Portret van Albert Einstein circa 1939.
(Afbeelding: © MPI / Getty Images)
Albert Einstein wordt vaak genoemd als een van de meest invloedrijke wetenschappers van de 20e eeuw. Zijn werk blijft astronomen helpen alles te bestuderen, van zwaartekrachtsgolven tot de baan van Mercurius.
De vergelijking van de wetenschapper die hielp bij het verklaren van de speciale relativiteitstheorie - E = mc ^ 2 - is beroemd, zelfs onder degenen die de onderliggende fysica niet begrijpen. Einstein staat ook bekend om zijn algemene relativiteitstheorie (een verklaring van de zwaartekracht) en het foto-elektrische effect (dat het gedrag van elektronen onder bepaalde omstandigheden verklaart); zijn werk aan laatstgenoemde leverde hem in 1921 een Nobelprijs voor de natuurkunde op.
Einstein probeerde ook tevergeefs alle krachten van het universum te verenigen in een enkele theorie, of een theorie van alles, waar hij op het moment van zijn dood nog aan werkte.
Vroege jaren
Einstein werd geboren op 14 maart 1879 in Ulm, Duitsland, een stad met vandaag de dag iets meer dan 120.000 inwoners. Er is een kleine gedenkplaat waar zijn huis stond (het werd verwoest tijdens de Tweede Wereldoorlog). De familie verhuisde kort na zijn geboorte naar München en later naar Italië, toen zijn vader problemen kreeg met het runnen van een eigen bedrijf. Einsteins vader, Hermann, had een elektrochemische fabriek en zijn moeder Pauline zorgde voor Albert en zijn jongere zusje Maria.
Volgens Hans-Josef Küpper, een Albert Einstein-geleerde, zou Einstein in zijn memoires schrijven dat twee 'wonderen' zijn vroege jaren diep hebben beïnvloed. De jonge Einstein ontmoette op 5-jarige leeftijd zijn eerste wonder - een kompas - dat verbaasde hem onzichtbare krachten kan de naald afbreken. Dit zou leiden tot een levenslange fascinatie voor ongeziene krachten. Het tweede wonder kwam op 12-jarige leeftijd toen hij een meetkundeboek ontdekte, dat hij aanbad en het zijn 'heilige meetkundeboek' noemde.
In tegenstelling tot wat vaak wordt gedacht, de jonge Albert was een goede student. Hij blonk uit in natuurkunde en wiskunde, maar was een meer "gematigde" leerling in andere vakken, schreef Küpper op zijn website. Einstein kwam echter in opstand tegen de autoritaire houding van sommige van zijn leraren en stopte op 16-jarige leeftijd met school. Later deed hij een toelatingsexamen voor de Zwitserse Federale Polytechnische School in Zürich, en hoewel zijn prestaties op het gebied van natuurkunde en wiskunde uitstekend waren, scoorde hij in andere gebieden waren onvoldoende en hij slaagde niet voor het examen. De aspirant-natuurkundige volgde aanvullende cursussen om de leemte in zijn kennis te dichten, werd in 1896 toegelaten tot de Zwitserse Polytechniek en behaalde in 1901 zijn diploma natuurkunde en wiskunde.
Einstein kon echter geen onderwijspositie vinden en begon in 1901 te werken bij een patentbureau in Bern, volgens zijn biografie over de Nobelprijs. Het was daar waar hij, tussen het analyseren van patentaanvragen, zijn werk ontwikkelde in speciale relativiteitstheorie en andere natuurkundige gebieden die hem later beroemd maakten.
Einstein trouwde met Mileva Maric, een oude liefde van hem uit Zürich, in 1903. Hun kinderen, Hans Albert en Eduard, werden geboren in 1904 en 1910. (Het lot van een kind dat hen in 1902 voor hun huwelijk werd geboren, Lieserl, is onbekend .) Einstein scheidde van Maric in 1919 en trouwde kort daarna met Elsa Löwenthal. Löwenthal stierf in 1933.
Carriere hoogtepunten
Einsteins carrière stuurde hem naar meerdere landen. Hij promoveerde in 1905 aan de Universiteit van Zürich en bekleedde vervolgens een professorfunctie in Zürich (1909), Praag (1911) en Zürich (1912). Vervolgens verhuisde hij naar Berlijn om directeur te worden van het Kaiser Wilhelm Physical Institute en professor aan de Universiteit van Berlijn (1914). Hij werd ook Duits staatsburger.
EEN belangrijke validatie van het werk van Einstein kwam in 1919, toen Sir Arthur Eddington, secretaris van de Royal Astronomical Society, een expeditie naar Afrika leidde die de positie van sterren tijdens een totale zonsverduistering mat. De groep ontdekte dat de positie van sterren verschoven was door het buigen van licht rond de zon. (In 2008 draaide een BBC / HBO-productie het verhaal in "Einstein en Eddington.")
Einstein bleef tot 1933 in Duitsland, toen dictator Adolf Hitler aan de macht kwam. De natuurkundige deed afstand van zijn Duitse staatsburgerschap en verhuisde naar de Verenigde Staten om professor in de theoretische natuurkunde te worden aan Princeton. Hij werd een Amerikaans staatsburger in 1940 en ging met pensioen in 1945.
Einstein bleef gedurende zijn latere jaren actief in de natuurkundegemeenschap. In 1939 werd hij beroemd schreef een brief aan president Franklin D. Roosevelt waarschuwing dat uranium kan worden gebruikt voor een atoombom.
Laat in het leven van Einstein was hij betrokken bij een reeks privédebatten met natuurkundige Niels Bohr over de validiteit van de kwantumtheorie. De theorieën van Bohr hielden stand en Einstein nam later de kwantumtheorie op in zijn eigen berekeningen.
Einsteins hersenen
Einstein stierf op 18 april 1955 aan een aorta-aneurysma. Een bloedvat barstte in de buurt van zijn hart, volgens het American Museum of Natural History (AMNH). Op de vraag of hij een operatie wilde ondergaan, weigerde Einstein. 'Ik wil gaan wanneer ik wil', zei hij. 'Het is smaakloos om het leven kunstmatig te verlengen. Ik heb mijn deel gedaan; het is tijd om te gaan. Ik zal het elegant doen.'
Einsteins lichaam - in ieder geval het meeste - werd gecremeerd; zijn as werd volgens de AMNH verspreid op een geheime locatie. Een arts in het Princeton-ziekenhuis, Thomas Harvey, had echter, blijkbaar zonder toestemming, een autopsie uitgevoerd en de hersenen en oogbollen van Einstein verwijderd, volgens Matt Blitz, die in een column uit 2015 over Einstein's hersenen schreef. Vandaag kwam ik erachter.
Harvey sneed honderden dunne stukjes hersenweefsel om op microscoopglaasjes te plaatsen en maakte 14 foto's van de hersenen vanuit verschillende hoeken. Hij nam het hersenweefsel, dia's en afbeeldingen mee toen hij naar Wichita, Kansas verhuisde, waar hij medisch supervisor was in een biologisch testlaboratorium. [Afbeeldingengalerij: Einstein's Brain]
De volgende 30 jaar stuurde Harvey een paar dia's naar andere onderzoekers die erom vroegen, maar bewaarde de rest van de hersenen in twee glazen potten, soms in een ciderdoos onder een bierkoeler. Het verhaal van Einsteins brein was grotendeels vergeten tot 1985, toen Harvey en zijn collega's hun studieresultaten in het tijdschrift publiceerden Experimentele neurologie..
Harvey slaagde niet voor een competentie-examen in 1988 en zijn medische licentie werd ingetrokken, schreef Blitz. Harvey doneerde uiteindelijk de hersenen aan het Princeton Hospital, waar de reis van de hersenen was begonnen. Harvey stierf in 2007.Stukken van Einsteins hersenen zijn nu in het Mütter Museum in Philadelphia.
Wat de studies hebben gevonden
De auteurs van Harvey's studie uit 1985 rapporteerden dat de hersenen van Einstein een groter aantal gliacellen (die het zenuwstelsel ondersteunen en isoleren) per neuronen (zenuwcellen) hadden dan andere hersenen die ze onderzochten. Ze concludeerden dat dit zou kunnen betekenen dat de neuronen een hogere metabole behoefte hadden - met andere woorden, de hersencellen van Einstein hadden meer energie nodig en gebruikt, wat de reden zou kunnen zijn waarom hij zulke geavanceerde denkvaardigheden en conceptuele vaardigheden had.
Andere onderzoekers hebben echter op enkele problemen met die studie gewezen, volgens Eric H. Chudler, een neurowetenschapper aan de Universiteit van Washington. Ten eerste waren bijvoorbeeld de andere hersenen die in de studie werden gebruikt allemaal jonger dan de hersenen van Einstein. Ten tweede had de "experimentele groep" slechts één onderwerp - Einstein. Aanvullende studies zijn nodig om te zien of deze anatomische verschillen bij andere mensen worden gevonden. En ten derde werd slechts een klein deel van Einsteins hersenen onderzocht.
Een andere studie, gepubliceerd in 1996 in het tijdschrift Neuroscience Letters, ontdekte dat de hersenen van Einstein slechts 1.230 gram wogen, wat minder is dan het gemiddelde volwassen mannelijke brein (ongeveer 1.400 g). Ook was de hersenschors van de wetenschapper dunner dan die van vijf controlehersenen, maar de dichtheid van neuronen was hoger.
Een studie gepubliceerd in 2012 in het tijdschrift Brain onthulde dat de hersenen van Einstein dat wel hadden extra vouwen in de grijze stof, de plaats van bewust denken. Met name de frontale lobben, regio's die verband houden met abstract denken en plannen, hadden ongewoon uitgebreide vouwen.
Einsteins wetenschappelijke nalatenschap
Einstein's erfenis in de natuurkunde is aanzienlijk. Hier zijn enkele van de belangrijkste wetenschappelijke principes die hij pionierde:
Theorie van bijzondere relativiteit: Einstein liet zien dat natuurwetten voor alle waarnemers identiek zijn, zolang ze maar niet versneld worden. echter, de lichtsnelheid in een vacuüm is altijd hetzelfde, ongeacht de snelheid waarmee de waarnemer reist. Dit werk leidde tot zijn besef dat ruimte en tijd verbonden zijn met wat we nu ruimte-tijd noemen. Een gebeurtenis die door een waarnemer wordt gezien, kan dus ook op een ander tijdstip door een andere waarnemer worden gezien.
Theorie van algemene relativiteit: Dit was een herformulering van de wet van de zwaartekracht. In de 17e eeuw Newton formuleerde drie bewegingswetten, waaronder de werking van de zwaartekracht tussen twee lichamen. De kracht ertussen hangt af van hoe groot elk object is en hoe ver de objecten van elkaar verwijderd zijn. Einstein stelde vast dat een massief object bij het nadenken over ruimtetijd een vervorming van de ruimtetijd veroorzaakt (zoals het plaatsen van een zware bal op een trampoline). De zwaartekracht wordt uitgeoefend wanneer andere objecten in de "put" vallen die door de vervorming in de ruimtetijd wordt gecreëerd, als een knikker die naar de grote bal rolt. De algemene relativiteitstest heeft in 2019 in een experiment een grote test doorstaan waarbij een superzwaar zwart gat betrokken is in het centrum van de Melkweg.
Fotoëlektrisch effect: Einsteins werk in 1905 stelde voor dat licht beschouwd zou moeten worden als een stroom van deeltjes (fotonen) in plaats van slechts een enkele golf, zoals destijds algemeen werd gedacht. Zijn werk hielp bij het ontcijferen van merkwaardige resultaten die wetenschappers voorheen niet konden verklaren.
Unified field theory: Einstein bracht een groot deel van zijn latere jaren door met het samenvoegen van de velden van elektromagnetisme en zwaartekracht. Hij was niet succesvol, maar was zijn tijd misschien ver vooruit. Andere natuurkundigen werken nog steeds aan dit probleem.
Einsteins erfenis voor astronomie
Er zijn veel toepassingen van het werk van Einstein, maar hier zijn enkele van de meest opvallende in de astronomie:
Zwaartekrachtsgolven: In 2016 ontdekte de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ruimte-tijd rimpelingen - ook wel bekend als zwaartekrachtsgolven - dat gebeurde nadat zwarte gaten op ongeveer 1,4 miljard lichtjaar van de aarde in botsing kwamen. LIGO deed ook een eerste detectie van zwaartekrachtsgolven in 2015, een eeuw nadat Einstein had voorspeld dat deze rimpels bestonden. De golven zijn een facet van Einsteins algemene relativiteitstheorie.
De baan van Mercurius: Mercurius is een kleine planeet die in de buurt van een zeer massief object draait in verhouding tot zijn grootte - de zon. Zijn baan kon niet worden begrepen totdat uit de algemene relativiteitstheorie bleek dat de kromming van de ruimtetijd de bewegingen van Mercurius beïnvloedt en zijn baan verandert. Er is een kleine kans dat Mercurius door deze veranderingen gedurende miljarden jaren uit ons zonnestelsel kan worden uitgestoten (met een nog kleinere kans dat het met de aarde zou kunnen botsen).
Zwaartekrachtlensing: Dit is een fenomeen waarbij een enorm object (zoals een melkwegcluster of een zwart gat) er licht omheen buigt. Astronomen die door een telescoop naar dat gebied kijken, kunnen door het gebogen licht objecten direct achter het massieve object zien. Een beroemd voorbeeld hiervan is Einstein's Cross, een quasar in de sterrenbeeld Pegasus: Een sterrenstelsel op ongeveer 400 miljoen lichtjaar afstand buigt het licht van de quasar zodat het vier keer rond het sterrenstelsel verschijnt.
Zwarte gaten: In april 2019 toonde de Event Horizon-telescoop de allereerste beelden van een zwart gat. De foto's bevestigden opnieuw verschillende facetten van algemene relativiteit, waaronder niet alleen dat er zwarte gaten bestaan, maar ook dat ze een cirkelvormige horizon hebben - een punt waar niets kan ontsnappen, zelfs geen licht.
Extra middelen:
- Vind antwoorden op veelgestelde vragen over Albert Einstein op de Nobelprijs-website.
- Blader door gedigitaliseerde versies van Einstein's gepubliceerde en ongepubliceerde manuscripten bij Einstein Archives Online.
- Leren over Het Einstein Memorial in het gebouw van de National Academy of Sciences in Washington, D.C.
