Dalla laurea all ‘”anno dei miracoli” delle teorie scientifiche

Dopo la laurea nel 1900, Einstein affrontò una delle più grandi crisi della sua vita. Perché ha studiato materie avanzate per conto proprio, ha spesso tagliato le classi; questo gli è valso l’animosità di alcuni professori, in particolare Heinrich Weber. Sfortunatamente, Einstein chiese a Weber una lettera di raccomandazione. Einstein è stato successivamente rifiutato per ogni posizione accademica che ha applicato a. In seguito scrisse,

Avrei trovato molto tempo fa se Weber non avesse giocato un gioco disonesto con me.

Nel frattempo, la relazione di Einstein con Maric si approfondì, ma i suoi genitori si opposero con veemenza alla relazione. Sua madre si oppose in particolare al suo background serbo (la famiglia di Maric era cristiana ortodossa orientale). Einstein sfidò i suoi genitori, tuttavia, e nel gennaio 1902 lui e Maric ebbero persino un figlio, Lieserl, il cui destino è sconosciuto. (Si pensa comunemente che sia morta di scarlattina o sia stata data in adozione.

Nel 1902 Einstein raggiunse forse il punto più basso della sua vita. Non poteva sposare Maric e sostenere una famiglia senza un lavoro, e l’attività di suo padre andò in bancarotta. Disperato e disoccupato, Einstein ha preso lavori umili tutoraggio bambini, ma è stato licenziato anche da questi lavori.

La svolta arrivò più tardi in quell’anno, quando il padre del suo amico di una vita Marcel Grossmann fu in grado di raccomandarlo per un posto come impiegato presso l’ufficio brevetti svizzero di Berna. Circa allora, il padre di Einstein si ammalò gravemente e, poco prima di morire, diede la sua benedizione a suo figlio per sposare Maric. Per anni, Einstein avrebbe sperimentato enorme tristezza ricordando che suo padre era morto pensando di lui un fallimento.

Con un reddito piccolo ma costante per la prima volta, Einstein si sentì abbastanza sicuro di sposare Maric, cosa che fece il 6 gennaio 1903. I loro figli, Hans Albert ed Eduard, nacquero a Berna rispettivamente nel 1904 e nel 1910. Col senno di poi, il lavoro di Einstein presso l’ufficio brevetti è stata una benedizione. Avrebbe rapidamente finire di analizzare le domande di brevetto, lasciandogli il tempo di sognare ad occhi aperti circa la visione che lo aveva ossessionato da quando aveva 16: cosa accadrebbe se si correva a fianco di un fascio di luce? Mentre alla scuola politecnica aveva studiato equazioni di Maxwell, che descrivono la natura della luce, e ha scoperto un fatto sconosciuto a James Clerk Maxwell se stesso—vale a dire, che la velocità della luce rimane la stessa, non importa quanto velocemente si muove. Ciò viola le leggi del moto di Newton, tuttavia, perché non c’è velocità assoluta nella teoria di Isaac Newton. Questa intuizione ha portato Einstein a formulare il principio di relatività: “la velocità della luce è una costante in qualsiasi frame inerziale (frame in costante movimento).

Nel corso del 1905, spesso chiamato “anno dei miracoli” di Einstein, pubblicò quattro articoli negli Annalen der Physik, ognuno dei quali avrebbe modificato il corso della fisica moderna:

• 1. “Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt” (“Su un punto di vista euristico riguardante la produzione e la trasformazione della luce”), in cui Einstein applicò la teoria quantistica alla luce per spiegare l’effetto fotoelettrico. Se la luce si verifica in piccoli pacchetti (in seguito chiamati fotoni), allora dovrebbe eliminare gli elettroni in un metallo in modo preciso.
• 2. “Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen” (“Sul movimento di piccole particelle sospese in liquidi stazionari richiesti dalla Teoria cinetica molecolare del calore”), in cui Einstein offrì la prima prova sperimentale dell’esistenza degli atomi. Analizzando il moto di minuscole particelle sospese in acqua ferma, chiamato moto browniano, egli poteva calcolare la dimensione degli atomi spintoni e il numero di Avogadro (vedi legge di Avogadro).
• 3. “Zur Elektrodynamik bewegter Körper” (“Sull’elettrodinamica dei corpi in movimento”), in cui Einstein ha esposto la teoria matematica della relatività speciale.
• 4. “Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?”(“L’inerzia di un corpo dipende dal suo contenuto energetico?”), presentato quasi come un ripensamento, che ha dimostrato che la teoria della relatività ha portato all’equazione E = mc2. Ciò ha fornito il primo meccanismo per spiegare la fonte di energia del Sole e di altre stelle.

Einstein ha anche presentato un documento nel 1905 per il suo dottorato.

Altri scienziati, in particolare Henri Poincaré e Hendrik Lorentz, avevano pezzi della teoria della relatività speciale, ma Einstein fu il primo a riunire l’intera teoria e a rendersi conto che si trattava di una legge universale della natura, non di una curiosa invenzione del moto nell’etere, come pensavano Poincaré e Lorentz. (In una lettera privata a Mileva, Einstein si riferiva alla “nostra teoria”, che ha portato alcuni a ipotizzare che fosse una cofondatrice della teoria della relatività. Tuttavia, Mileva aveva abbandonato la fisica dopo aver fallito due volte i suoi esami di laurea, e non c’è traccia del suo coinvolgimento nello sviluppo della relatività. Infatti, nel suo articolo del 1905, Einstein accredita solo le sue conversazioni con Besso nello sviluppo della relatività.)

Nel 19 ° secolo c’erano due pilastri della fisica: le leggi del moto di Newton e la teoria della luce di Maxwell. Einstein era solo nel rendersi conto che erano in contraddizione e che uno di loro deve cadere.