1920-1955 Einstein

Albert Einstein
Leven en werk
Vijfde les
De latere jaren
1920-1955
1919: Twee krachten, twee deeltjes
In 1919 kennen we twee krachten: elektromagnetisme en
zwaartekracht en twee elementaire deeltjes: elektron en proton.
De twee krachten worden beschreven met afzonderlijke
veldentheorieën: de vergelijkingen van Maxwell-Lorentz voor het
elektromagnetisme en die van Einstein voor de zwaartekracht.
Protonen en het elektronen vormen atomen, bestaande uit een kleine
zware kern (proton-elektron combinaties) met daaromheen op grote
afstand elektronen (Rutherford). Hiervoor geldt het kwantumpostulaat:
atomaire elektronen kunnen alleen bestaan in bepaalde stationaire
banen, dus bij bepaalde energieën. Elektromagnetische straling (“licht”)
ontstaat/vergaat bij de overgang van elektronen van de ene naar de
andere stationaire baan (Bohr-Sommerfeld).
Deze straling heeft om statistisch-mechanische redenen zowel een
deeltjes- als een golfkarakter (Planck-Einstein).
Geünificeerde veldentheorie
Einstein 1919 zet zich na het voltooien van de algemene relativiteitstheorie
aan een nieuwe taak: het verenigen van de twee afzonderlijke
veldentheorieën in een geünificeerde veldentheorie. Hij gaat ervan uit dat
deze theorie dezelfde structuur heeft: partiële differentiaalvergelijkingen die
invariant zijn onder een (locale) lorentztransformatie (“covariant”).
Hij verwacht de elementaire deeltjes en het lichtdeeltje als gevolg.
Hij vindt geen leidend fysisch beginsel (constantheid van de lichtsnelheid,
equivalentie van trage en zware massa, ..). en wisselt regelmatig van
gezichtspunt: vijfdimensionale theorieën versus connecties. Hij verliest zich
steeds meer in wiskunde en komt steeds meer alleen te staan.
Hij bestrijdt of negeert na 1919 verdere ontwikkelingen :
• De nieuwe kwantummechanica.
• De ontdekking van nieuwe deeltjes (neutrino, neutron, meson, …).
• De ontdekking van nieuwe krachten (zwakke en sterke wisselwerking).
Voor het grote publiek is hij een icoon, voor de jonge generatie van fysici
(Heisenberg, Pauli, Dirac, …) is hij een buitenstaander.
1905-1920 Einstein staat
(vrijwel) alleen in zijn opvatting
over het lichtkwant: Einstein de
revolutionair. Natuurkundige
uitgangspunten staan voorop.
1920-1955 Einstein staat (vrijwel)
alleen in zijn streven naar unificatie
en in zijn afwijzing van de
kwantummechanica: Einstein de
reactionair. Wiskundige
uitgangspunten staan voorop
Pauli 1935, de “Geisel Gottes”, in een brief aan Heisenberg
n.a.v. het EPR artikel: “Einstein heeft zich weer eens
publiekelijk uitgelaten over de kwantummechanica […] Zoals
bekend is dat een catastrofe iedere keer dat het gebeurt.”
Geünificeerde veldentheorie:
Chronologie
1922 Publicatie over de vijfdimensionale theorie van Kaluza.
1925 Publicaties over de aanpak van Eddington, gebaseerd op een idee van
Weyl: connecties. De Maxwellvergelijkingen laten zich niet afleiden en “De
theorie […] brengt ons geen inzicht in de structuur van elektronen”.
“Darüber steht das marmorne Lächeln der unerbittlichen Natur, die uns mehr
Sehnsucht als Geist verliehen hat.”
1925 Asymmetrische connecties “[…] ik geloof dat ik nu de ware oplossing heb
gevonden.“
1927 Terug naar Kaluza. Reproduceert werk van Klein. “Lang leve de vijfde
dimensie”.
1928 Laat een essentieel element van de algemene relativiteitstheorie vallen.
Introduceert absolute parallelliteit. Reproduceert werk van Cartan. “Nauwelijks
twijfel.” The New York Times: “Einstein on verge of great discovery; resents
intrusion.” Hij duikt kortstondig onder voor de pers. Pauli wil weten wat er
geworden is van de periheliumbeweging van Mercurius, de lichtafbuiging en de
behoudswetten van energie en impuls.
1931 Brief aan Pauli: “Sie haben also recht gehabt, Sie Spitzbube.”
Werkt aan locale 5-vector ruimtes.
1933 Spencer lezing. Drukt zijn overtuiging uit dat zuiver wiskundige
constructies het mogelijk maken natuurkundige begrippen en de wetten
die hen verbinden te ontdekken.
1938-1941 Laatste werk aan de Kaluza-Klein theorie van vijf dimensies.
1940-1945 Onderzoekt de mogelijkheid af te zien van een theorie met
uitsluitend partiële differentiaalvergelijkingen.
1945-1955 Publiceert zijn “definitieve theorie” gebaseerd op
asymmetrische connecties. “Naar mijn mening is de hier gepresenteerde
theorie de logisch meest eenvoudige relativistische veldentheorie die
mogelijk is. Maar dit betekent niet dat de natuur geen complexere
veldtheorie kan gehoorzamen.” The New York Times “Einstein offers
new theory to unify law of cosmos.”
De theorie kan zelfs niet in benadering de Maxwell vergelijkingen
produceren.
1955 Vraagt op zijn sterfbed om zijn aantekeningen, pen en papier en
werkt verder tot zijn dood.
2008: Drie krachten, heel veel
deeltjes
In 2008 kennen we drie krachten: zwaartekracht, elektro-zwakke kracht
en sterke kracht.
De elektro-zwakke kracht is een unificatie van elektromagnetisme en
zwakke kracht. De zwakke kracht geldt voor vervalsprocessen zoals het β
verval (nobelprijzen voor Van der Meer, ‘t Hooft en Veltman).
De sterke kracht geldt voor het binden van quarks in nucleonen (proton,
neutron) en mesonen en het binden van nucleonen in de atoomkern.
Zwaartekracht beschrijven we met een klassieke veldentheorie: de
algemene relativiteitstheorie van Einstein.
De overige twee beschrijven we met kwantumveldentheorieën. De
wisselwerking berust op het uitwisselen van deeltjes: foton voor het
elektromagnetisme, W en Z bosonen voor de zwakke kracht en gluonen
voor de sterke kracht.
De (vele) elementaire deeltjes (elektron, quark, foton, W en Z boson, gluon,
…niet proton: is samengesteld uit quarks) beschrijven we met het
standaardmodel. Nog niet ontdekte schakel: Higgs deeltje (LHC!).
Unificatie wordt driftig nagestreefd: stringtheorie en supersymmetrie.
Albert Einstein 1919-1955
1919 Ontmoetingen met zionist Blumenfeld. Ontluikend zionisme. “Men
kan internationaal georiënteerd zijn zonder zijn betrokkenheid met de
leden van de stam te verliezen.”
1920 Bijzonder hoogleraar in Leiden. Patent voor een gyrokompas.
De “Arbeitsgemeinschaft deutscher Naturforscher zur Erhaltung reiner
Wissenschaft e. V.” kondigt een cyclus van lezingen aan tegen de
relativiteitstheorie. Hij gaat met Lenard in debat.
Neemt zijn zieke moeder in huis in Berlijn, die daar sterft.
1920-? Heeft diverse affaires met andere vrouwen. “Ik moet in de sterren
zoeken wat mij op aarde niet is gegeven.”
1920-1924 Reizen door Europa en naar Japan, Zuid Amerika en de VS.
Enorme publieke belangstelling. Stormachtig onthaal. Werft fondsen
voor de stichting van de Hebreeuwse Universiteit in Jeruzalem.
Patent met Szilard voor een nieuw type ijskast.
1921 bij aankomst in de VS
met Elsa en de zionistische
leiders Weizmann en
vrouw, Ussishkin en
Mossinson
Ooggetuige in Wenen: “Het publiek was in een merkwaardige staat van
opwinding waarin het er niet langer toe doet wat men er van begrijpt maar
alleen dat men in de onmiddellijke nabijheid is van een plaats waar wonderen
gebeuren.”
1922 Lid van het Comité voor Intellectuele Samenwerking van de
Volkerenbond.
1922-1955 Publicaties over Einheitliche Feldtheorie. Poging om
elektromagnetisme en gravitatie in een differentiaalgeometrische theorie te
verenigen mislukt.
1922 Nobelprijs voor zijn verklaring van het foto-elektrisch effect.
1924 Bose-Einstein condensatie en kwantumgas. Wordt betalend lid van de
Joodse congregatie in Berlijn.
1927 Begint zijn dispuut met Bohr over de interpretatie van de
kwantummechanica op het vijfde Solvay congres.
1928 Oververmoeid en hartklachten. Enige tijd bedlegerig. Helen Dukas
wordt zijn secretaresse voor het leven.
1932 Hoogleraar bij het Instituut voor Advanced Study in Princeton.
1933 Verlaat Duitsland en vestigt zich in Princeton. Zal niet meer
terugkeren naar Europa.
1935 Einstein – Podolski – Rosen artikel over incompleetheid van de
kwantummechanica vanuit het standpunt van fysische realiteit.
1936 Elsa sterft na een korte ziekte. “Ik […] leef als een beer in zijn hol en
voel me meer thuis dan ooit […]. Deze beerachtige eigenschap is
toegenomen vanwege de dood van mijn kameraad, die meer aan mensen
gehecht was [dan ik].”
Bij de dood van Besso 1955: “Wat ik het meest in hem bewonderde was
dat hij in harmonie kon leven met een vrouw [Anna Winteler], een
onderneming waarin ik tweemaal nogal jammerlijk faalde.”
1939 tekent op verzoek van Szilard een brief aan President Roosevelt met
een waarschuwing voor de mogelijkheid van een atoombom.
Zijn zuster Maja komt naar Princeton. Haar man Paul Winteler blijft achter
in Parijs.
1940: Albert en Maja Einstein en Helen Dukas ingezworen als Amerikaans
staatburger. Hij behoudt zijn Zwitserse nationaliteit.
1940-1945 Consulent bij de marine voor zware explosieven.
1945 -1955 Pleidooi voor wereldregering. Openlijke afkeuring van
McCarthyisme o.a. vanwege de zaak Oppenheimer. Einstein- Russel
manifest. Supporter van Israel.
1946 Maja krijgt een hersenbloeding en wordt bedlegerig. Zij overlijdt in 1951.
1949 Mileva overlijdt.
1950 Kijkoperatie vanwege periodieke buikklachten, vermoedelijk veroorzaakt
door een gezwel. Hij heeft een aneurisma (uitstulping door een verzwakte
bloedvatwand) van de buikaorta. Van verder ingrijpen wordt afgezien.
1952 Slaat het aanbod om president van Israël te worden af .
Ben Gurion: “Wat hadden we moeten doen als hij ja gezegd had?”
13 april 1955 Hij stort in en wordt opgenomen. Weigert een ingreep.”Ik
heb mijn bijdrage geleverd, het is tijd te gaan.” Werkt in het ziekenhuis aan
een toespraak ter gelegenheid van Israëls onafhankelijkheidsdag en aan
zijn veldentheorie. 18 april De aorta scheurt en hij overlijdt. Zijn laatste
woorden zijn in het Duits en worden niet verstaan door de Amerikaanse
verpleegster.
Hij wordt in kleine kring gecremeerd en de as is uitgestrooid op een
onbekende plek. Zijn hersenen worden bewaard en zijn onderzocht.
Geen bijzonderheden.
Albert Einstein:
e
de man van de 20 eeuw?
•
•
•
•
•
Ongewoon scherp verstand.
Ongewoon groot doorzettingsvermogen.
Ongewoon onafhankelijk.
(Voor een fysicus) ongewoon veelzijdig.
Omstandigheden (Grossman, karakter, uiterlijk,
tijdsbestek 1905/1919) zaten mee.
Wachten op de nieuwe Einstein:
• Unificatie van gravitatie met de overige krachten.
• Zwarte massa en zwarte energie.
• Verklaring van de waarden van natuurconstanten (k, h, e, c, me, mp, … )
• …
De natuurkunde is nog steeds niet af!