Albert Einstein hoort bij de kleine groep van bekendste en belangrijkste natuurkundigen, volgens sommigen is hij zelfs de grootste. Zelfs het kleinste kind herkent het gezicht van de man die tegenwoordig synoniem staat voor intelligentie. Zijn belangrijkste verwezenlijkingen zijn waarschijnlijk de twee relativiteitstheorieën, maar hij speelde eveneens een belangrijke rol in de uitbouw van de kwantummechanica en andere theorieën. In 1921 kreeg Albert Einstein de Nobelprijs natuurkunde voor zijn werk over het 'foto-elektrisch effect', dat hij in 1905 publiceerde samen met zijn speciale relativiteitstheorie en drie andere artikels, en andere bijdragen tot de natuurkunde. In de fotochemie is er een eenheid naar hem genoemd en ook het chemisch element nummer 99, 'Einsteinium', is naar de bekende natuurkundige genoemd.
Jeugdjaren
Albert Einstein werd op 14 maart 1879 geboren in het Duitse stadje Ulm. Zijn vader, Herman Einstein, verdiende zijn brood als beddenverkoper. Als kleine jongen leerde Einstein viool spelen en kreeg hij les in de joodse religie. In 1894 verhuisde zijn gezin naar Italië, maar Einstein bleef in Duitsland om zijn studies af te maken. In 1895 deed Albert een ingangsexamen in de Technische Hogeschool in Zurich, waarvoor hij niet slaagde. Daardoor zei Einstein in zijn latere leven nooit van zichzelf dat hij slim was. Opmerkelijk is dat hij het examen maakte als 16-jarige terwijl het bedoeld was voor 18-jarigen. Een groot deel van de leerstof werd in de laatste twee jaar van de humaniora gezien, waardoor Einstein die vragen nooit had kunnen oplossen. Na het mislukte ingangsexamen ging Einstein terug naar school, waar hij in 1896 zijn diploma behaalde. Als 18-jarige probeerde hij opnieuw om binnen te geraken in de Technische hogeschool in Zurich, deze keer met succes.
Tijdens zijn universitaire studies ontmoette Albert Einstein de Hongaarse Mileva Maric. Beiden studeerden theoretische natuurkunde en ze werden verliefd op elkaar. In 1900 behaalde Einstein zijn diploma in de Technische Hogeschool en een jaar later kreeg hij het Zwitsers staatsburgerschap. In januari 1902 werd Liserl geboren, het eerste kind van Einstein en Maric. Wat er met Liserl gebeurde is onduidelijk; sommigen denken dat ze vroeg stierf, anderen vermoeden dat ze werd afgestaan voor adoptie.
Het wonderjaar 1905
Eenmaal zijn studies voltooid vond Einstein geen werk als leraar, waardoor hij op zoek moest naar een andere broodwinning. Normaal gezien krijgen studenten natuurkunde na hun studies een baan als assistent, maar omdat Einstein het gezag van de hoogleraren niet aanvaardde, werd hem zijn baan geweigerd. In 1904 kon hij uiteindelijk aan de slag in een patentenbureau waar hij ingediende patenten moest controleren op hun waarde en toepasbaarheid. Het jaar voordien, op 6 januari 1903, was Einstein getrouwd met Mileva Maric. Hij noemde haar 'een schepsel dat mijn gelijke is, die net zo onafhankelijk en sterk is als ikzelf'. Op 14 mei 1904 werd hun eerste zoon geboren, Hans Albert Einstein. Deze werd later professor aan de Universiteit van Californië, maar hield weinig contact met zijn vader.
Het daarop volgende jaar, in 1905, behaalde Einstein zijn doctoraat met zijn proefschrift 'Een nieuwe bepaling van de moleculeafmetingen'. Hij schreef eveneens vier andere artikelen in het natuurkundig tijdschrift "Annalen der Physik" waaronder een over zijn speciale relativiteitstheorie, zonder te kunnen overleggen met andere natuurkundigen. Deze publicaties vormen de basis voor de moderne natuurkunde, en zijn volgens andere wetenschappers elk een nobelprijs waard. In 1921 zou hij voor zijn artikel over het foto-elektrisch effect ook effectief de Nobelprijs voor de natuurkunde winnen. Met deze artikelen verklaarde Einstein de resultaten van experimenten waarover andere natuurkundigen zich al tientallen jaren verbaasden.
Mileva Marić en Albert Einstein - Foto: Wikipedia
Het eerste artikel gaat over de zogenaamde Brownse beweging en had de titel 'Over de beweging van deeltjes in suspensie in vloeistoffen in rust, zoals vereist door de moleculair-kinetische theorie der warmte'. De Brownse beweging was al tientallen jaren voordien ontdekt, maar wetenschappers hadden nog steeds geen verklaring voor het fenomeen. Einstein maakte gebruik van de kinetische theorie van vloeistoffen (die toen nog zeer controversieel was) om de opvallende beweging te verklaren van bijvoorbeeld stuifmeelkorrels in water. Dit artikel was een empirisch (waargenomen) bewijs van het bestaan van atomen. Voordien zag men atomen als iets volledig theoretisch, maar men wist niet of ze ook echt bestonden. Sommige wetenschappers geloofden rotsvast in een wereld die uit atomen bestaat, anderen dan weer niet. Met zijn verklaring van de brownse beweging slaagde Albert Einstein erin om zelfs de meest sceptische natuurkundigen ook van het bestaan van atomen te overtuigen.
Een tweede artikel is genaamd 'Over een heuristisch gezichtspunt aangaande de productie en de omvorming van licht'. Einstein introduceerde in dit artikel het begrip licht-kwanta, tegenwoordig ook wel fotonen genoemd. Deze licht-kwanta konden vele tot dan onverklaarbare verschijnselen verklaren, waaronder het foto-elektrisch effect. Albert Einstein baseerde zijn licht-kwanta op de wet van zwart-lichaamstraling, ontdekt door Max Planck, die ervan uitging dat energie alleen uitgezonden of opgenomen kan worden in bepaalde hoeveelheden of kwanta. Einstein ging er van uit dat licht ook werkelijk bestond uit de zogenaamde kwanta. Dit principe stond wel lijnrecht tegenover de klassieke golftheorie van het licht, die volgen uit Maxwells vergelijkingen van het elektromagnetisch gedrag. Ondanks dat experimenten de juistheid van Einsteins licht-kwanta bevestigden geloofden slechts weinig natuurkundigen hem. Pas tegen de jaren twintig van vorige eeuw werd algemeen aanvaard dat licht-kwanta wel degelijk mogelijk waren. In 1921 kreeg Einstein de Nobelprijs natuurkunde voor dit werk. Opmerkelijk is dat dit artikel de basis vormde voor de kwantummechanicca, een theorie waar Einstein later fel tegen gekant was.
Het volgende artikel was getiteld 'over de elektrodynamica van lichamen in beweging', ook wel bekend als de speciale relativiteitstheorie. Dit werk verscheen op 30 juni 1905 in het natuurkundige tijdschrift 'Annalen Der Physik' en betekende een ware revolutie in de fysica. Het is echter niet zeker of Einstein deze theorie volledig zelf heeft uitgewerkt, hij had het namelijk met zijn vrouw Mileva over 'ons werk over relativiteit'. Dit doet natuurlijk geen breuk aan de elegantie en correctheid van de theorie, die piekfijn in orde is. De theorie gaat over tijd, afstand, massa, energie en hun relatie tot het elektromagnetisme. De zwaartekracht komt niet aan bod in de speciale relativiteitstheorie. Albert Einstein kon met zijn nieuwe theorie vele problemen verklaren, waaronder het bekende experiment van Michelson en Morley. Uit deze proef bleek dat de lichtsnelheid constant was, voor eender welke waarnemer; wat niet kon volgens de klassieke (newtoniaanse) mechanica. Einsteins nieuwe theorie maakte komaf met de begrippen absolute tijd en absolute afstand, en verving ze door relatieve grootheden. Later heeft men de naam van de theorie veranderd in speciale relativiteitstheorie, om ze niet te verwarren met de algemene die Einstein jaren later ontdekte.
Na het 'gouden jaar'
Het jaar na zijn vijf artikels, 1906, promoveerde Albert Einstein op zijn werk. Hij was technisch controleur van de tweede orde. Twee jaar later, in 1908, werd hij vervolgens lesgever aan de universiteit en nog eens twee jaar later (op 18 juli 1910) werd zijn tweede zoon geboren: Eduard Einstein. Het daaropvolgende jaar werd Einstein assistent-professor aan de universiteit van Zürich om in 1912 benoemd te worden tot volwaardig professor. In datzelfde jaar begon Einstein voor het eerst de tijd als een vierde dimensie te zien en werkte hij samen met de wiskundige Grossman.
In 1914 keerde Einstein terug naar Duitsland (zijn geboorteland), waar hij professor werd aan de Universiteit van Berlijn. Albert Einstein werd eveneens lid van de Pruisische Academie voor Wetenschappen. Hij was altijd zeer pacifistisch ingesteld. Dit wekte, samen met zijn joodse afkomst, de afgunst op van verschillende Duitse nationalisten. Zo werd er een boek gepubliceerd '100 auteurs tegen Einstein', waarop Einstein reageerde 'als ik het zo verkeerd heb, zou 1 auteur heus volstaan'. In datzelfde jaar werd hij eveneens directeur van het Keizer Wilhelm Instituut voor Natuurkunde in Berlijn, iets wat hem niet in dank werd afgenomen door de nationalisten. Hij bleef aan het hoofd van dit instituut tot in 1933, toen hij naar de Verenigde Staten verhuisde. Op 14 februari 1919 scheidde Einstein van zijn vrouw Mileva Maric. In datzelfde jaar nog hertrouwde hij met Elsa Einstein-Loewenthal, zijn nicht.
Einstein en zijn algemene relativiteitstheorie
In de maand november van het jaar 1915 gaf Einstein enkele lezingen voor de Pruisische Wetenschappelijke Academie in Berlijn. In die lezingen stelde hij zijn gloednieuwe algemene relativiteitstheorie. De laatste van zijn reeks lezingen voerde hij een nieuwe vergelijking in, die Newtons zwaartekrachtwet vervangt. Albert Einstein ging er van uit dat alle waarnemers gelijkwaardig zijn, een uitbreiding dus van zijn speciale relativiteitstheorie. Einstein stelde dat zwaartekracht enkel veroorzaakt wordt door de kromming van een vierdimensionale ruimte-tijd en dus slechts een illusie was. Deze ruimte-tijd kon worden gekromd door massa. Oorspronkelijk had deze theorie heel veel weerstand; velen waren ervan overtuigd dat hij niet kon kloppen omdat hij ontstond uit wiskundige redeneringen en niet uit waarnemingen.
In 1919 werd de theorie echter bevestigd door twee groepen Engelse astronomen tijdens een totale zonsverduistering. Op 7 november van dat jaar verscheen Einstein op de cover van het zeer bekende magazine Time, waardoor hij in een klap wereldberoemd werd. Zelfs na dit geslaagde experiment waren nog veel wetenschappers niet overtuigd van Einsteins algemene relativiteitstheorie, en dan voornamelijk met de vierdimensionale tijd-ruimte en zijn krommingen. De nieuwe theorie kon vele tot dan onverklaarbare dingen verklaren, zoals de opvallende beweging van Mercurius. De algemene relativiteitstheorie voorspelde eveneens enkele curiositeiten zoals zwarte gaten en gravitatielenzen die pas jaren later ook werkelijk werden ontdekt.
Einstein versus Bohr
Einstein publiceerde in 1905 een artikel over het foto-elektrisch effect. In dat artikel ging hij ervan uit dat licht bestond uit afzonderlijke licht-kwanta (nu ook wel fotonen genoemd). Uit dit idee groeide later de kwantummechanica, die de wereld op het allerkleinste niveau bespreekt (met name sub-atomair). Samen met Einsteins twee relativiteitstheorieën zijn dit de belangrijkste verwezenlijkingen in de natuurkunde van de twintigste eeuw. Oorspronkelijk was Einstein het eens met de ideeën van de kwantumfysica, hij heeft er zelf op aangedrongen om iets te vinden zodat het golf- en deeltjeskarakter van licht besproken kan worden in een theorie.
Niels Bohr en Albert Einstein - Foto: Wikipedia
Later werd de oorspronkelijke kwantumtheorie echter vervangen door een nieuwe, waar Einstein het helemaal niet mee kon vinden. Hij kon het niet vinden met het idee dat heel de subatomaire wereld werd bepaald door toeval en waarschijnlijkheid. Tijdens de legendarische Solvay congressen (in België) leidde dit tot heftige discussies tussen Albert Einstein (relativiteit) en Niels Bohr (kwantummechanica). Bohr was de enige die de moeite deed om Einstein te overtuigen, de andere wetenschappers hadden het reeds opgegeven. In 1926 maakte Einstein de, ondertussen wereldberoemde, opmerking:
"Kwantummechanica is zeker indrukwekkend. Maar iets in mij zegt me dat het nog niet het echte ding is. De theorie zegt heel veel, maar ze brengt ons niet echt dichter bij het geheim van De Oude. Ik ben ervan overtuigd dat Hij niet met dobbelstenen werpt."
Hierop antwoordde Bohr "Hou op God te zeggen wat Hij moet doen!!!". Deze jarenlange discussie kwam ten einde toen Einstein een apparaat ontwierp waarmee hij zowel de tijd als plaats van een deeltje (in dit geval een foton) kon bepalen. Het foton kwam uit een minuscuul gaatje in een apparaat opgehangen aan een veer. Als het foton uit het gaatje kwam, wist Einstein waar het was (in dat minuscule gaatje) en de tijd (met een klok). Bohr heeft lang achter een oplossing moeten zoeken, maar uiteindelijk vond hij die; en nog wel in de relativiteitstheorie. Momenteel zijn de kwantummechanica en relativiteitstheorie nog steeds onverzoenbaar maar natuurkundigen zijn hard op zoek naar een universele theorie.
Laatste levensjaren
In 1933 kwam Adolf Hitler aan de macht en bereikte de anti-Einsteincampagne een nieuw hoogtepunt. De nazi's beschuldigden hem van Joodse natuurkunde te onderzoeken in plaats van Arische natuurkunde. Andere (nazi-) natuurkundigen probeerden zijn theorieën in het discrediet te brengen en maakten een lijst van natuurkundigen die zijn theorieën onderrichtten, waaronder ook Heisenberg. Daarom gaf Einstein zijn Duits staatsburgerschap op en vluchtte hij naar de Verenigde Staten van Amerika, waar hij in het Institute for Advanced Study in Princeton werkte. In 1940 werd hij Amerikaans staatsburger, maar hij behield nog steeds zijn Zwitsers staatburgerschap. De laatste 14 jaren van zijn leven bracht Albert Einstein door met het zoeken naar een universele theorie, die zowel de zwaartekracht als het elektromagnetisme combineerde. Dit was een hopeloze zoektocht aangezien hij de kwantummechanicca niet accepteerde. In 1952 bood men Einstein aan om de eerste president te worden van Israël. Hij zei dat hij zich vereerd voelde maar ongeschikt voor deze positie. Einstein zei eveneens dat 'politiek voor het heden is, maar een theorie is voor altijd'. In '53 publiceerde hij nog een herziene versie van zijn theorie.
Het huis van Einstein in Princeton
Einstein stierf op 18 april 1955 tijdens zijn slaap in het ziekenhuis van Princeton. De volgende dag werd hij gecremeerd en zijn as werd op een onbekende plaats uitgestrooid. Zijn hersenen werden bewaard in 'een bokaal' en onderzocht door dr. Thomas Harvey die niets abnormaals ontdekte. In 1999 ontdekte een nieuw onderzoeksteam dat het wiskundig deel van zijn hersenen 15% groter was dan normaal.
