Alapjában változtatta meg felfogásunkat a világegyetemről

Minden idők egyik legzseniálisabb természettudósa, Albert Einstein (1879-1955) kiskorában nem árult el különös képességeket. A gimnáziumban rosszul tanult, csak a matematika érdekelte, az érettségit baráti közbenjárással tette le. Apja egy svájci főiskolára juttatta be, mivel csak matematikából teljesítette a felvételi szintet. Már ekkor az elméleti kérdések foglalkoztatták, előadások helyett tudományos közleményeket olvasott. Matematika-fizika szakos diplomájának megszerzése után egyetemi állást nem sikerült szereznie, így rövid ideig tanárként dolgozott, majd 1901-ben műszaki szakértőként a berni Szabadalmi Hivatalban helyezkedett el. A megélhetését biztosító munka nem sok idejét kötötte le, így szabadon elmélkedhetett, s néhány év alatt kidolgozta korszakalkotó elméleteit.

Rendszeresen olvasta az Annalen der Physik című folyóiratot, 1900-ban ide küldte be első dolgozatát. A 26 éves Einstein 1905-ben a lap hasábjain publikálta azt a négy tanulmányt, amely forradalmasította a tér, az idő, a tömeg és az energia alapvető fogalmainak tudományos megértését, ezt az évet nevezik „csodálatos évnek” (Annus mirabilis).

Az első, júniusban megjelent „A fény keletkezésére és átalakulására vonatkozó heurisztikus nézőpontról” című cikkben azt vetette fel, hogy a fény különálló kvantumokból (mai szóhasználattal fotonokból) áll, tehát a fénynek a hullámjelleg mellett részecskékre jellemző tulajdonságai is vannak. Egy hónappal később „Nyugvó folyadékban lebegő részecskéknek a hő molekuláris-kinetikus elméletéből következő mozgása” című írásában elméletileg magyarázta meg a Brown-mozgást, a folyadékokban lebegő szemcsék véletlenszerű hőmozgását.

Az ifjú tudós szeptember 26-án tette közzé „A mozgó testek elektrodinamikájáról” című tanulmányát, megalapozva a speciális relativitáselméletet. A speciális relativitáselmélet két feltevésen (posztulátumon) alapul. Az egyik szerint a vákuumban terjedő fény sebessége állandó, függetlenül a fény frekvenciájától, a terjedés irányától, az észlelő, illetve a fényforrás mozgási sebességétől. A másik szerint az egymáshoz képest egyenes vonalú, egyenletes mozgást végző viszonyítási rendszerek (inerciarendszerek) a fizika számára egyenértékűek, azaz a fizikai folyamatokat leíró törvények minden inerciarendszerben azonos matematikai alakban érvényesek. Az így létrejött, a fenti két elvvel összhangban álló fizikai elmélet a speciális relativitáselmélet, amelyből Einstein levezette a Lorentz-transzformációt, fölöslegessé téve az éter hipotézist. (Eszerint a csillagok közötti űrt olyan közeg, éter tölti ki, amelyben a hullámok terjedni tudnak. Amikor azonban 1887-ben megmérték a Földnek az éterhez, illetve az abszolút térhez viszonyított sebességét, az mindig nullának adódott, ami a newtoni fizika szerint lehetetlen. A jelenség magyarázatát matematikailag a holland Hendrik Lorentz adta meg, aki arra a következtetésre jutott, hogy a mozgó testek a mozgás irányában megrövidülnek.)

Einstein negyedik, novemberben megjelent „Függ-e a test tehetetlensége az energiatartalmától” című tanulmányában kimondta, hogy a tömeg és az energia arányosak egymással, a test nyugalmi energiája (E) megegyezik a nyugalmi tömeg (m) és a fénysebesség (c) négyzetének szorzatával. A tömeg-energia ekvivalencia elve a speciális relativitáselmélet egyik következménye, miként annak felismerése is, hogy nem létezik semmilyen abszolút nyugvó vonatkoztatási rendszer, azaz nincsen abszolút tér sem. A teória következménye a sci-fi regényekben felbukkanó óra-paradoxon is, amely szerint ha két összehangolt, pontos óra ugyanabból a pontból kiindulva különböző sebességgel mozog, a gyorsabban mozgó óra lassabban jár. Ez az idődilatáció tudományosan igazolt jelensége, a különbség fénysebességhez közeledve már jelentős lehet.

A tudósok között általános a vélekedés, hogy Einstein bármelyik cikkért kiérdemelte volna a fizikai Nobel-díjat. A kitüntetést azonban csak 1921-ben kapta meg, és a közhiedelemmel ellentétben nem az akkor még vitatott relativitáselméletért, amelyet az indoklás meg sem említett, hanem a fényelektromos hatás megmagyarázásáért és elméleti fizikai munkásságáért.

A klasszikus fizika megkoronázásaként Einstein 1915-ben közzétette az általános relativitáselméletet, amely szerint a természeti törvények leírására bármely vonatkoztatási rendszer alkalmas, bármilyen legyen is a mozgásállapota. Később megállapította, hogy a gravitáció nem erő, hanem a téridő görbülete okozza, amelyet a tömeg jelenléte idéz elő. Azt javasolta, hogy mérjék meg egy csillag fényének elhajlását, amikor a fénysugár a Nap közelében halad el, s annak fénye kétszer annyira fog elhajlani, mint az a newtoni törvényekből következnék. Igazán akkor vált világhírűvé, amikor 1919. május 29-én a Guineai-öbölben Arthur Eddington expedíciója lefotózta a napfogyatkozást, és a számítások igazolták Einstein jóslatait. Bár elméleteit nagyon kevesen értették, a közvélemény „a” tudóssal azonosította, ha tudóst emlegetünk, az ő képe jelenik meg a szemünk előtt, neve a zsenialitás szinonimájává vált.

Einstein 1905-ben tett, a modern fizikát megalapozó felfedezéseinek századik évfordulóján az UNESCO 2005-öt a fizika nemzetközi évévé nyilvánította, ezzel is elismerve a fizikának a természet megismeréséhez való alapvető hozzájárulását.