Scientia

Continuăm seria dedicată greşelilor lui Einstein cu al treilea şi ultimul episod, în care puteţi citi despre încercările de unificare a ştiinţei ale lui Einstein, greşelile făcute, dar şi despre modul în care marele fizician s-a raportat la problemele politice ale vremii.

Greşelile lui Albert Einstein (2)

ÎNCERCĂRI DE UNIFICARE

Respingerea de către Einstein a mecanicii cuantice a contribuit la izolarea marelui fizician de alte cercetări în fizică în perioada 1930-1955; dar a mai existat un factor. Poate cea mai mare greşeală a lui Einstein a fost aceea că a devenit prizonierul propriilor sale succese. Este cel mai natural lucru din lume ca atunci când ai repurtat victorii în trecut să încerci să obţii noi succese folosind aceeaşi tactică ce a funcţionat anterior. Amintiţi-vă sfatul dat de un ataşat militar sovietic preşedintelui egiptean Gamal Abd al-Nasser în 1956: "Retrăgeţi-vă trupele către centrul ţării şi aşteptaţi iarna".

Steven Weinberg, autorul articolul "Greşelile lui Einstein"

Şi ce fizician a avut parte de victorii mai răsunătoare decât Einstein? După enormul succes în găsirea unei explicaţii pentru gravitaţie în geometria spaţiului şi a timpului, era natural ca el să încerce să introducă gravitaţia împreună cu celelalte forţe într-o "teorie unificată a câmpului" bazată pe principii geometrice. Despre alte lucruri care se întâmplau în fizică, Einstein a comentat în 1950 că "toate încercările de a obţine o mai bună înţelegere a fundamentelor fizicii îmi par sortite eşecului atâta timp cât conceptele fundamentale nu sunt în acord cu relativitatea generală de la început". Întrucât electromagnetismul era singura forţă care părea - după efectele macroscopice - să semene cât de cât cu gravitaţia, Einstein a sperat în ultimii săi ani să realizeze o unificare a celor două forţe.

Voi menţiona doar două dintre multele încercări de unificare realizate de Einstein. Una a fost bazată pe ideea unei a cincea dimensiuni, propuse în 1921 de Theodore Kaluza. Să presupunem că scriem ecuaţiile relativităţii generale pentru cinci dimensiuni, iar tensorul metric 5D nu depinde de a cincea dimensiune. Astfel, partea tensorului metric ce leagă cele patru dimensiuni clasice cu cea de-a cincea dimensiune satisface aceeaşi ecuaţie de câmp ca potenţialul vectorului în teoria lui Maxwell a electromagnetismului; partea tensorului metric ce uneşte doar cele patru dimensiuni clasice satisface ecuaţiile de câmp ale relativităţii generale 4D.

Einstein copil
Cea mai veche fotografie cunoscută a lui Albert Einstein
Credit: th.physik.uni-frankfurt.de

Ideea unei dimensiuni adiţionale a devenit şi mai atractivă în 1926, când Oskar Klein a renunţat la ideea conform căreia câmpurile sunt independente de cea de-a cincea coordonată şi a presupus în schimb că cea de-a şasea dimensiune este înfăşurată într-un cerc micuţ în aşa fel încât câmpurile se află periodic în această coordonată. Klein a găsit că în această teorie partea tensorului metric care uneşte cea de-a cincea dimensiune cu ea însăşi se comportă ca funcţia de undă a unei particule încărcate electric, aşa că pentru un moment Einstein a avut impresia că există şansa ca nu doar gravitaţia şi electromagnetismul, dar şi materia să fie guvernată de o teorie geometrică unificată. Dar s-a dovedit că dacă sarcina electrică a unei particule este identificată cu sarcina unui electron, atunci masa particulei devine prea mare, cu un factor de aproximativ 10¹⁸.

E păcat că Einstein a renunţat la ideea lui Kaluza şi a lui Klein. Dacă ar fi extins această idee de la cinci la şase ori mai multe dimensiuni este posibil să fi descoperit teoria câmpului (inventată în 1954 de C.N.Yang şi Robert Mills) şi generalizările acesteia - parte a acestora fiind parte din teoriile moderne ale interacţiunilor electromagnetice, tari şi slabe. Se pare că Einstein nu a dat nicio atenţie forţelor nucleare tari şi slabe, probabil pentru că ele i-au părut foarte diferite de gravitaţie şi forţa electromagnetică.

Carl W.Oseen, Niels Bohr, James Franck, Oskar Klein, Max Born (în faţă)
Credit: th.physik.uni-frankfurt.de

Astăzi ştim că ecuaţiile ce descriu forţele cunoscute (cu excepţia gravitaţiei) sunt destul de asemănătoare, diferenţele ce apar în fenomenele care se nasc din capturarea luminii pentru interacţiunile tari şi simetria spontană dispărând în cazul interacţiunilor slabe. Chiar şi aşa, Einstein ar fi probabil nefericit şi cu teoriile de astăzi, pentru că nu sunt unificate cu gravitaţia şi pentru că unele valori constante cu privire la constituenţii fundamentali ai materiei - electronii, quarcurile ş.a.m.d. - încă trebuie încorporate apriori în ecuaţii¹.

Înainte ca Oskar Klein să-şi facă publice ideile, Einstein iniţiase o abordare diferită, bazată pe un calcul simplu. Dacă se renunţă la condiţia ca tensorul metric 4x4 să fie simetric, atunci acesta va avea 16, nu 10 componente independente, iar cele 6 componente rămase vor avea proprietăţile necesare pentru a fi identificate drept câmpurile electric şi magnetic. În mod echivalent, se poate presupune că metricul este complex, dar Hermitian. Problema cu această idee, aşa cum Einstein şi-a dat seama cu durere, este că nu e nimic în ea care să lege cele 6 componente  ale câmpurilor electric şi magnetic de cele 10 componente ale tensorului metric ce descrie gravitaţia. O transformare Lorentz ori orice formulă de transformare a coordonatelor va converti câmpurile electric şi magnetic în amestecuri de câmpuri electrice şi magnetice, dar nicio transformare nu le poate uni cu câmpul gravitaţional. Această abordare formală, spre deosebire de ideea Kaluza-Klein, nu a lăsat niciun rest care să fie prezent în cercetarea curentă. Încrederea în matematică drept sursă de inspiraţie, care l-a servit atât de bine pe Einstein în dezvoltarea relativităţii generale, l-a trădat pe marele fizician de această dată.

Einstein (stânga, rândul de jos) în anii de şcoală,  şcoala din Aarau, 1896
Credit: th.physik.uni-frankfurt.de

Chiar dacă a fost o greşeală a lui Einstein să stea deoparte de descoperirile din fizică realizate în anii 1930-1940 de tinerii fizicieni ai vremii, acest fapt dezvăluie o trăsătură de personalitate remarcabilă a acestuia. Einstein nu a vrut niciodată să fie un elitist. Nu a dorit să influenţeze fizicienii pentru a renunţa la munca lor în fizica particulelor şi fizica nucleară şi a urma teoriile einsteiniene. Nu a încercat să umple catedrele de la Institutul pentru Studii Avansate cu acoliţii ori colaboratorii săi.

Einstein nu a fost doar un un om extraordinar, dar şi un om bun. Simţul său moral l-a ghidat şi în alte chestiuni: el s-a opus militarismului în timpul Primului Război Mondial. A refuzat să sprijine Uniunea Sovietică în anii lui Stalin. A devenit un zionist entuziast. A renunţat la pacifism atunci când Europa era ameninţată de Germania nazistă, îndemnând Belgia să se înarmeze. S-a opus public la politica lui McCarthy (1908-1957), care a acuzat numeroşi cetăţeni americani că sunt comunişti, de cele mai multe ori pe nedrept. În această privinţă, a marilor teme publice, Einstein nu a făcut nicio greşeală.

_____
NOTE:

1. Fizicienii şi-ar dori ca valorile unor constante fundamentale să fie prezise de teoriile dezvoltate; dacă raportul sarcinilor electrice ale electronului şi protonului - 1/1 - este o consecinţă a teoriilor existente în fizică, în cazul altor constante fundamentale valorile nu rezultă ca o consecinţă logică a teoriilor existente în prezent - de ex. raportul maselor electronului şi protonului ori constanta structurii fine trebuie să fie încorporate "de mână" în orice sistem de idei, folosind valorile determinate experimental. Oamenii de ştiinţă consideră că nu există vreun motiv pentru care o teorie ar trebui să încorporeze apriori anumite valori pentru aceste constante fundamentale - n.tr.

Acest text reprezintă traducerea (cu permisiunea American Institute of Physics) a articolului "Einstein's Mistakes" scris de Steven Weinberg, publicat în numărul din noiembrie 2005 al revistei Physics Today, pag.31-35.