Come Albert Einstein ha combattuto per la pace europea e la fisica teorica

2024 Autore: Malcolm Clapton | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 04:01

Su come la scienza fosse strettamente intrecciata con la politica.

All'inizio del ventesimo secolo furono fatte scoperte colossali in fisica, molte delle quali appartenevano ad Albert Einstein, il creatore della teoria della relatività generale.

Gli scienziati erano sull'orlo di una visione completamente nuova dell'Universo, che richiedeva loro coraggio intellettuale, volontà di immergersi nella teoria e abilità nell'affrontare un complesso apparato matematico. La sfida non fu accettata da tutti e, come talvolta accade, le controversie scientifiche si sovrapposero alle divergenze politiche causate prima dalla prima guerra mondiale, poi dall'ascesa al potere di Hitler in Germania. Einstein era anche una figura chiave attorno alla quale si spezzavano le lance.

Einstein contro tutti

Lo scoppio della prima guerra mondiale fu accompagnato da un'ondata patriottica tra la popolazione degli Stati partecipanti, compresi gli scienziati.

In Germania nel 1914, 93 scienziati e personalità della cultura, tra cui Max Planck, Fritz Haber e Wilhelm Roentgen, pubblicarono un manifesto in cui esprimevano il loro pieno sostegno allo Stato e alla guerra che sta conducendo: “Noi, rappresentanti della scienza e dell'arte tedesche, protestiamo davanti a l'intero mondo culturale contro le menzogne e le calunnie con cui i nostri nemici cercano di inquinare la giusta causa della Germania nella dura lotta per l'esistenza che le è stata imposta. Senza il militarismo tedesco, la cultura tedesca sarebbe stata distrutta molto tempo fa fin dal suo inizio. Il militarismo tedesco è un prodotto della cultura tedesca, ed è nato in un paese che, come nessun altro paese al mondo, è stato sottoposto per secoli a incursioni predatorie.

Tuttavia, c'era uno scienziato tedesco che si espresse nettamente contro tali idee. Albert Einstein pubblicò un manifesto di risposta "Agli europei" nel 1915: "Mai prima d'ora la guerra ha disturbato così tanto l'interazione delle culture. È dovere degli europei, istruiti e di buona volontà, non lasciare che l'Europa soccombe”. Tuttavia, questo appello, oltre allo stesso Einstein, è stato firmato solo da tre persone.

Einstein è diventato uno scienziato tedesco abbastanza di recente, sebbene fosse nato in Germania. Si è laureato presso la scuola e l'università in Svizzera, dopodiché per quasi dieci anni diverse università in Europa si sono rifiutate di assumerlo. Ciò era in parte dovuto al modo in cui Einstein si avvicinò alla richiesta di prendere in considerazione la sua candidatura.

Così, in una lettera a Paul Drude, il creatore della teoria elettronica dei metalli, indicò prima due errori contenuti nella sua teoria, e solo allora chiese di essere assunto.

Di conseguenza, Einstein dovette trovare un lavoro presso l'ufficio brevetti svizzero a Berna, e solo alla fine del 1909 riuscì a ottenere un posto all'Università di Zurigo. E già nel 1913, lo stesso Max Planck, insieme al futuro premio Nobel per la chimica Walter Nernst, arrivò personalmente a Zurigo per convincere Einstein ad accettare la cittadinanza tedesca, trasferirsi a Berlino e diventare membro dell'Accademia delle scienze prussiana e direttore dell'Istituto di Fisica.

Einstein trovò il suo lavoro all'ufficio brevetti sorprendentemente produttivo da un punto di vista scientifico. "Quando passava qualcuno, mettevo i miei appunti in un cassetto e facevo finta di fare un lavoro sui brevetti", ha ricordato. L'anno 1905 è passato alla storia della scienza come annus mirabilis, "l'anno dei miracoli".

Quest'anno, la rivista Annalen der Physik ha pubblicato quattro articoli di Einstein, in cui è stato in grado di descrivere teoricamente il moto browniano, spiegare, usando l'idea planckiana dei quanti di luce, il fotoeffetto, o l'effetto degli elettroni che fuoriescono da un metallo quando è irradiato dalla luce (fu in un simile esperimento che JJ Thomson scoprì l'elettrone), e dà un contributo decisivo alla creazione della teoria della relatività ristretta.

Una coincidenza sorprendente: la teoria della relatività è apparsa quasi contemporaneamente alla teoria dei quanti e ha cambiato altrettanto inaspettatamente e irrevocabilmente i fondamenti della fisica.

Nel 19° secolo, la natura ondulatoria della luce fu saldamente stabilita e gli scienziati erano interessati a come fosse organizzata la sostanza in cui queste onde si propagano.

Nonostante nessuno abbia ancora osservato direttamente l'etere (questo è il nome di questa sostanza), non sono sorti dubbi che esso esista e permei l'intero Universo: era chiaro che l'onda dovesse propagarsi in una sorta di mezzo elastico, per analogia con i cerchi di un sasso lanciato sull'acqua: la superficie dell'acqua nel punto di caduta del sasso comincia ad oscillare, e, essendo elastica, le oscillazioni si trasmettono ai punti vicini, da questi a quelli vicini, e così Su. Dopo la scoperta di atomi ed elettroni, anche l'esistenza di oggetti fisici che non possono essere visti con gli strumenti esistenti non ha sorpreso nessuno.

Una delle semplici domande a cui la fisica classica non riusciva a trovare una risposta era questa: l'etere viene portato via dai corpi che si muovono al suo interno? Alla fine del 19° secolo, alcuni esperimenti dimostrarono in modo convincente che l'etere veniva completamente portato via dai corpi in movimento, mentre altri, e non meno convincenti, che veniva portato via solo parzialmente.

I cerchi sull'acqua sono un esempio di onda in un mezzo elastico. Se il corpo in movimento non trasporta l'etere, la velocità della luce rispetto al corpo sarà la somma della velocità della luce rispetto all'etere e della velocità del corpo stesso. Se trascina completamente l'etere (come accade quando si muove in un liquido viscoso), allora la velocità della luce rispetto al corpo sarà uguale alla velocità della luce rispetto all'etere e non dipenderà in alcun modo dalla velocità del corpo stesso.

Il fisico francese Louis Fizeau dimostrò nel 1851 che l'etere è parzialmente portato via dal flusso d'acqua in movimento. In una serie di esperimenti del 1880-1887, gli americani Albert Michelson ed Edward Morley, da un lato, confermarono con maggiore precisione la conclusione di Fizeau e, dall'altro, scoprirono che la Terra, ruotando attorno al Sole, trascina completamente l'etere con esso, cioè la velocità della luce sulla terra è indipendente da come si muove.

Per determinare come si muove la Terra in relazione all'etere, Michelson e Morley costruirono uno strumento speciale, un interferometro (vedi diagramma sotto). La luce proveniente dalla sorgente cade sulla lastra semitrasparente, da dove viene parzialmente riflessa nello specchio 1 e passa parzialmente allo specchio 2 (gli specchi sono alla stessa distanza dalla lastra). I raggi riflessi dagli specchi cadono poi nuovamente sulla lastra semitrasparente e da essa arrivano insieme al rivelatore, sul quale si crea un pattern di interferenza.

Se la Terra si muove rispetto all'etere, ad esempio, nella direzione dello specchio 2, la velocità della luce nelle direzioni orizzontale e verticale non coinciderà, il che dovrebbe portare a uno sfasamento delle onde riflesse da diversi specchi sul rilevatore (ad esempio, come mostrato nel diagramma, in basso a destra). In realtà non è stato osservato alcuno spostamento (vedi in basso a sinistra).

Einstein contro Newton

Nei loro tentativi di comprendere il moto dell'etere e la propagazione della luce in esso, Lorentz e il matematico francese Henri Poincaré dovettero supporre che le dimensioni dei corpi in movimento cambiassero rispetto alle dimensioni di quelli stazionari e, inoltre, il tempo per corpi in movimento scorre più lentamente. È difficile da immaginare - e Lorentz ha trattato queste ipotesi più come un trucco matematico che un effetto fisico - ma hanno permesso la riconciliazione tra meccanica, teoria elettromagnetica della luce e dati sperimentali.

Einstein, in due articoli del 1905, riuscì, sulla base di queste considerazioni intuitive, a creare una teoria coerente in cui tutti questi sorprendenti effetti sono una conseguenza di due postulati:

• la velocità della luce è costante e non dipende da come si muovono sorgente e ricevitore (ed è pari a circa 300.000 chilometri al secondo);
• per qualsiasi sistema fisico, le leggi fisiche agiscono allo stesso modo, indipendentemente dal fatto che si muova senza accelerazione (a qualsiasi velocità) o sia fermo.

E ne derivò la più famosa formula fisica - E = mc²! Inoltre, a causa del primo postulato, il movimento dell'etere cessò di essere importante e Einstein lo abbandonò semplicemente: la luce può propagarsi nel vuoto.

L'effetto di dilatazione del tempo, in particolare, porta al famoso "paradosso dei gemelli". Se uno dei due gemelli, Ivan, va su un'astronave verso le stelle, e il secondo, Peter, rimane ad aspettarlo sulla Terra, allora dopo il suo ritorno si scoprirà che Ivan è invecchiato meno di Peter, da tempo la sua astronave in rapido movimento scorreva più lentamente che sulla Terra.

Questo effetto, così come altre differenze tra la teoria della relatività e la meccanica ordinaria, si manifesta solo a una velocità di movimento tremenda, paragonabile alla velocità della luce, e quindi non lo incontriamo mai nella vita di tutti i giorni. Per le consuete velocità con cui ci incontriamo sulla Terra, la frazione v/c (ricordiamo, c = 300.000 chilometri al secondo) è molto poco diversa da zero, e torniamo al mondo familiare e accogliente della meccanica scolastica.

Tuttavia, gli effetti della teoria della relatività devono essere presi in considerazione, ad esempio, quando si sincronizzano gli orologi dei satelliti GPS con quelli terrestri per un funzionamento accurato del sistema di posizionamento. Inoltre, l'effetto della dilatazione del tempo si manifesta nello studio delle particelle elementari. Molti di loro sono instabili e si trasformano in altri in brevissimo tempo. Tuttavia, di solito si muovono rapidamente e, a causa di ciò, il tempo prima della loro trasformazione dal punto di vista dell'osservatore è allungato, il che rende possibile registrarli e studiarli.

La teoria della relatività ristretta nasce dalla necessità di conciliare la teoria elettromagnetica della luce con la meccanica dei corpi in rapido (e con velocità costante) in movimento. Dopo essersi trasferito in Germania, Einstein completò la sua teoria della relatività generale (GTR), dove aggiunse la gravità ai fenomeni elettromagnetici e meccanici. Si è scoperto che il campo gravitazionale può essere descritto come una deformazione da parte di un corpo massiccio di spazio e tempo.

Una delle conseguenze della relatività generale è la curvatura della traiettoria del raggio quando la luce passa vicino a una grande massa. Il primo tentativo di verifica sperimentale della relatività generale doveva aver luogo nell'estate del 1914 durante l'osservazione di un'eclissi solare in Crimea. Tuttavia, una squadra di astronomi tedeschi fu internata in connessione con lo scoppio della guerra. Questo, in un certo senso, salvò la reputazione della relatività generale, perché in quel momento la teoria conteneva errori e forniva una previsione errata dell'angolo di deflessione del raggio.

Nel 1919, il fisico inglese Arthur Eddington, osservando un'eclissi solare sull'isola del Principe al largo della costa occidentale dell'Africa, fu in grado di confermare che la luce di una stella (divenne visibile per il fatto che il Sole non l'ha eclissata), passando per il Sole, devia esattamente dello stesso angolo delle equazioni di Einstein previste.

La scoperta di Eddington ha reso Einstein una superstar.

Il 7 novembre 1919, nel bel mezzo della Conferenza di pace di Parigi, quando tutta l'attenzione sembrava concentrata su come sarebbe esistito il mondo dopo la prima guerra mondiale, il quotidiano londinese The Times pubblicò un editoriale: “A Revolution in Science: A Nuova Teoria dell'Universo, le idee di Newton sono sconfitte.

I giornalisti inseguivano Einstein ovunque, tormentandolo con richieste di spiegare in poche parole la teoria della relatività, e le aule dove teneva conferenze pubbliche erano sovraffollate (allo stesso tempo, a giudicare dalle recensioni dei suoi contemporanei, Einstein non era un ottimo conferenziere; il pubblico non ha capito l'essenza della conferenza, ma è comunque venuto a vedere la celebrità).

Nel 1921, Einstein, insieme al biochimico inglese e futuro presidente di Israele, Chaim Weizmann, fece un giro di conferenze negli Stati Uniti per raccogliere fondi per sostenere gli insediamenti ebraici in Palestina. Secondo il New York Times, "Ogni posto al Metropolitan Opera è stato occupato, dalla buca dell'orchestra all'ultima fila della galleria, centinaia di persone erano in piedi nei corridoi". Il corrispondente del giornale ha sottolineato: "Einstein parlava tedesco, ma desideroso di vedere e ascoltare un uomo che ha integrato il concetto scientifico dell'Universo con una nuova teoria dello spazio, del tempo e del movimento, ha preso tutti i posti nella sala".

Nonostante il successo di pubblico, la teoria della relatività è stata accettata con grande difficoltà dalla comunità scientifica.

Dal 1910 al 1921, i colleghi progressisti nominarono Einstein per il Premio Nobel per la fisica dieci volte, ma il Comitato del Nobel conservatore rifiutò ogni volta, adducendo il fatto che la teoria della relatività non aveva ancora ricevuto sufficienti conferme sperimentali.

Dopo la spedizione di Eddington, questo cominciò a sembrare sempre più scandaloso e nel 1921, ancora non convinti, i membri del comitato presero una decisione elegante: assegnare un premio a Einstein, senza menzionare affatto la teoria della relatività, vale a dire: Per servizi alla fisica teorica e, soprattutto, per la sua scoperta della legge dell'effetto fotoelettrico”.

Fisica ariana contro Einstein

La popolarità di Einstein in Occidente provocò una dolorosa reazione da parte dei colleghi in Germania, che si trovarono praticamente isolati dopo il manifesto militante del 1914 e la sconfitta nella prima guerra mondiale. Nel 1921, Einstein fu l'unico scienziato tedesco che ricevette un invito al Congresso Mondiale di Fisica Solvay a Bruxelles (che, tuttavia, ignorò a favore di un viaggio negli Stati Uniti con Weizmann).

Allo stesso tempo, nonostante le differenze ideologiche, Einstein riuscì a mantenere relazioni amichevoli con la maggior parte dei suoi colleghi patriottici. Ma dall'estrema destra degli studenti universitari e degli accademici, Einstein si è guadagnato la reputazione di traditore che porta fuori strada la scienza tedesca.

Uno dei rappresentanti di questa ala era Philip Leonard. Nonostante nel 1905 Lenard abbia ricevuto il Premio Nobel per la fisica per lo studio sperimentale degli elettroni prodotti dall'effetto fotoelettrico, ha sofferto tutto il tempo a causa del fatto che il suo contributo alla scienza non è stato sufficientemente riconosciuto.

In primo luogo, nel 1893 prestò un tubo a scarica di sua fabbricazione a Roentgen, e nel 1895 Roentgen scoprì che i tubi a scarica emettevano raggi che erano ancora sconosciuti alla scienza. Lenard credeva che la scoperta dovesse almeno essere considerata congiunta, ma tutta la gloria della scoperta e il premio Nobel per la fisica nel 1901 andarono solo a Roentgen. Lenard si indignò e dichiarò di essere la madre dei raggi, mentre Roentgen era solo un'ostetrica. Allo stesso tempo, a quanto pare, Roentgen non ha usato il tubo di Lenard in esperimenti decisivi.

Il tubo di scarica con cui Lenard studiò gli elettroni nell'effetto fotoelettrico e Roentgen scoprì la sua radiazione

Il tubo di scarica con cui Lenard studiò gli elettroni nell'effetto fotoelettrico e Roentgen scoprì la sua radiazione

In secondo luogo, Lenard era profondamente offeso dalla fisica britannica. Contestò la priorità della scoperta dell'elettrone da parte di Thomson e accusò lo scienziato inglese di riferirsi erroneamente al suo lavoro. Lenard ha creato un modello dell'atomo, che può essere considerato il predecessore del modello di Rutherford, ma questo non è stato adeguatamente notato. Non sorprende che Lenard abbia definito gli inglesi una nazione di mercanti mercenari e ingannevoli, e i tedeschi, al contrario, una nazione di eroi, e dopo lo scoppio della prima guerra mondiale abbia proposto di organizzare un blocco intellettuale continentale sulla Gran Bretagna.

Terzo, Einstein fu in grado di spiegare teoricamente l'effetto fotoelettrico, e Lenard nel 1913, ancor prima dei disaccordi legati alla guerra, lo raccomandò addirittura per una cattedra. Ma il premio Nobel per la scoperta della legge dell'effetto fotoelettrico nel 1921 fu assegnato al solo Einstein.

I primi anni '20 furono generalmente un periodo difficile per Lenard. Si scontrò con entusiasti studenti di sinistra e fu pubblicamente umiliato quando, dopo l'assassinio del politico liberale di origine ebraica e ministro degli Esteri tedesco Walter Rathenau, si rifiutò di abbassare la bandiera sull'edificio del suo istituto a Heidelberg.

I suoi risparmi, investiti nel debito pubblico, furono bruciati dall'inflazione e nel 1922 il suo unico figlio morì per gli effetti della malnutrizione durante la guerra. Lenard divenne incline a pensare che i problemi della Germania (inclusa la scienza tedesca) fossero il risultato di una cospirazione ebraica.

Uno stretto collaboratore di Lenard in quel momento era Johannes Stark, il vincitore del premio Nobel per la fisica nel 1919, incline anche lui a incolpare le macchinazioni degli ebrei per i propri fallimenti. Dopo la guerra, Stark, in opposizione alla società liberale di fisica, organizzò la conservatrice "Comunità professionale tedesca degli insegnanti universitari", con l'aiuto della quale tentò di controllare i finanziamenti per la ricerca e le nomine a incarichi scientifici e di insegnamento, ma non vi riuscì.. Dopo una difesa senza successo di uno studente laureato nel 1922, Stark dichiarò di essere circondato da ammiratori di Einstein e si dimise da professore all'università.

Nel 1924, sei mesi dopo il Beer Putsch, la Grossdeutsche Zeitung pubblicò un articolo di Lenard e Stark, "Hitler's Spirit and Science". Gli autori hanno confrontato Hitler con giganti della scienza come Galileo, Keplero, Newton e Faraday ("Che benedizione che questo genio nella carne viva tra noi!"), E hanno anche elogiato il genio ariano e condannato il giudaismo corrotto.

Secondo Lenard e Stark, nella scienza, la perniciosa influenza ebraica si è manifestata in nuove direzioni della fisica teorica: la meccanica quantistica e la teoria della relatività, che richiedevano il rifiuto di vecchi concetti e utilizzavano un apparato matematico complesso e sconosciuto.

Per gli scienziati più anziani, anche per quelli talentuosi come Lenard, questa era una sfida che pochi erano in grado di accettare.

Lenard contrappone "ebreo", cioè fisica teorica, a "ariano", cioè sperimentale, e richiedeva che la scienza tedesca si concentrasse su quest'ultima. Nella prefazione al libro di testo "Fisica tedesca" scrisse: "Fisica tedesca? - la gente chiederà. Potrei anche dire la fisica ariana, o la fisica dei nordici, la fisica dei cercatori di verità, la fisica di chi ha fondato la ricerca scientifica».

Per lungo tempo la "fisica ariana" di Lenard e Stark rimase un fenomeno marginale, e fisici di varia provenienza furono impegnati in ricerche teoriche e sperimentali di altissimo livello in Germania.

Tutto cambiò quando Adolf Hitler divenne cancelliere della Germania nel 1933. Einstein, che a quel tempo si trovava negli Stati Uniti, rinunciò alla cittadinanza tedesca e all'appartenenza all'Accademia delle scienze, e il presidente dell'Accademia Max Planck accolse con favore questa decisione: "Nonostante il profondo abisso che divide le nostre opinioni politiche, le nostre amicizie personali rimarranno sempre immutate ", ha assicurato che è la corrispondenza personale di Einstein. Allo stesso tempo, alcuni membri dell'accademia erano infastiditi dal fatto che Einstein non fosse stato espulso in modo dimostrativo da essa.

Johannes Stark divenne presto presidente dell'Istituto di fisica e tecnologia e della Società di ricerca tedesca. Nel corso dell'anno successivo, un quarto di tutti i fisici e la metà dei fisici teorici lasciarono la Germania.