Albert Einstein

di | 31 Dicembre 2020

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Albert Einstein (pronuncia italiana [ˈalbert ˈainstain]; tedesca [ˈalbɛɐ̯t ˈaɪnʃtaɪn]; inglese [ˈæɫbəɹt ˈaɪnˌstaɪn]; Ulma, 14 marzo 1879 – Princeton, 18 aprile 1955) è stato un fisico tedesco naturalizzato svizzero e statunitense.

Generalmente considerato il più importante fisico del XX secolo, conosciuto al grande pubblico anche per la formula dell’equivalenza massa-energia, E = mc2, riconosciuta come l'”equazione più famosa al mondo“, e per tutti i suoi lavori che ebbero una forte influenza anche sulla filosofia della scienza, nel 1921 ricevette il premio Nobel per la fisica «per i contributi alla fisica teorica, in particolare per la scoperta della legge dell’effetto fotoelettrico», un passo avanti cruciale per lo sviluppo della teoria dei quanti, sviluppando a partire dal 1905 la teoria della relatività, uno dei due pilastri della fisica moderna insieme alla meccanica quantistica.

Eccetto che per un anno a Praga, Einstein visse in Svizzera tra il 1895 e il 1914, periodo durante il quale rinunciò alla cittadinanza tedesca (nel 1896). Poi, nel 1900, ricevette il diploma al Politecnico federale di Zurigo (Eidgenössische Technische Hochschule, ETH). Dopo essere stato apolide per più di cinque anni, assunse la cittadinanza svizzera nel 1901, che tenne per il resto della sua vita. Nel 1905, conseguì un PhD all’Università di Zurigo. Quello stesso anno, ricordato come annus mirabilis, all’età di 26 anni, pubblicò quattro articoli dal contenuto fortemente innovativo, che attirarono l’attenzione del mondo accademico. Dal 1912 al 1914, Einstein insegnò fisica teorica a Zurigo, prima di partire per Berlino, dove fu eletto all’Accademia Reale Prussiana delle Scienze.

All’inizio della sua carriera credeva che la meccanica newtoniana non fosse più sufficiente a conciliare le leggi della meccanica classica con le leggi dell’elettromagnetismo e ciò lo portò a sviluppare la teoria della relatività ristretta mentre era all’istituto federale della proprietà intellettuale di Berna (1902–1909). Tuttavia successivamente si rese conto che il principio di relatività poteva essere esteso ai campi gravitazionali, quindi nel 1916 pubblicò un articolo sulla relatività generale con la sua teoria della gravitazione. Continuò a trattare problemi di meccanica statistica e teoria dei quanti, che lo portò a dare una spiegazione della teoria delle particelle e del moto browniano. Indagò anche le proprietà termiche della luce e gettò le basi per la teoria del fotone. Nel 1917, applicò la teoria della relatività generale per modellizzare la struttura dell’universo.

Nel 1933, mentre Einstein stava visitando gli Stati Uniti, Adolf Hitler salì al potere. A causa delle sue origini ebraiche, Einstein non fece ritorno in Germania. Si stabilì negli Stati Uniti e diventò un cittadino statunitense nel 1940. Alla vigilia della seconda guerra mondiale, inviò una lettera al presidente Roosevelt la quale avvisava del possibile sviluppo da parte della Germania di “bombe di un nuovo tipo estremamente potenti” e suggeriva agli Stati Uniti di cominciare delle simili ricerche. Ciò portò infine al progetto Manhattan. Einstein sostenne gli alleati, ma criticò l’idea di usare la fissione nucleare come arma. Firmò, con il filosofo britannico Bertrand Russell, il Manifesto Russell-Einstein, nel quale si evidenziava il pericolo delle armi nucleari. Fu affiliato con l’Institute for Advanced Study a Princeton, in New Jersey, fino alla sua morte nel 1955.

Oltre a essere uno dei più celebri fisici della storia della scienza, che mutò in maniera radicale il paradigma di interpretazione del mondo fisico, fu attivo in diversi altri ambiti, dalla filosofia alla politica. Per il suo apporto alla cultura in generale è considerato uno dei più importanti studiosi e pensatori del XX secolo. Einstein pubblicò più di 300 articoli scientifici e più di 150 articoli non scientifici. I suoi traguardi intellettuali e la sua originalità hanno reso il termine “Einstein” sinonimo di “genio”. Eugene Wigner scrisse di Einstein in confronto ai suoi contemporanei:

(EN): «Einstein’s understanding was deeper even than Jancsi von Neumann’s. His mind was both more penetrating and more original than von Neumann’s. And that is a very remarkable statement»

(IT):«La comprensione di Einstein fu più profonda persino di quella di Jancsi von Neumann. La sua mente era sia più acuta sia più originale di quella di von Neumann. E questa è un’affermazione molto notevole.»

BIOGRAFIA

GIOVENTU’ E STUDI LICEALI: Albert Einstein nacque a Ulma il 14 marzo del 1879 da una benestante famiglia ebraica, figlio di Hermann Einstein, proprietario di una piccola azienda che produceva macchinari elettrici, e di Pauline Koch. Frequentò una scuola elementare cattolica e, su insistenza della madre, gli furono impartite lezioni di violino. All’età di cinque anni il padre gli mostrò una bussola tascabile ed Einstein si rese conto che qualcosa nello spazio “vuoto” agiva sull’ago spostandolo in direzione del nord; avrebbe descritto in seguito quest’esperienza come una delle più rivelatrici della sua vita.

La supposizione che il suo profitto in matematica fosse scarso è sbagliata, basata anche sul fatto che nel sistema scolastico svizzero in quel periodo le votazioni adottavano una scala da 1 a 6. Nell’agosto del 1886 Albert riferì alla madre l’ottimo profitto scolastico: «Ieri Albert ha ricevuto la pagella, è nuovamente il primo della classe». Einstein cominciò a studiare matematica insieme con Max Talmud, un amico di famiglia che gli procurò testi scientifici come gli Elementi di Euclide e anche filosofici come la Critica della ragion pura di Kant. All’età di dieci anni iniziò a frequentare il Luitpold Gymnasium, ma si rivelò ben presto insofferente al rigido ambiente scolastico, seppur riportando comunque buoni voti in matematica e in latino. Inoltre suo zio Jakob lo metteva spesso alla prova con problemi matematici che risolveva brillantemente « […] provando un profondo senso di felicità». Pavia, Officine Elettrotecniche Nazionali Einstein-Garrone

A causa di diversi dissesti economici (nel 1894 gli Einstein avevano fondato, con un socio italiano, le officine elettrotecniche Nazionali Einstein-Garrone a Pavia, poi fallite) la famiglia Einstein dovette trasferirsi di frequente: dapprima a Monaco di Baviera, poi nel 1894 a Pavia, a Palazzo Cornazzani (dove, curiosamente, aveva già abitato Ugo Foscolo) dove Albert scrisse il suo primo articolo scientifico, e due anni dopo a Berna in Svizzera. Quando la famiglia si trasferì a Milano Einstein, allora diciassettenne, restò in Svizzera per proseguire gli studi, che presto abbandonò per ricongiungersi con la famiglia.

Il fallimento all’esame d’ingresso al Politecnico di Zurigo nel 1895, tentato nonostante non avesse l’età minima richiesta e non superato per un’insufficienza nel test di francese, fu una dura battuta d’arresto. Pertanto per concludere gli studi superiori fu mandato dalla famiglia ad Aarau dove riuscì a conseguire il diploma nel 1896. Nell’ottobre dello stesso anno ritentò l’esame di ammissione al politecnico, superandolo. Durante il primo anno di studi al politecnico, nel 1896, conobbe Mileva Marić, sua compagna di studi, di cui s’innamorò. Mileva era l’unica donna ammessa a frequentare il politecnico federale svizzero.

Einstein concluse gli studi al politecnico nel luglio del 1900, superando gli esami finali con la votazione di 4,9/6 e classificandosi quarto su cinque promossi. Egli fu l’unico dei laureati a non ottenere un posto come assistente. Nel 1900 gli venne garantito un diploma da insegnante dall’Eidgenössische Technische Hochschule e nel 1901 fu naturalizzato svizzero. In quel periodo Einstein discuteva dei suoi interessi scientifici con un ristretto gruppo di amici, inclusa Mileva.

Nel gennaio 1902 Mileva ebbe una figlia, Lieserl, che morì presumibilmente di scarlattina. Quel parto illegittimo compromise gli studi della giovane che decise di sacrificarsi per la famiglia e la carriera accademica di Albert. Nel 1903 Albert e Mileva si sposarono in municipio. In seguito Mileva avrebbe dato alla luce altri due figli: Hans Albert (1904), che sarebbe diventato ingegnere ed Eduard (1910), con ottime capacità nella musica e negli studi, che poi fu travolto dalla malattia mentale e trascorse gran parte della sua vita tra la casa materna di Zurigo e l’ospedale psichiatrico Burghölzli.

Dopo la laurea Einstein trovò lavoro presso l’ufficio brevetti di Berna. Insieme con l’amico e collega di lavoro Michele Besso fondò un gruppo di discussione chiamato “Accademia Olimpia”, dove si discuteva di scienza e filosofia.

1905 L’ANNUS MIRABILIS: Il 1905 fu un anno di svolta nella vita di Einstein e nella storia della fisica. Nel giro di sette mesi pubblicò sei lavori:

  1. un articolo, ultimato il 17 marzo, che spiegava l’effetto fotoelettrico in base alla composizione della radiazione elettromagnetica di quanti discreti di energia (poi denominati fotoni), secondo il concetto di quanto ipotizzato nel 1900 da Max Planck. Questo studio gli avrebbe valso il Premio Nobel per la fisica nel 1921 e avrebbe contribuito allo sviluppo della meccanica quantistica;
  2. la tesi di dottorato sul tema “Nuova determinazione delle dimensioni molecolari”, pubblicata il 30 aprile. Sarebbe diventato lo scritto di Einstein più citato nella letteratura scientifica degli anni settanta;
  3. un articolo, datato 11 maggio, sul moto browniano, che costituiva uno sviluppo della sua tesi di dottorato;
  4. una prima memoria, in data 30 giugno, dal titolo Zur Elektrodynamik bewegter Körper (Sull’elettrodinamica dei corpi in movimento) che aveva come oggetto l’interazione fra corpi carichi in movimento e il campo elettromagnetico vista da diversi osservatori in stati di moto differenti. La teoria esposta nell’articolo, nota successivamente con il nome di Relatività ristretta (o speciale), risolveva i contrasti tra teoria meccanica e teoria elettromagnetica della luce, che avevano caratterizzato la fisica dell’Ottocento, con una revisione dei concetti di spazio e di tempo assoluti;
  5. un’altra memoria sulla relatività ristretta, datata 27 settembre, che conteneva la nota formula E=mc²;
  6. un altro articolo sul moto browniano, pubblicato il 19 dicembre.

L’INSEGNAMENTO E LA VITA PRIVATA: Einstein ottenne il dottorato il 15 gennaio del 1906 e insegnò a Berna a partire dal 1908. Nel 1909 pubblicò Über die Entwicklung unserer Anschauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung, sulla quantizzazione della luce. In questo e in un precedente scritto dello stesso anno dimostrò che l’energia dei quanti di Max Planck deve avere una quantità di moto ben definita. Questo scritto introdusse il concetto di fotone (anche se il termine “fotone” fu usato come tale da Gilbert Lewis nel 1926) e ispirò la nozione di dualismo onda-particella nella meccanica quantistica.

Nel 1911 si trasferì a Praga e nel 1914 fu nominato direttore dell’Istituto di Fisica dell’Università di Berlino, dove rimase fino al 1933. In quegli anni effettuò alcune ricerche sulla meccanica statistica e sulla teoria della radiazione.

Sin dal marzo 1912 aveva iniziato una relazione con la cugina trentaseienne divorziata Elsa Löwenthal e della moglie diceva che era come una dipendente che non poteva licenziare. Per incontrare Elsa spariva per giorni finché andò via da casa, dettando poi condizioni incredibili alla moglie:

  1. che i suoi vestiti e la biancheria fossero mantenuti in ordine e in buono stato;
  2. che egli ricevesse i suoi tre pasti regolarmente nella sua stanza;
  3. che la sua camera da letto e lo studio fossero sempre puliti e, in particolare, che sulla sua scrivania potesse mettere le mani solo lui.

Mileva avrebbe anche dovuto rinunciare a ogni rapporto personale, astenersi dal criticarlo sia a parole sia con azioni davanti ai figli. Inoltre Einstein aggiunse altri punti:

  1. Non doveva aspettarsi intimità.
  2. Doveva smettere immediatamente di rivolgersi a lui se lo richiedeva.
  3. Doveva uscire all’istante dalla stanza e senza protestare se egli lo richiedeva.

Mileva accettò ed egli tornò a casa, ma dopo pochi mesi lei tornò con i figli a Zurigo e nel 1919 i due divorziarono, a fronte di un accordo economico (pensione di reversibilità, aumentare i versamenti e ricevere tutto il denaro del futuro premio Nobel). Nello stesso anno Einstein sposò in seconde nozze la cugina, a cui restò legato fino alla morte di lei nel 1936.

TEOREMA DELLA RELATIVITA’ GENERALE: Nel 1915 Einstein propose una teoria relativistica della gravitazione, denominata relatività generale, che descriveva le proprietà dello spaziotempo a quattro dimensioni: secondo tale teoria la gravità non è altro che la manifestazione della curvatura dello spaziotempo.

Einstein dedusse le equazioni del moto da quelle della relatività speciale valide localmente nei sistemi inerziali; dedusse inoltre il modo in cui la materia curva lo spaziotempo imponendo l’equivalenza di ogni possibile sistema di riferimento (da cui il nome di “relatività generale”).

In particolare, il potenziale gravitazionale newtoniano viene reinterpretato come l’approssimazione, per campo debole, della componente temporale del tensore metrico: da questo discende il fatto che il tempo scorre più lentamente in un campo gravitazionale più intenso. Alla pubblicazione, la teoria venne accolta con scetticismo da parte della comunità scientifica, perché derivata unicamente da ragionamenti matematici e analisi razionali, e non da esperimenti e osservazioni.

Nel 1917 mostrò il legame tra la legge di Bohr e la formula di Planck dell’irraggiamento del corpo nero. Nello stesso anno introdusse la nozione di emissione stimolata, che sarebbe poi stata applicata alla concezione del laser.

Nel 1919 le predizioni della relatività generale furono confermate dalle misurazioni dell’astrofisico Arthur Eddington effettuate durante un’eclissi solare, che verificarono che la luce emanata da una stella era deviata dalla gravità del sole. Le osservazioni ebbero luogo il 29 maggio del 1919 a Sobral, in Brasile, e nell’isola di Príncipe, nello Stato di São Tomé e Príncipe.

«Max Planck non capiva nulla di fisica, perché durante l’eclissi del 1919 è rimasto in piedi tutta la notte per vedere se fosse stata confermata la curvatura della luce dovuta al campo gravitazionale. Se avesse capito la teoria, avrebbe fatto come me, e sarebbe andato a letto.»
(Archivio Einstein 14-459)

Da allora esperimenti sempre più precisi hanno confermato le predizioni della teoria, prevalentemente nell’ambito dell’astronomia (precessione del perielio di Mercurio e lenti gravitazionali).

L’ANTISEMITISMO COLPISCE EINSTEIN: Le posizioni antimilitariste assunte da Einstein durante la prima guerra mondiale, nonché il crescente clima antisemita in Germania crearono un ambiente particolarmente scomodo. Presto cominciò a ricevere lettere minatorie e ingiurie mentre usciva dal suo appartamento o dall’ufficio. Nel febbraio 1920 un gruppo di studenti interruppe una sua lezione e uno di essi gridò: «Taglierò la gola a quello sporco ebreo!». Fu poi lo stesso Ministro dell’Istruzione a scrivergli una lettera di stima da parte del governo tedesco.

L’antisemitismo divenne anche la molla per attacchi sul campo scientifico, tanto che, per reazione, scrisse un articolo per il Berliner Tageblatt dal titolo La mia risposta, in cui denunciava il fatto che se non fosse stato un ebreo le sue teorie non sarebbero state attaccate in maniera così veemente. Ma quella sua reazione scomposta lo fece pentire di essersi lasciato trascinare dall’ira.

Il clima divenne ancor più pericoloso quando il 24 giugno 1922 fu assassinato il ministro degli esteri tedesco Walther Rathenau, che era ebreo. Era la 350ª vittima per mano della destra dalla fine della guerra.

IL NOBEL, LA MATURITA’ E GLI ULTIMI ANNI: Il 27 aprile 1920 Bohr giunse a Berlino su invito di Max Planck. Essendo presente a Berlino anche Einstein, si colse l’occasione per un incontro a tre dei più importanti fisici dell’epoca. L’incontro fu estremamente cordiale: seppur diversi caratterialmente si trovarono a loro agio parlando per tutto il tempo di fisica, confrontando le loro idee. «Poche volte, nella vita, una persona mi ha dato tanta gioia con la sua sola presenza come stato nel suo caso», scrisse successivamente Einstein a Bohr.

Nel 1921 ottenne il Premio Nobel per la Fisica per il suo lavoro del 1905 sulla spiegazione dell’effetto fotoelettrico (il premio fu effettivamente assegnato nel 1922). In quegli anni cominciò a dedicarsi alla ricerca di teorie di campo unificate, argomento che lo appassionò fino alla fine, assieme ai tentativi di spiegazioni alternative dei fenomeni quantistici; infatti la sua concezione del mondo fisico mal si conciliava con le interpretazioni probabilistiche della meccanica quantistica. Il più famoso tentativo in questo senso fu il paradosso EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) elaborato con Boris Podolsky e Nathan Rosen.

Nel 1927 Einstein venne invitato dal governo italiano a partecipare al Congresso internazionale dei Fisici, che si svolgeva quell’anno a Como in occasione del centenario dalla morte di Alessandro Volta. Egli fu il solo a declinare l’invito per la sua opposizione al regime di Mussolini.

Nel gennaio del 1933, quando Adolf Hitler salì al potere, Einstein si trovava momentaneamente all’università di Princeton come professore ospite. Il 7 aprile dello stesso anno venne promulgata la “Legge della Restaurazione del Servizio Civile”, a causa della quale tutti i professori universitari di origine ebraica furono licenziati. Nell’ottobre del 1933, con l’intensificarsi delle persecuzioni anti-semitiche, decise di trasferirsi negli Stati Uniti. Durante gli anni trenta, con i nazisti al potere, i premi Nobel Philipp von Lenard e Johannes Stark condussero una strenua campagna atta a screditare i suoi lavori, etichettandoli come “fisica ebraica”, in contrasto con la “fisica tedesca” o “ariana”. Nel 1944, a Rignano sull’Arno, la moglie e le figlie di suo cugino Robert furono uccise da un reparto delle SS, verosimilmente come rappresaglia nei suoi confronti; la strage, a cui si aggiunse l’anno seguente la perdita del cugino, morto suicida, colpì molto Einstein, che aveva acquisito la cittadinanza statunitense nel 1940 e che non rientrò più in Europa, rimanendo negli USA fino alla morte.

Oltre all’insegnamento e alle apparizioni in pubblico, presso l’Institute for Advanced Study di Princeton proseguì le sue ricerche, studiando anche alcuni problemi cosmologici e le probabilità delle transizioni atomiche. Negli ultimi anni di vita tentò di unificare la gravità e l’elettromagnetismo, le due forze fondamentali allora conosciute, sebbene si può notare fosse già iniziato lo studio della forza nucleare forte e della forza nucleare debole, quest’ultima per opera di Enrico Fermi. Nel 1950 descrisse la sua teoria di unificazione, rivelatasi poi parzialmente errata, in un articolo sulla rivista Scientific American.

Vi è anche una parte della sua personalità collegata a un senso più pratico della scienza. Nel 1929 infatti lavorò insieme con Leó Szilárd a un prototipo di macchina frigorifera ad assorbimento diffusione, realizzando un brevetto innovativo di un refrigeratore funzionante solo con una miscela di acqua, ammoniaca e butano, senza parti in movimento e con consumi elettrici bassissimi. Il brevetto, registrato negli Stati Uniti nel 1930, non fu mai commercializzato perché fu soppiantato commercialmente dal brevetto Servel-Electrolux per gli attuali frigoriferi con ciclo ad assorbimento, oggi noti principalmente per motocaravan e roulotte. Recentemente però sono stati fatti studi volti a un eventuale utilizzo pratico dell’idea alla base del brevetto Einstein-Szilard.

Nel 1952, quando il Presidente d’Israele Chaim Weizmann morì, l’allora Primo Ministro gli offrì l’incarico, ma rifiutò, spiegando di mancare sia dell’inclinazione sia dell’esperienze necessarie.

LA MORTE: Il 17 aprile del 1955 fu colpito da una improvvisa emorragia causata dalla rottura di un aneurisma dell’aorta addominale, arteria che era stata già rinforzata precauzionalmente con un’operazione chirurgica nel 1948. Fu ricoverato all’ospedale di Princeton, dove morì nelle prime ore del mattino del giorno dopo (ore 1:15 del 18 aprile 1955) a 76 anni.

Aveva espresso verbalmente il desiderio di essere cremato, ma Thomas Stoltz Harvey, il patologo che effettuò l’autopsia, di propria iniziativa rimosse il cervello e lo conservò a casa propria immerso nella formalina in un barattolo sottovuoto per circa 30 anni. Il resto del corpo fu cremato e le ceneri furono disperse in un luogo segreto. Quando i parenti di Einstein furono messi al corrente, per il bene della scienza acconsentirono al sezionamento del cervello in 240 parti da consegnare ad altrettanti ricercatori; la parte più grossa è custodita nell’ospedale di Princeton.

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