznych założeń, może posłużyć za interesujący przypadek masowej sugestii w fizyce, przynajmniej w krajach języka niemieckiego.

Warto zwrócić uwagę na słowo mieszanka (Gemisch): wiadomo, że to, co zmieszane, gorsze jest od czystego. Gehrcke powziął swą niechęć do teorii względności jeszcze przed pierwszą wojną i pozostał jej wierny do końca swego życia. Zabawnym zrządzeniem losu, jeden z tych „zahipnotyzowanych”, Max Planck, sprowadził do Berlina samego autora owej mieszanki, Alberta Einsteina, i to na wyjątkowo zaszczytne stanowisko, robiąc go przy okazji najmłodszym w dziejach członkiem Pruskiej Akademii Nauk. Einstein nawet próbował z Gehrckem dyskutować, ale w końcu dał spokój. Często prześladowali go różni obsesjonaci i wariaci, zwykle niegroźni.

Gehrcke, ale także i inni przeciwnicy teorii względności nie potrafili się pogodzić z tym, że czas przestał być absolutny, lecz wskazania zegarów mogły zależeć od ich wzajemnego ruchu. Podważali to często z powodów filozoficznych, np. dlatego że u Kanta nie ma miejsca na względność czasu i nieuklidesowość przestrzeni. Einstein nie przejmował się zbytnio Kantem i uważał, że efekty przewidywane przez teorię względności są mierzalne i w tym sensie jak najbardziej rzeczywiste.

Wyobraźmy sobie dwa układy (inercjalne) układy współrzędnych: jeden z nich umownie będzie dla nas układem spoczywającym (nieprimowanym), drugi porusza się względem niego z wielką prędkością v (primowany). Rozpatrzmy zegar spoczywający w drugim układzie. Jego dwa tyknięcia A i B oddziela pewien czas \tau. W poruszającym się układzie zachodzą one w tym samym punkcie. Te same dwa zdarzenia A i B możemy obserwować z układu spoczywającego. Czas między nimi jest teraz równy t, a odległość \Delta x=vt. W czasoprzestrzeni Minkowskiego, tzn. w świecie szczególnej teorii względności, dla dwóch dowolnych zdarzeń niezmienniczą (in. inwariantną) wielkością jest

c^2\Delta t^2-\Delta x^2=c^2\Delta t'^2-\Delta x'^2.

Znaczy to, że obserwatorzy związani z naszymi dwoma układami współrzędnych muszą otrzymać jednakową wartość tej wielkości.

c^2t^2-v^2t^2=c^2\tau^2\Rightarrow \tau=t\sqrt{1-\dfrac{v^2}{c^2}}.

Widzimy, że czas \tau jest krótszy niż t. Inne podejście do tego zagadnienia można znaleźć tutaj. Stąd pomysł, że gdybyśmy wysłali jeden zegar w podróż z wielką prędkością, a potem go z tą samą prędkością zawrócili, to po powrocie zmierzony przezeń odstęp czasu będzie krótszy. Ponieważ rzecz dotyczy nie jakiegoś wyimaginowanego czasu fizyków, ale tego, co można zmierzyć, konstruując na dowolnej zasadzie fizycznej przyrząd zwany zegarem, więc konkluzja dotyczy nie tylko czasomierzy, lecz np. pary bliźniąt, z których jedno wysyłamy w kosmiczną podróż, a drugie, mniej przedsiębiorcze, czeka w domu. Bliźniak podróżujący będzie po powrocie młodszy o czynnik \sqrt{1-{v^2}/{c^2}}. Można to narysować na diagramie czasoprzestrzennym.

Żółte linie pokazują linie świata światła. Poruszający się bliźniak (linia niebieska),  wciąż przebywa w stożku przyszłości względem zdarzenia polegającego na ich rozstaniu, linie kropkowane są liniami równoczesności dla brata poruszającego się w prawo i w lewo: zdarzenia wzdłuż tych linii podróżujący uważa za równoczesne; oczywiście linie równoczesności dla brata spoczywającego są równoległe do osi x).

Tutaj odległości wyrażone są w latach świetlnych, a czas w latach. Jak widać z obrazka, bliźniak poruszający się ma prędkość v/c=4/5. Podróż, która w układzie nieprimowanym zajmuje dziesięć lat, w układzie primowanym, czyli zmierzona przez podróżnika, zajmie w obie strony

\tau=10\sqrt{1-\dfrac{16}{25}}=6\mbox{ lat}.

Im bliższa prędkości światła jest prędkość podróżnika, tym silniejszy efekt. Einstein mówił o tej paradoksalnej naturze czasu w styczniu 1911 roku:

Gdybyśmy np. umieścili w pudełku żywy organizm i kazali mu się poruszać tam i z powrotem, tak jak omawianemu wyżej zegarowi, to byłoby możliwe, iż organizm ten, wracając do punktu wyjścia po dowolnie długiej podróży, zmieniłby się w  dowolnie małym stopniu, podczas gdy organizmy, które pozostawały w spoczynku w punkcie wyjścia, dawno  już zostałyby  zastąpione przez nowe pokolenia.

Gehrcke uważał, że wnioski Einsteina są fałszywe, bo skoro wszystko jest względne, to możemy równie dobrze uznać, iż to podróżujący bliźniak spoczywa, z czego by wynikało, że to on jest starszy. Naprawdę chodzi jednak o własność czasoprzestrzeni Minkowskiego (czyli naszej w małej skali): liniom prostym odpowiada zawsze dłuższy czas niż wszystkim innym. W przestrzeni euklidesowej najkrótszą linią łączącą dwa punkty jest prosta, w przestrzeni Minkowskiego, to linia najdłuższa w czasie.

W długim opowiadaniu Stanisława Lema pt. Powrót z gwiazd mamy następujący dialog:

— Tak — powiedziałem — i poczułem tremę, jakby od moich słów Bóg wie co miało zależeć. — Jestem… byłem pilotem. Ostatni raz byłem tu… nie przestrasz się!
— Nie. Mów!
Jej oczy były uważne i błyszczące.
— Sto dwadzieścia siedem lat temu. Miałem trzydzieści lat. Ekspedycja… byłem pilotem wyprawa do Fomalhaut. To jest dwadzieścia trzy lata świetlne. Lecieliśmy, w jedną i drugą stronę, sto dwadzieścia siedem lat czasu Ziemi i dziesięć lat czasu pokładowego.

Nie tylko Einstein, ale i inni wcześni relatywiści, jak Paul Langevin czy Arthur Eddington, dostrzegli tu możliwość podróży w czasie, ale tylko w przód. Lemowski Hal Bregg wraca na Ziemię, gdzie już dawno nie żyją jego bliscy i wszystko się bardzo zmieniło. Gdyby Lem pisał dzisiaj, mógłby jeszcze do kolorytu lokalnego dodać nacjonalizm, który przynajmniej w Europie wschodniej wciąż ma swoich zwolenników. Łatwiej przebudować drogi i domy niż ludzi.

Albert Einstein o Hitlerze (1935)

W roku 1933 i latach następnych Adolf Hitler był w Niemczech niewątpliwie „człowiekiem roku”. Choć nigdy nie zdobył samodzielnej większości parlamentarnej, rządził, nie oglądając się na takie regulaminowe szczegóły. Zresztą opozycja najpierw była podzielona, później poparła go prawicowa DNVP, a jeszcze później rozwiązał wszystkie partie. Trudno dziś zrozumieć, co tak uwodzicielskiego miały wygłaszane przez niego paranoiczne brednie. Prawdopodobnie miliony ludzi pragnęły odreagować swoje własne upokorzenia i swoje własne niepowodzenia – Hitler był do nich podobny, lecz umiał to przekuć w sukces i władzę. Niemcy mieli kompleks osaczenia: wokół był zły świat, który dybał na ich dobrostan, nie pozwalał poszerzyć granic i miał pretensje o jakieś zbrodnie wojenne w Belgii. Zresztą wróg czyhał także wewnątrz: Żydzi knuli, spiskowali i manipulowali biednymi prostolinijnymi Niemcami.

„Berliner Illustrirte Zeitung”, która kiedyś zamieściła portret Einsteina, teraz miała nowych bohaterów.

ALBERT EINSTEIN (1879-1955). American (German-born) theoretical physicist. On the cover of 'Berliner Illustrirte Zeitung,' 1919.

BIZ-10.9.1933_a

Trudno wyobrazić sobie kogoś mniej podatnego na stadne emocje niż Einstein. Nie dlatego gardził Hitlerem, że był słynnym uczonym, którego nic w Niemczech nie trzymało. Gdyby nie odniósł sukcesu naukowego i pozostał nikomu nieznanym urzędnikiem biura patentowego, myślałby tak samo.

Każdy, komu sprawia przyjemność maszerowanie w szeregu przy dźwiękach muzyki, już przez to samo wywołuje we mnie uczucie pogardy; jedynie przez przypadek obdarzono go wielką mózgownicą, gdyż mlecz pacierzowy wystarczyłby najzupełniej na jego potrzeby. Ową hańbiącą plamę na honorze cywilizacji należałoby usunąć jak najprędzej. O jakże nienawidzę tego bohaterstwa na komendę, bezmyślnej przemocy i bogoojczyźniactwa [Vaterlenderei, słówko Nietzschego – J.K.]

A to jego niepublikowany tekst o Hitlerze. Nie został opublikowany prawdopodobnie dlatego, że mógłby zaszkodzić krewnym w Niemczech albo jego siostrze mieszkającej w faszystowskich Włoszech.

Ku wiecznemu wstydowi Niemiec rozgrywa się w sercu Europy groteskowy i tragiczny spektakl; nie przynosi on chwały wspólnocie narodów, które zwą się cywilizowanymi!

Przez wieki naród niemiecki poddawany był indoktrynacji przez niekończący się szereg nauczycieli i sierżantów od musztry. Niemców zmuszano do ciężkiej pracy i uczenia się wielu rzeczy, wpajając im jednocześnie ślepe posłuszeństwo, wojskową dyscyplinę i brutalność. Powojenna demokratyczna konstytucja Republiki Weimarskiej pasowała do obywateli Niemiec mniej więcej tak samo, jak szaty wielkoluda na Tomcia Palucha. Potem nadeszły inflacja i kryzys, i wszyscy żyli w strachu i napięciu.

Zjawił się Hitler, człowiek o miernych zdolnościach umysłowych, nienadający się do żadnej użytecznej pracy, zionący zawiścią i żółcią na wszystkich, których natura i okoliczności obdarzyły hojniej niż jego. Wywodząc się z dołów klasy średniej, miał na tyle dużo klasowej pychy, by nienawidzić nawet klasy pracującej walczącej o większą równość w poziomie życia. Najbardziej ze wszystkiego znienawidził jednak kulturę i wykształcenie, na zawsze mu niedostępne. W swym desperackim pragnieniu władzy odkrył, iż jego przemówienia, tak mętne i przesiąknięte nienawiścią, przyjmowane są z dzikim aplauzem przez tych, których sytuacja i orientacja podobne były do jego własnej. Pozbierał te ludzkie szumowiny na ulicach i w piwiarniach i zorganizował wokół siebie. W taki sposób rozpoczął karierę polityczną.

Tym jednak, co przesądziło o jego przywództwie, była nieprzejednana nienawiść do wszystkiego, co zagraniczne, a zwłaszcza jego odraza do bezbronnej mniejszości, niemieckich Żydów. Ich wrażliwość intelektualna wywoływała u niego niepokój, uznawał ją – do pewnego stopnia słusznie – za niegermańską.

Bezustanne tyrady przeciwko tym dwóm «wrogom» pozwoliły mu zdobyć poparcie mas, którym obiecywał wspaniałe triumfy i złoty wiek. Sprytnie wykorzystał do swoich celów odwieczne niemieckie zamiłowanie do dyscypliny, rozkazów, ślepego posłuszeństwa i okrucieństwa. W taki sposób został Führerem.

Pieniądze płynęły obficie do jego skarbca, w niemałej części od klas posiadających, bo te widziały w nim narzędzie, mogące zapobiec społecznemu i ekonomicznemu wyzwoleniu narodu, które zaczęło się w Republice Weimarskiej. Grał przed ludźmi, wykorzystując romantyczną i pseudopatriotyczną frazeologię, do której zostali przyzwyczajeni w okresie poprzedzającym wojnę światową, a także oszustwo o rzekomej wyższości rasy aryjskiej czy nordyckiej, które jest mitem wymyślonym przez antysemitów do realizacji ich złowieszczych celów. Jego rozszczepiona osobowość sprawia, iż nie można stwierdzić, w jakim stopniu on sam wierzy w ów nonsens, który wciąż propaguje. Jednakże ci, którzy się wokół niego zgromadzili albo którzy wypłynęli na powierzchnię na fali nazizmu, to w przeważającej części zatwardziali cynicy, dokładnie świadomi fałszu stosowanych przez siebie metod.

Tymczasem koledzy Einsteina, tacy jak Max Planck, starali się dbać o naukę niemiecką (nieco skurczoną po wyjeździe Żydów), wszystko inne traktując jako nienależące do ich obowiązków. Tutaj widzimy Maksa Plancka na rocznicowym zebraniu Kaiser-Wilhelm Gesellschaft w 1936 roku.

planck 25 lat KWG 1936

Można powiedzieć, że bez Einsteina wszystko szło nawet lepiej: Instytut Fizyczny tego towarzystwa po Einsteinie miał nowego dyrektora Petera Debye’a, który nareszcie zdobył fundusze na wzniesienie budynku dla tej placówki – częściowo pochodziły z Ministerstwa Lotnictwa, częściowo zaś z Fundacji Rockefellera. Holender z pochodzenia, wybitny fizyk, Debye, jak się zdaje, nie był nazistą, starał się być apolityczny; nawet gdy wyjechał później do Stanów Zjednoczonych, urządził to tak, że był tylko urlopowany z Instytutu i pozostawiona w Berlinie córka pobierała jego wynagrodzenie.

Po wojnie Otto Hahn zaproponował Einsteinowi członkostwo w nowym Max-Planck-Gesellschaft, założonym po likwidacji Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft.

„Postawa niemieckich intelektualistów – rozpatrywanych jako klasa – nie była lepsza niż motłochu” – odpisał mu Einstein, uzasadniając odmowę. Nie zezwalał też na wznowienia swoich książek w Niemczech.

Albert Einstein na dwóch fotografiach, czyli jak pionier został konserwatystą (1911, 1927)

Pierwsza fotografia pochodzi z roku 1911 i przedstawia uczestników I Kongresu Solvaya. Ernest Solvay, bogaty przemysłowiec, wzbogacił się na wynalezionej przez siebie metodzie produkcji sody. Nie miał akademickiego wykształcenia, lecz wykazywał pewne ambicje naukowe. Zwołany do Brukseli kongres zgromadził najwybitniejszych fizyków epoki, organizował go Hendrik Lorentz, który zaprosił m.in. Alberta Einsteina.

1911

Podpisana wersja tej fotografii

Trzydziestodwuletni Einstein stoi z cygarem w drugim rzędzie obok Paula Langevina, z którym szybko się zaprzyjaźnił (nb. w tym właśnie czasie wybuchł skandal prasowy w Paryżu wokół romansu żonatego Langevina ze starszą od niego Marią Skłodowską-Curie, jedyną kobietą na zdjęciu). Dla Einsteina był to pierwsza międzynarodowa konferencja naukowa i okazja do poznania sławnych fizyków spoza Niemiec. Zaledwie dwa lata wcześniej zaczął pracować na uczelni, do Brukseli przyjechał z Pragi, gdzie od wiosny tego roku był profesorem zwyczajnym. Okna jego gabinetu wychodziły na ogród szpitala psychiatrycznego. Einstein lubił pokazywać swoim gościom spacerujących alejkami pensjonariuszy tego zakładu ze słowami: „oto wariaci, którzy nie zajmują się kwantami”. Sam intensywnie pracował nad nową fizyką kwantową, m.in. odkrył, dlaczego ciepło właściwe diamentu maleje wraz z temperaturą. Zjawisko to jest kwantowe: drgania atomów węgla w krysztale diamentu mogą bowiem zachodzić tylko ze ściśle określonymi – skwantowanymi – energiami. W ten sposób okazało się, że nowa fizyka potrzebna jest do wyjaśnienia obserwowanych od dawna faktów. Dziś wiemy, że właśnie fizyka kwantowa wyjaśnia własności atomów, kryształów, cieczy – całą chemię i fizykę różnych materiałów, a także sporą część biologii. Inni uczeni zainteresowali się tym kręgiem zagadnień, szybko rosła więc liczba prac poświęconych kwantom. Tak więc stojący skromnie w drugim rzędzie Einstein reprezentował wówczas naukową awangardę, nie zawsze dobrze przyjmowaną przez starszych kolegów.

 

kwanty

Widzimy, jak szybko rosła liczba autorów idących w ślad za Einsteinem. Liczby nie wydają się może imponujące, ale ogólną liczbę fizyków w Europie w tamtej epoce szacuje się na 1000-1500, z czego nie wszyscy byli aktywni naukowo (Wykresy z T.S. Kuhn, Black-Body Theory and the Quantum Discontinuity, 1894-1912, Clarendon Press, Oxford 1978, s. 217).

solvay_conference_1927_

Druga fotografia przedstawia uczestników V Kongresu Solvaya w roku 1927. Nosił on tytuł Elektrony i fotony. Fotony, cząstki światła, zostały zapostulowane przez Einsteina w roku 1905, teraz niejako oficjalnie uznano, że miał rację. A więc niewątpliwy triumf. Nikt przez dwadzieścia lat nie chciał wierzyć w owe kwanty światła, po eksperymentach Comptona i innych, wreszcie w nie uwierzono. Triumf zabarwiony był jednak goryczą. W latach 1925-1926 młodzi fizycy przedstawili mechanikę kwantową, z którą Einstein nie potrafił się zgodzić ani wtedy, ani nigdy później. Był nadal sprawny intelektualnie, nie zapomniał fizyki, ale należało wyjść poza krąg dotychczasowych idei, rozstać się z pewnym ideałem nauki. Rewolucji dokonali ludzie młodzi, mówiono o tym Knabenphysik – fizyka chłopców.
Fotografia ilustruje wymownie, jak wzrosła pozycja Einsteina w środowisku naukowym w ciągu tych kilkunastu lat. Teraz on zajmuje miejsce centralne. Siedzi między starym Lorentzem a posiwiałym Langevinem z nawoskowanymi wąsami, niczym rewolucjonista uwięziony w świecie XIX wieku. Obok Lorentza mocno postarzała, surowa i niepobłażająca Maria Skłodowska-Curie i znużony Max Planck. Dopiero w drugim rzędzie znajdujemy chudego, jakby wyjętego z dramatu Becketta Paula Diraca, arystokratycznego, rasowego Louisa de Broglie’a, uprzejmego i skromnego Maksa Borna, wychowawcę siedmiu noblistów, i wreszcie silnego i skupionego Nielsa Bohra. Elegancki Erwin Schrödinger, sceptyczny Wolfgang Pauli i szelmowsko chłopięcy Werner Heisenberg stoją skromnie w trzecim rzędzie. Trudno o bardziej symboliczny obraz zmiany warty: Einstein stał się teraz kimś podobnym do Lorentza czy Plancka, a więc wybitnym uczonym, którego należy szanować, ale od którego nie można się zbyt wiele nauczyć. Liczyli się młodzi ludzie z drugiego i trzeciego rzędu oraz ich duchowi przewodnicy, Bohr i Born. W ciągu następnych kilku lat twórcy mechaniki kwantowej otrzymali Nagrody Nobla, wszyscy oprócz Diraca nominowani byli zresztą także przez Einsteina. Najwybitniejszy spośród nich, Paul Dirac, musiał zadowolić się Nagrodą Nobla wraz ze Schrödingerem. Właśnie Paul Dirac w latach 1927-1928 pokazał, jak można sformułować kwantową teorię elektronów i fotonów. Było to otwarcie drogi, która zakończyła się dwadzieścia lat później zbudowaniem konsekwentnej elektrodynamiki kwantowej przez Richarda Feynmana, Freemana Dysona, Juliana Schwingera i Shin’itiro Tomonagę.

Albert Einstein każe Bogu grać w kości (1916)

Słynne jest powiedzenie Einsteina, że Bóg nie gra w kości – chodziło mu o to, że prawa rządzące najmniejszymi, elementarnymi cząstkami powinny być przyczynowe. Prawami takimi są zasady dynamiki Newtona: jeśli znamy położenie i prędkość różnych ciał dziś, to w zasadzie moglibyśmy obliczyć, co się z tymi ciałami stanie w przyszłości. Pierre Simon de Laplace sformułował to następująco:

Inteligencja, która by w danej chwili znała wszystkie siły, które działają w przyrodzie, oraz wzajemne położenia bytów ją tworzących i była przy tym dostatecznie dostatecznie rozległa, by te dane poddać analizie, mogłaby w jednej formule zawrzeć ruch największych ciał wszechświata i najmniejszych atomów: nic nie byłoby dla niej niepewne i zarówno przyszłość, jak przeszłość byłyby dostępne dla jej oczu. Umysł ludzki daje słabe pojęcie owej inteligencji, której doskonałość osiągnąć potrafił jedynie w astronomii. [Théorie analytique des probabilités (1812)]

Otóż Einstein jako najwybitniejszy fizyk XIX wieku (podobnie jak Jarosław Iwaszkiewicz nazwany został, nie bez pewnej racji, najwybitniejszym polskim pisarzem dziewiętnastowiecznym) wierzył w słowa Laplace’a, technicznie rzecz ujmując, sądził, że równania różniczkowe mogą ściśle opisać rzeczywistość. Był w tym spadkobiercą Laplace’a i Jamesa Clerka Maxwella oraz całej plejady wybitnych fizyków wieku pary i elektryczności.

Jednak już sam Laplace zastanawiał się nad zdarzeniami przypadkowymi, w cytowanej książce podał klasyczną definicję prawdopodobieństwa, której każdy się uczył. Fizycy zastosowali prawdopodobieństwa do opisu obiektów zbyt złożonych, aby znać szczegóły ich ruchu, jak np. gaz doskonały. Nie musimy znać szczegółów zderzeń wszystkich cząstek w gazie, wystarczy, jeśli znamy pewne charakterystyki średnie, np. średnią energię. Metodę tę rozwinął zwłaszcza Ludwig Boltzmann, a także Josiah Willard Gibbs w Stanach Zjednoczonych oraz Albert Einstein.

W ostatnich latach wieku XIX odkryto radioaktywność niektórych pierwiastków, a Ernest Rutherford podał prawo rozpadu promieniotwórczego: liczba pozostałych jąder maleje wykładniczo z czasem t, tzn. po pewnym czasie \tau pozostaje połowa jąder, po następnym czasie \tau połowa tej połowy, czyli 1/4 itd. Wygląda to tak:

Halflife-sim

Animacja z Wikipedii, z lewej strony na początku mamy 4 atomy, z prawej 400, u góry wyświetla się liczba półokresów rozpadu.

A matematycznie można zapisać następująco:

N=N_0 2^{-\dfrac{t} {\tau} }=N_0 \exp{(-\lambda t)}.

Przez N_0 oznaczona jest początkowa liczba jąder. Ostatnia równość jest tożsamościowa: możemy po prostu zapisać naszą funkcję w obu tych postaciach, jeśli odpowiednio wybrać stałą rozpadu \lambda. Gdy przyjrzymy się przez chwilę animacji powyżej, nasuwa się pytanie: skąd dane jądro wie, kiedy ma się rozpaść? Ponieważ wszystko wskazuje, że jądra rozpadają się niezależnie od siebie, więc oznacza to, iż prawdopodobieństwo przeżycia czasu t przez dowolne jądro równe jest

p(t)=2^{-\dfrac{t}{\tau} }=\exp{(-\lambda t)}.

Jest to bardzo dziwne prawo: znaczy bowiem, że każde jądro, niezależnie od tego, jak długo już istnieje, ma ciągle takie same prawdopodobieństwo rozpadu w nadchodzącym przedziale czasu. To jak gra w ruletkę: jeśli nawet 10 razy z rzędu wypadło czerwone, to za jedenastym razem prawdopodobieństwo, że i tym razem wypadnie czerwone jest wciąż takie samo jak przedtem. Każde zakręcenie koła ruletki rozpoczyna cykl od nowa i jego wynik nie zależy od tego, co wypadło poprzednio. Prawdopodobieństwo rozpadu jądra w małym przedziale czasu (t, t+\Delta t) jest równe

p(t)-p(t+\Delta t)=\exp{(-\lambda t)}-\exp{(-\lambda (t+\Delta t))}=\\ \\p(t)(1-\exp{(-\lambda \Delta t)}\approx p(t)\lambda \Delta t.

Jest ono iloczynem prawdopodobieństwa dotrwania do chwili t i prawdopodobieństwa rozpadu w krótkim czasie \Delta t. Zatem prawdopodobieństwo rozpadu (pod warunkiem, że w chwili t że jądro nadal istnieje) jest proporcjonalne do długości przedziału \Delta t i nie zależy wcale od tego, jak długo już obserwujemy tę sytuację:

p_{rozpadu}=\lambda\Delta t.

Inaczej mówiąc, prawdopodobieństwo rozpadu na jednostkę czasu jest stałe i równe \lambda. Kiedy Rutherford podał prawo rozpadu promieniotwórczego, zastanawiano się nad tym, że wygląda ono tak, jakby rozpad nie miał konkretnej przyczyny. Nie potrafiono w każdym razie wskazać takiej przyczyny. Nie znaczy to bynajmniej, że rozpad danego jądra nie nastąpi. Sytuacja przypomina grę w rosyjską ruletkę: bierzemy rewolwer bębenkowy i ładujemy kulę do jednej komory, po czym kręcimy komorą, aż zatrzyma się w przypadkowym położeniu. Przykładamy sobie do głowy i naciskamy spust: albo przeżyliśmy, albo nie. Jeśli tak, to możemy ten zabieg powtarzać, aż w końcu nam się uda. Można pokazać, że przypadku rosyjskiej ruletki średnia liczba prób będzie równa 6 (jest to liczba komór w bębenku). Wcale to jednak nie znaczy, że konkretny gracz nie przetrwa np. 24 prób. Nie jest to bardzo prawdopodobne, ale jest możliwe.

I tu dochodzimy do pracy Einsteina z roku 1916. Pół roku wcześniej podał on równania teorii grawitacji, zrobił parę mniejszych prac i zajął się oddziaływaniem promieniowania z materią. Trzy lata wcześniej Niels Bohr ogłosił swój model atomu. Wynikało z niego, że każdy atom powinien mieć pewien zbiór określonych – skwantowanych – energii. Rozpatrzmy atomy pewnego rodzaju, a w nich dowolną parę stanów o dwóch różnych energiach E_1 < E_2. Jeśli nasze atomy znajdą się w zbiorniku z promieniowaniem o temperaturze T, to liczba atomów w stanie o wyższej energii będzie mniejsza niż tych w stanie o niższej energii:

\dfrac{N_2}{N_1}=\dfrac{\exp{(-\dfrac{E_2}{kT}})}{\exp{(-\dfrac{E_1}{kT}})}=\exp{(-\dfrac{E_2-E_1}{kT})}.

Stała k zwana jest stałą Boltzmanna, a sam rozkład liczby atomów od energii także nazywany jest rozkładem Boltzmanna. Co oznacza taka równowaga cieplna? Ano tyle, że czasem nasz atom w stanie E_1 pochłonie promieniowanie i przejdzie do stanu E_2, a czasem na odwrót (wtedy energia zostanie oddana w postaci promieniowania). W równowadze oba procesy powinny zachodzić z taką samą szybkością.

emisja

Einstein założył – i to jest punkt zasadniczy – że możliwe są procesy jak na rysunku: dwa pierwsze oznaczają przejścia między poziomami wymuszone promieniowaniem – tzw. absorpcję i emisję wymuszoną. Prawdopodobieństwa tych procesów na jednostkę czasu będą równe iloczynowi odpowiedniej stałej B oraz gęstości energii promieniowania u(\nu). Mamy tu jeszcze jeden proces: emisję spontaniczną. Jej prawdopodobieństwo na jednostkę czasu jest równe A_{2\rightarrow 1} – tutaj prawo jest takie samo jak w rozpadzie promieniotwórczym. Wiedząc to wszystko, możemy zapisać ilość przejść 1\rightarrow 2 oraz 2\rightarrow 1 na jednostkę czasu:

N_1 B_{1\rightarrow 2}u(\nu)=N_2 B_{2\rightarrow 1}u(\nu)+N_2 A_{2\rightarrow 1}.

Obliczamy stąd funkcję u(\nu) i porównujemy ze znanym rozkładem Plancka:

u(\nu)=\dfrac{A_{2\rightarrow 1}}{B_{1\rightarrow 2}\exp{(\frac{E_2-E_1}{kT})}-B_{2\rightarrow 1}}=\dfrac{8\pi h\nu^3}{c^3}\dfrac{1}{\exp{(\frac{h\nu}{kT})}-1}.

Łatwo z tej równości wysnuć pewne wnioski nt. zależności między współczynnikami A, B. Np. zgodność obu równań jest możliwa tylko wówczas, gdy

E_2-E_1=h\nu.

Niels Bohr założył słuszność takiego równania, tutaj pojawia się ono jako wniosek. Nie będziemy wchodzić w szczegóły. Rzec można, Einstein obliczył maksimum tego, co było możliwe bez mechaniki kwantowej. Jedenaście lat później P.A.M. Dirac pokazał, jak wartości einsteinowskich współczynników wynikają z teorii kwantowej. Równania Einsteina prawidłowo opisują oddziaływanie atomów i promieniowania. Np. działanie lasera opiera się na emisji wymuszonej, opisywanej współczynnikiem B_{2\rightarrow 1}. Nie znaczy to, że Einstein zbudował laser, ale z pewnością zrozumiałby, gdyby jakiś mądry ET opisał mu taki wynalazek.

Dlaczego Einstein każe tu Bogu grać w kości? Współczynnik emisji spontanicznej musi być niezerowy i taki też zazwyczaj jest w przyrodzie (chyba że są powody, aby jakieś przejście było niemożliwe, np. ze względu na symetrię). To wszystko znaczy, że atom w wyższym stanie energetycznym kiedyś przejdzie do stanu niższego: tak samo jak gracz w rosyjskiej ruletce kiedyś się zastrzeli. Tyle że w przypadku atomu nikt nie pociąga za spust. Nie ma żadnej doświadczalnie możliwej do wykrycia przyczyny tego przejścia. Okazało się, że te współczynniki Einsteina to wszystko, co możemy wiedzieć i nie ma żadnej lepszej teorii, która by nam powiedziała, kiedy dany atom wyśle foton albo kiedy dane jądro się rozpadnie. Einstein w roku 1916 jeszcze nie rozumiał, że osiągnął granicę możliwości fizyki. Nigdy się z tym zresztą nie pogodził, stając się pogodnym dziwakiem w oczach kolegów i pracując wytrwale nad teorią, która by usunęła te probabilistyczne rozważania raz na zawsze. Jak wiemy, nigdy mu się to nie udało, dziś chyba mało kto wierzy, aby przedsięwzięcie tego rodzaju było wykonalne. Laplace i Einstein nie mieli racji, Bóg najwyraźniej gra w kości.

Jak Max Planck nie dostał Nagrody Nobla (1908)

Pisałem jakiś czas temu, w jaki sposób Max Planck na dwa tygodnie przed końcem XIX stulecia wyprowadził ważny wzór opisujący promieniowanie termiczne (dokładnie: ciała doskonale czarnego). On sam uważał słusznie, iż to jego najważniejsza praca. Dziś patrzymy na nią jako na pierwszą pracę kwantową, a więc wstęp do najważniejszej dziedziny fizyki w XX wieku. Jednak w roku 1908 widziano to zupełnie inaczej i Planck nie otrzymał Nagrody Nobla właśnie z powodu kwantów. Chciano mu ją wówczas przyznać z zupełnie innych powodów, choć za tę samą pracę.

Nagroda Nobla zawsze była do pewnego stopnia wynikiem wewnętrznych zakulisowych dyskusji, a nawet intryg, wśród uczonych szwedzkich. I w sumie dobrze o nich świadczy fakt, że tak rzadko trafiała ona w niepowołane ręce. W roku 1908 ogromny wpływ na nagrody w dziedzinie chemii i fizyki miał Svante Arrhenius, wybitny fizykochemik, który chciał podkreślić wagę istnienia atomów. Nie był to jeszcze wówczas fakt zupełnie bezsporny, choć główna batalia już się rozegrała: w roku 1905 i 1906 Albert Einstein i Marian Smoluchowski opracowali teorię ruchów Browna, a w roku 1908 Jean Perrin przeprowadził już wiele doświadczeń potwierdzających ową teorię (wyznaczając przy okazji liczbę Avogadro). Trudno byłoby podać jakiekolwiek inne wyjaśnienie tego zjawiska. Arrhenius myślał jednak o czym innym, Perrin został nagrodzony dużo później. Ernest Rutherford i Hans Geiger wykazali, że cząstki α emitowane przez niektóre substancje promieniotwórcze mają masę atomu helu i dodatni ładunek dwa razy większy niż ładunek elektronu (ujemny). Wciąż nie bardzo było wiadomo, jak wyglądają atomy, ale fakt, że ładunki cząstek były wielokrotnością ładunku elementarnego, silnie przemawiał za jakąś formą atomizmu. Także z pracy Maksa Plancka wynikała ta sama wartość ładunku elementarnego – była ona zresztą dokładniejsza niż ta wynikająca z pomiarów Rutherforda. Ta sama wartość wynikająca z pomiarów w tak odległych od siebie dziedzinach, jak promieniotwórczość i promieniowanie termiczne, była silnym argumentem za istnieniem ładunku elementarnego (także bezpośrednie pomiary ładunku elektronu dawały mniej więcej to samo).

W jaki sposób z prawa Plancka wynika ładunek elementarny? Do prawa Plancka wchodzą dwie stałe, oznaczane k i h – pierwszą nazywamy dziś stałą Boltzmanna, drugą – stałą Plancka. Otóż Planck pokazał, że stała k to nic innego niż stała gazowa R podzielona przez liczbę Avogadro N:

k=\dfrac{R}{N},

ponieważ stała gazowa była dokładnie znana, można było wyznaczy liczbę Avogadro, czyli najważniejszą stałą atomową. Dla przypomnienia: jest to liczba atomów w gramoatomie, znając N, natychmiast można obliczyć, ile waży który atom. W dodatku jeśli podzielić stałą Faradaya, znaną z elektrolizy, przez N, otrzymuje się wielkość ładunku elementarnego.

Arrhenius musiał przy okazji wykonać trochę logicznej ekwilibrystyki, gdyż chciał, aby nagrodę z chemii dostał Rutherford, a z fizyki jedynie Planck. Pierwsza połowa planu się powiodła, co Rutherford skomentował, że obserwował różne przemiany atomów, ale żadna nie nastąpiła tak szybko jak jego przemiana z fizyka w chemika (statystycznie rzecz biorąc, było wszystko w porządku, bo w poprzednich latach małżonkowie Curie dostali nagrodę z fizyki za głównie chemiczną pracę wyodrębnienia nowych pierwiastków).

Druga połowa planu się nie powiodła. Po pierwsze wysuwano argument, iż praca Plancka byłaby niemożliwa bez dokładnych pomiarów. I była to szczera prawda. Planck znalazł ścisły wzór opisujący bardzo dokładne pomiary kolegów. Najpierw w roku 1899 Ernst Pringsheim i Otto Lummer zauważyli, że promieniowanie obserwowane w podczerwieni odbiega od tzw. prawa Wiena, przez jakiś czas uważanego za ścisłe. Było ono połączeniem pewnego rozumowania ze zgadywaniem, co jest kombinacją wcale w nauce nierzadką.

lummer_prings

Potem, w roku 1900, Heinrich Rubens i Ferdinand Kurlbaum zmierzyli jeszcze wyraźniejsze odstępstwa od prawa Wiena i od tej chwili Planck miał nad czym myśleć.

RubensKurlbaum

Wykres przedstawia natężenie promieniowania w zależności od temperatury przy długości fali 24 μm, a więc daleko w podczerwieni, autorzy przesunęli granicę możliwości aż do 60 μm, co było poważnym osiągnięciem. Linia ciągła to wzór Plancka, kółka to punkty doświadczalne.

Oczywiście wyprowadzenie prawdziwej i fundamentalnej zależności warte jest Nagrody Nobla, choć można się zastanawiać, czy nie powinna ona przypaść także niektórym przynajmniej z eksperymentatorów wykonujących te pomiary.

Pojawił się także drugi argument przeciwko Planckowi, i on ostatecznie przeważył. Wiosną roku 1908 na kongresie matematyków w Rzymie wystąpił Hendrik Antoon Lorentz, najbardziej szanowany fizyk-teoretyk Europy, i wykazał, że ze znanej fizyki nie może wynikać wzór Plancka. Fizyka, dziś nazywana klasyczną, przewiduje bowiem dla promieniowania to, co przedstawia czarna linia na poniższym wykresie.

Black_body

Jest to tzw. prawo Rayleigha-Jeansa, które przewiduje, że ilość promieniowania dla każdej częstości powinna rosnąć proporcjonalnie do temperatury bezwzględnej (na wykresie wyżej widać, że prawo Rayleigha wyraźnie odbiega od danych Rubensa i Kurlbauma). Ponadto przewiduje ono, że im wyższa częstość, tym silniejsze powinno być promieniowanie: każdy piecyk byłby źródłem zabójczego promieniowania rentgenowskiego i gamma, co jest oczywiście bez sensu i otrzymało nazwę katastrofy w nadfiolecie. Lorentz wykazał szczegółowo to, co trzy lata wcześniej napisał Einstein: że z fizyki klasycznej wynika prawo Rayleigha, które jest absurdalne. Einstein jednak dopiero debiutował, Lorentza natomiast usłyszeli wszyscy. Jasne się stało wszem wobec, że druga stała wprowadzona przez Plancka w jakiś tajemny sposób pozwala uniknąć katastrofy w nadfiolecie. Dzieje się tak, ponieważ Planck uznał, że energię należy do celów rachunkowych podzielić na porcje o wielkości h\nu, gdzie \nu jest częstością. W zasadzie Planck traktował to jak pewien wybieg formalny. W sumie jego praca była prawidłowa, ale on sam nie wiedział dlaczego. Jedynie Einstein rozumiał to lepiej, ale choć zaczęto już słuchać, co mówi, nikt nie dawał się jeszcze przekonać. Był urzędnikiem biura patentowego i w tych latach jedynym prawdziwym zwolennikiem teorii kwantowej, zastanawiając się nad kwestiami, które koledzy mieli zrozumieć dopiero za kilka lat.

Na konferencji w Rzymie był także matematyk Gösta Mittag-Leffler, który dowiedział się, że teoria Plancka bynajmniej nie jest pewna, wprowadza bowiem jakieś kwanty energii h\nu. Wrócił z tym do Szwecji i sprawa nagrody dla Maksa Plancka upadła. Otrzymał ją dziesięć lat później właśnie za kwantowanie. A w roku 1908 wygrał kandydat popierany przez Francuzów, Gabriel Lippmann, który wynalazł system fotografii barwnej, pomysłowy, lecz zupełnie niepraktyczny i nigdy na szerszą skalę nie zastosowany. Lippmann był już od dwudziestu lat członkiem Akademii Nauk (do której Maria Skłodowska-Curie nigdy nie weszła) i pozostawił po sobie np. takie zdjęcie papugi.Parrot_photo_made_by_Gabriel_Lippmann_in_1891

Albert Einstein: Motywy badań naukowych (1918)

Jest to tekst wystąpienia Einsteina z okazji sześćdziesiątych urodzin Maksa Plancka.

Einstein wylicza motywy, które skłaniają ludzi do zajmowania się nauką. Najważniejsi są ci, którzy nie uprawiają jej z ambicji ani dla kariery, lecz z głębokiej potrzeby. Być może dlatego, że chcą w ten sposób uciec od głupoty, jaką wytwarza każde życie zbiorowe, niemal tak naturalnie jak pszczoły produkują miód. Potrzeba zrozumienia świata jest powszechna, zwykle jednak niezbyt głęboka. Tylko nieliczni gotowi są poświęcić dla niej istotną część własnego życia. Brzmi to szalenie idealistycznie, ale w ustach Einsteina jest przekonujące. Nie miał on wysokiego mniemania o środowiskach akademickich. Kiedy został profesorem nadzwyczajnym – co było pierwszym jego płatnym stanowiskiem uniwersyteckim, napisał do przyjaciela: „też zostałem oficjalnym członkiem gildii k… (Gilde der Huren)”. Przedtem, aż do trzydziestego roku życia zajmował się fizyką po godzinach pracy w biurze patentowym. Te lata ukształtowały go na całe życie i umocniły w poczuciu niezależności. Zresztą po kilku latach przeprowadził się do Berlina, gdzie został członkiem Pruskiej Akademii Nauk. Najbardziej go pociągało w tym stanowisku, że nie będzie musiał uczyć. Brał bardzo niewielki udział w życiu akademickim, nigdy go nie interesowały gry koterii i drobne intrygi. Zastanawiam się czasem, jakby wyglądała jego kariera w dzisiejszych warunkach. Wcale nie jestem pewien, czy nie musiałby szukać biura patentowego. Był radykalnym buntownikiem, a tego żaden uporządkowany system nie toleruje.

Jeszcze jedna rzecz w tym tekście: przekonanie, że nauki ścisłe nie są żadną umową społeczną ani konwencją, ani dowolnym konstruktem umysłu. Jeden z najgłupszych argumentów, jaki słyszałem (podczas pewnej uczonej debaty), brzmiał: teorie naukowe przychodzą i odchodzą, nie są więc niczym ważnym, szkoda na nie czasu. Niektórzy filozofowie uzasadniają w ten sposób niedostatki swego wykształcenia naukowego. Mój pogląd jest dokładnie odwrotny: nauka (science) to najlepsze, co się udało cywilizacji Zachodu i może jedyna dziedzina, w której ludzkość dokonuje postępów. Fakt, że matematyka potrafi tak dokładnie przybliżać rzeczywistość fizyczną, jest nadal swego rodzaju cudem, choć już Platon sądził, że znalazł rozwiązanie tego problemu.

Ostatnie zdanie Einsteina odnosi się raczej do jego własnego programu badawczego: od początku chciał ujednolicić fizykę, obie teorie względności i badania kwantowe miały być krokami w tym właśnie kierunku.

Poniżej cały tekst wg A. Einstein, Mój obraz świata, [przeł. J. Maliniak], Wydawnictwo M. Fruchtmana, Warszawa 1935. Pierwsze zdanie oryginału nawiązuje do J 14,2, Einstein czytywał Pismo św., nie tylko zresztą Stary Testament. „W świątyni nauki jest wiele mieszkań. Rozmaici też do niej przychodzą ludzie i rozmaite są popędy duszy, które ich do niej sprowadzają”.

1

23456