Einsteins univers. Helge Kragh

ection>

      

      Helge Kragh

      Einsteins univers

      en fysikers tanker om natur og erkendelse

      Forord

      Denne lille bog er ment som en introduktion til den store fysiker Albert Einstein og hans teorier, hvor fokus dog ikke så meget er på Einstein som person som på hans tankeverden. Einstein var primært fysiker – hverken filosof eller samfundsmæssig tænker – og ingen fremstilling af hans liv og gerning kan undgå at komme ind på hans fysiske teorier, hvoraf relativitetsteorien utvivlsomt var den vigtigste. Dette gøres her på et ret elementært niveau, der ikke kræver stor forhåndsviden om fysik og matematik. Men naturligvis vil sådan viden hjælpe på forståelsen. Jeg har ikke ønsket at skrive endnu en populær bog om Einsteins videnskabelige indsats, men i stedet at bruge denne indsats til at illustrere nogle karakteristiske træk i hans måde at tænke på. Hensigten er ikke at lære læseren fysik, men at bibringe en indsigt i en genial fysikers tankeverden.

      Bogen giver i otte korte kapitler en kondenseret indføring i væsentlige dele af Einsteins livslange forsøg på at forstå naturen på det mest fundamentale niveau: Hvorfor er verden, som den er? Disse forsøg omfattede især hans berømte relativitetsteori for rumtiden, men også hans meget vigtige bidrag til den tidlige fase af kvantefysikken. I kapitel 1 gives en samlet, men i sagens natur ganske kort fremstilling af Einsteins liv og videnskabelige udvikling. Flere af de emner, der her nævnes, bliver derefter beskrevet lidt mere omhyggeligt i de følgende kapitler.

      Einstein tilhørte måske den sidste generation af “naturfilosoffer”, idet han på mange måder var forankret i den store europæiske naturfilosofiske tradition med rødder i antikkens Grækenland. Han tænkte dybt, og han tænkte stort: “Jeg vil vide, hvordan Gud skabte verden. … Jeg ønsker at kende Hans tanker – resten er detaljer.” Kan det siges mere ambitiøst? Om end Einstein var fysiker, så tænkte han i høj grad filosofisk. Jeg lægger derfor en del vægt på, hvad der med rimelighed kan kaldes den einsteinske naturfilosofi, en fysikers personlige forsøg på at forstå naturen og vore muligheder for at erkende den. I et andet kapitel beskriver jeg hans usystematiske men dog interessante overvejelser om religionen og dens forhold til naturvidenskaben. Endelig var Einstein i høj grad en offentlig person, der gennem en stor del af sit liv var involveret i og reflekterede over politiske, samfundsmæssige og etiske spørgsmål. Dette gjorde han på interessant vis, men uden at systematisere sine tanker eller bruge meget tid på dem. Også disse aspekter medtages, selv om det kun sker i korthed. Til slut i bogen vil man finde en bibliografisk note, hvor der er henvisninger til nogle af de mange bøger og andre kilder, der i større detaljer beskriver og analyserer Einsteins liv og gerning. Skulle man have lyst til at gå videre i studiet af Einsteins tankeverden, er der rige muligheder.

      For forslag og kritiske bemærkninger takker jeg Cecilie Eriksen og Kurt Møller Pedersen.

       Helge Kragh

      1. Einsteins liv og virke

      Albert Einstein blev født i den sydtyske by Ulm den 14. marts 1879 som søn af Hermann Einstein og dennes kone Pauline, født Koch. Forældrene kom fra en jødisk slægt, men de fulgte ikke de jødisk-religiøse skikke og gav deres søn en sekulær opdragelse. Allerede året efter flyttede familien til München, hvor faderen, sammen med onklen Jakob Einstein, oprettede en mindre elektroteknisk fabrik. Albert blev sammen med sin to år yngre søster Maja sendt til en katolsk grundskole i byen, og her klarede han sig særdeles godt. Da han som tiårig kom i gymnasiet, fortsatte han med at få gode karakterer i næsten alle fag, også selv om han hurtigt udviklede en antipati mod skolesystemet og foretrak selvstudier frem for at følge med i den regulære undervisning.

      Allerede på denne tid var han begyndt at interessere sig for naturvidenskab, matematik og filosofi, som han lærte sig via bøger af en mere populær og mindre systematisk art end dem, han kendte fra skolen. Især en lærebog i geometri gjorde indtryk på ham, og han slugte også Aaron Bernsteins Naturwis-senschaftliche Volksbücher, der udkom i 21 små bøger. Allerede som 13-årig havde han desuden sat sig ind i tunge værker som Ludwig Büchners materialistiske manifest Kraft und Stoff, først udgivet i 1855, og Immanuel Kants filosofiske klassiker Kritik der reinen Vernunft fra 1781.

      I 1894 bosatte Hermann Einstein og hans familie sig af økonomiske årsager i Pavia (lidt syd for Milano), mens Albert blev i München for at fuldføre sin gymnasieuddannelse. Den 15-årige Albert afbrød dog skolegangen, og uden en studentereksamen sluttede han sig til familien i Italien. Gennem selvstudier og ophold på en svejtsisk kantonskole i Aarau lykkedes det ham i 1896 at opnå adgang til at studere ved Zürichs polytekniske universitet (ETH, Eidgenössische technische Hochschule), der var en af Europas ledende institutioner inden for naturvidenskab og teknologi. Samtidig tog han det drastiske skridt at opgive sit tyske statsborgerskab, hvilket havde den konsekvens, at han i fem år levede som statsløs. Det var upraktisk, men det passede fint med hans kosmopolitiske og anti-nationalistiske indstilling. Først i 1901 opnåede han svejtsisk statsborgerskab, hvilket han bevarede livet ud, også efter han i 1940 var blevet amerikansk statsborger.

      Sin sædvane tro var Einstein hverken en flittig eller pligtopfyldende studerende, idet han foretrak at læse eller tænke på egen hånd eller måske diskutere med udvalgte venner i det såkaldte “Olympia-akademi”, en uformel diskussionsklub han satte megen pris på. Akademiet, der ud over Einstein bestod af Maurice Solovine og Konrad Habicht, varede kun et par år, men det spillede en betydelig rolle for den unge Einstein. I 1900 fik han sin eksamen, hvorefter han måtte se sig om efter et arbejde, hvilket blev så meget mere påtrængende, som han havde forelsket sig i en medstuderende, Mileva Marić, som han i 1903 blev gift med – efter at Mileva året før “i skam” havde født en datter. (Lieserl, som hun blev kaldt, blev bortadopteret, og Einstein omtalte hende aldrig).

      I Einsteins breve fra 1899-1902 optræder af og til henvisninger til “vor artikel” eller “vor teori”, og 27. marts 1901 skriver Einstein til sin kæreste, at han ser frem til “når vi sammen sejrrigt har afsluttet vort arbejde om den relative bevægelse” (Renn og Schulman 1992, s. 39). Denne kryptiske passus har ført til påstande om, at Mileva spillede en væsentlig men upåagtet rolle i tilblivelsen af relativitetsteorien. Påstanden har appelleret til feministiske og serbiske kredse (Mileva var fra Serbien), men den mangler overbevisende kildemæssigt grundlag og bliver ikke taget alvorligt af eksperter i Einstein og fysikkens nyere historie. Relativitetsteorien var Einsteins egen, meget originale teori, og hverken Mileva eller andre i hans omgangskreds bidrog til den.

      Einstein havde publiceret sit første videnskabelige arbejde i 1900, en artikel om kapillarfænomener i det anerkendte fagtidsskrift Annalen der Physik, der på denne tid havde fysikeren Paul Drude som hovedredaktør og Max Planck som medredaktør. På grundlag af denne og et par andre artikler søgte han flere stillinger som videnskabelig assistent, men uden at det lykkedes. Efter at have klaret sig i nogen tid med midlertidige lærerjobs fik han i 1902 ansættelse som teknisk ekspert ved patentkontoret i Bern. Det var en ganske beskeden stilling uden forbindelse til det akademiske miljø, men Einstein var tilfreds med arbejdet, som han fandt både interessant og overkommeligt og som han fortsatte med gennem syv år. Han skulle bl.a. vurdere det videnskabelige og tekniske grundlag for indsendte patentansøgninger, hvilket arbejde han tog ganske alvorligt. Det bibragte ham både viden om og interesse for tekniske apparater af enhver art. Senere i sin karriere fortsatte han med at interessere sig for opfindelser, og i flere tilfælde virkede han som konsulent for firmaer ved retssager vedrørende patentering af opfindelser. Han var selv indehaver af flere patenter, især i forbindelse med kølesystemer.

      Det var dog de videnskabelige interesser, der især optog Einstein i disse år og som han dyrkede alene og i sin fritid. Gennembruddet på fysikkens scene kom i 1905, et annus mirabili hvor han publicerede fire vigtige artikler i Annalen der Physik, hvoraf de to havde en revolutionerende indflydelse på fysikkens udvikling (jf. kapitlerne 2 og 4). Den ene omhandlede den nye relativitetsteori, mens han i den anden foreslog, at lys bestod af partikellignende kvanter, hvad der senere blev kaldt fotoner. Samme år færdiggjorde Einstein også sin doktordisputats, en afhandling om termodynamik