Equivoci su Einstein, di R. Resnick

Equivoci su Einstein, di Robert Resnick, 1979

Robert Resnick è professore di fisica presso il Rensselaer Polytechnic Institute. Si è laureato presso la Johns Hopkins University. In precedenza è stato presso l'Università di Pittsburgh, dove ha ricevuto il Premio della Fondazione Esso, per l'insegnamento e di merito generale. È membro della American Physical Society ed è stato insignito della Medaglia Oersted dall'Associazione Americana degli Insegnanti di Fisica, la sua più alta onorificenza. Dal 1975 ha occupato la cattedra di Hamilton Distinguished Professor of Science a RPI. Leader nella ricerca educativa e di sviluppo e riforma dei curriculum in fisica, è autore o co-autore di sette libri di testo di fisica differenti. Con David Halliday, Resnick ha scritto il libro di testo più usato per l'introduzione alla fisica nel mondo. Questo articolo è tratto dalla presentazione di Resnick al Simposio promosso dalla Einstein Diviaion of Chemical Education e della American Chemical Society e presso il National 178° ACS a Washington, nel settembre del 1979. Un altro articolo del simposio è stato pubblicato nel numero di giugno [Bent, Henry A, "Einstein e il suo pensiero in chimica", J. Chem. EDUC, 57.395 (1980)].

Nel 1979 ci sono stati festeggiamenti per il 100 ° anniversario della nascita di Einstein. Si sono tenute conferenze nelle città di tutto il mondo, tra cui Gerusalemme e Parigi. A Washington, la National Academy of Science ha sponsorizzato tale conferenza. Durante i colloqui ci sono stati otto scienziati tra cui diversi premi Nobel, alcuni collaboratori di Einstein e un paio di educatori competenti, fra cui io, di cui, il comitato di pianificazione ha scelto due articoli da pubblicare e la mia era una. Quel documento, ristampato nel 1980, è il seguente.

Commenti

Einstein iniziò a suonare il violino da giovane, quando si innamorò della musica di Mozart. Raggiunse un livello semi-professionale, suonando spesso musiche da camera. Ha suonato anche in pubblico per contribuire a raccogliere fondi per alcune cause sociali.

I suoi primi importanti lavori scientifici innovativi sono stati pubblicati nel 1905, ma il premio Nobel non gli è stato assegnato fino al 1921. E 'stato nominato ogni anno, ma bocciato fino a quando non poteva più essere accantonato perché i premi successivi erano basati sulle sue scoperte.

C'erano sentimenti antisemitici in corso (ma Michelson, un altro precedente premiato, era anche ebreo). Qualcuno ha riferito che un membro della commissione disse: "Cosa penserà il mondo di noi se non diamo il premio ad Einstein?". Cosicchè, invece che per la teoria della relatività, il comitato assegnò il premio per la sua spiegazione dell'effetto fotoelettrico (poichè l'introduzione del fotone era rivoluzionaria). Michelson era emigrato negli Stati Uniti dall'Est Europa con la sua famiglia, stabilendosi nel Nevada. Il presidente Grant lo ammisse alla Accademia Navale, il cui edificio di Fisica si chiama ora Michelson Hall.

Ha inventato l'interferometro, uno strumento di precisione estrema, con cui ha effettuato esperimenti storici che (contrariamente alle sue aspettative) contraddicono idee classiche. Al giorno della sua morte non ha mai accettato la teoria della relatività. Nella foto di saluto Einstein a New York, c'è Chaim Weizmann in una macchina. Weizmann è stato un chimico di primo piano britannico che convinse Einstein a venire in America per contribuire a raccogliere fondi per la creazione di una Università ebraica di Gerusalemme. Nella nave con cui attraversò l'Atlantico, Einstein spiegava la sua teoria della Relatività Generale a Weizman, che disse quando arrivò a New York, "forse ho finalmente capito". Weizmann in seguito divenne il primo presidente di Israele ed ebbe il merito di convincere il presidente americano Truman a concedere il riconoscimento degli Stati Uniti per il nuovo stato. Anni dopo, David Ben Gurion, come il presidente uscente di Israele, chiese al suo ambasciatore degli Stati Uniti, Abba Eban, di offrire la presidenza di Israele ad Einstein, l'ebreo più famoso nel mondo. E Ben-Gurion "Che cosa dobbiamo fare se accetta?"

Einstein non era a conoscenza del progetto Manhattan per creare una bomba atomica. E 'stato escluso da qualsiasi forma di associazione e informazioni sul programma a causa del suo notorio pacifismo e delle sue idee socialiste. Per mostrare che la mano sinistra non sapeva cosa faceva la destra, la US Navy ha invitò Einstein (che accettò) a lavorare per gli esplosivi subacquei.

Quando ero uno studente di college nei primi anni quaranta, molti dei miei vicini e amici di famiglia, mi chiedeva "Cosa stai pensando di diventare studiando?" "sto studiando fisica." "Che cos'è?" mi chiedevano di nuovo sempre. Sentivo che la maggior parte delle mie risposte appariva vago e insoddisfacente a loro, per cui ero costretto a tentare risposte più semplici, quando ho finalmente: "E 'quello che fa Einstein," "Oh!" era la risposta, e finiva la discussione. Naturalmente, nessuno degli interlocutori sapeva realmente ciò che Einstein ha fatto, nè avrebbe mai ammesso la propria ignoranza su quest'uomo famoso. Cosìcchè eccomi qui, quasi 40 anni più tardi, partecipando a un convegno in onore di Einstein, per cercare di chiarire alcune idee sbagliate su di lui, il suo lavoro e su idee sbagliate che molti di noi, me compreso, a volte, hanno avuto. Einstein era uno degli eroi della mia gioventù. Più tardi mi sono innamorato della bellezza della teoria della relatività. Come insegnante di fisica ho scritto su questo argomento, ma non ho fatto ricerca di base su di essa e nemmeno conosco Einstein personalmente. Quindi non mi considero un'autorità speciale per quanto riguarda lui o il suo lavoro.

Come Einstein, però, condivido lo scetticismo dichiarato, riguardo ad una storia che viene narrata su William Powler di Cal Tech.

Sembra che si è tagliato il pollice male e ha dovuto indossare una fasciatura pesanti. Disperando per il fastidio che ne è seguito i giorni seguenti, chiese al medico: "Non posso liberarmi di questo benda?" Dopo aver guardato il pollice in fase di guarigione, il medico disse "Va bene, ma voglio che tu immerga il pollice in acqua fredda più volte al giorno." "acqua fredda? " disse Powler "mia madre mi ha sempre detto che dovevo lavarmi con l'acqua calda". "Beh" disse il dottore, "tua madre sbagliava. La mia diceva di usare invece acqua fredda ".

Ora, quali sono questi pregiudizi? La lista è lunga, e i miei colleghi illustri probabilmente ne aggiungerebbero altri alla mia lista. Anzi, ho confrontato la mia lista drasticamente in funzione dei tempi. Cito due esempi brevemente per fare il punto su queste idee sbagliate. (1)

1) Ho imparato molto da scritti degli storici della scienza, come Martin Klein e Gerald Holton, e da amici e soci di Einstein, come Banesch Hoffman e Philip Franck ma soprattutto dagli scritti di Einstein stesso. Einstein era un (wizard=cattivo?) matematico. In realtà aveva scelto la fisica oltre matematica perché, da studente, vide scarsa unità nel settore della matematica, ma aveva grande intuizione fisica, per cui si rivolse ad altri per l'assistenza nel campo della matematica durante tutta la sua carriera. Infatti, in un'occasione commentò un po scherzosamente, che non riconosceva più la sua teoria della relatività dopo che furono aggiunte le formule matematiche.

(2) Einstein era politicamente ingenuo e pronto a firmare qualsiasi petizione, ma fu coerente nelle sue azioni durante la sua intera vita. Si è rifiutato di firmare, fornire supporto o agire per un gran numero di richieste che violassero tale coerenza. Ci sono molte idee sbagliate da ignorare, ma sufficienti per chiarire vari fraintendimenti.

1° equivoco:

Einstein vinse il Premio Nobel per la sua teoria della relatività.

In realtà, la citazione recita: "per i suoi servizi alla fisica teorica e in particolare per la sua scoperta della legge dell'effetto fotoelettrico". Inoltre, è significativo che la relatività non è stata specificamente menzionata nella citazione originale anche se la fama di Einstein come un fisico è sicuramente riposta sulla sua teoria speciale e generale della relatività. Ora, la solita spiegazione di tutto questo è che, nel suo testamento, Alfred Nobel aveva stabilito che il premio fosse assegnato per una recente scoperta nel campo della fisica, da cui l'umanità aveva derivato un grande beneficio e anche una teoria, non importa quanto importante, poteva essere premiata.

Tuttavia, la legge dell'effetto fotoelettrico era solo una previsione di un'altra teoria di Einstein, la teoria quantistica della luce.

In teoria quantistica di Einstein, però "i fatti sono stati scoperti" - cioè, le dichiarazioni sono state fatte da fenomeni osservabili che potevano essere dedotte direttamente. Naturalmente, si potrebbe sostenere lo stesso per la teoria della relatività, tranne che il treno di ragionamento, nel caso di alcuni "fatti scoperti" dalla relatività potrebbe essere considerato meno diretta. La verità è che, in qualità di osservatori al momento e dal momento che hanno sottolineato, che la relatività è stato poi considerato molto controverso, sia scientificamente e politicamente.

Era stato ampiamente attaccato e non era esattamente facile da comprendere, e l'Accademia svedese usò l'espediente di sottili distinzioni per assegnare il premio ad Einstein, evitando di esprimere alcun parere su una controversa teoria.

Millikan recente verifica brillante sperimentale di ogni aspetto delle leggi fotoelettrico - come aveva detto "contrario alle mie aspettative" - e la sua caratterizzazione dell' ipotesi di Einstein fornì un ampio e sicuro motivo per l'assegnazione ad Einstein del premio.

Sembra particolarmente adatto a questo punto richiamare una frase di Einstein: Una teoria è qualcosa che nessuno crede, tranne la persona che intende la teoria, mentre un esperimento è una cosa tutti credono, tranne la persona che fa l'esperimento. Einstein ebbe il Nobel per 1921, ma gli fu dato tardivamente un anno più tardi, insieme con la nomina di Bohr per il premio del 1922.

In una lettera a Einstein, Bohr scrisse che era un onore per lui ricevere il premio Nobel contemporaneamente e che il contributo di Einstein al campo speciale di Bohr avrebbe dovuto essere riconosciuto prima che fosse premiato Bohr. In risposta Einstein disse: "La sua lettera ... mi ha dato piacere tanto quanto il Premio Nobel. Trovo lusinghevole la vostra preoccupazione perché avrebbe potuto ricevuto il premio prima di me, il che è veramente 'Bohrish'".

Millikan casualmente vinse il Premio Nobel nel 1923. Teoria quantistica di Einstein della luce entra nel lavoro di molti dei premi Nobel seguenti, così l'Accademia non poteva aspettare più a riconoscere i meriti di Einstein. Più avanti nel documento ufficiale della Reale Accademia Svedese delle Scienze, datato 10 dicembre 1922, è stato affermato che il premio viene conferito 'indipendentemente dal valore che può essere accreditato alla relatività e alla teoria della gravitazione anche dopo la sua conferma finale.'

Qual era il punto di Einstein in tutto questo?

Forse il migliore indizio è che, in occasione della visita di Einstein a Gotborg, Svezia, nel luglio del 1923, quando fu dato il tardivo Premio Nobel, Einstein totalmente ignorando la prudente formulazione della citazione, parlò ... della teoria della relatività.

2° equivoco:

Solo poche persone al mondo comprendono la teoria generale della relatività, cioè, il lavoro di Einstein sulla relatività generale è incomprensibile.

Quando Einstein ha formulato la sua teoria, essa non era considerata una teoria complessa, e fu l'azione dei giornalisti a potenziare la sua fama presso il grande pubblico.

Sorprendentemente, questa credenza nella incomprensibilità della relatività generale persiste tra le persone istruite anche oggi, anche se in forme nascoste. Come è nato questo convincimento, e perché ne parlo? Non posso fare di meglio che citare Chandrasekhar (1) L'incontro del 6 novembre 1919, della Royal Society ha contribuito a originare un mito che persiste ancora oggi (anche se in una versione molto diluita): "Solo tre persone al mondo capiscono relatività. "

Thompson, presidente della Royal Society, concluse l'incontro con l'affermazione: "Devo confessare che nessuno è ancora riuscito ad affermare in un linguaggio chiaro ciò che il la teoria di Einstein è veramente. "

Ed Eddington replicò che l'incontro è stato dispersivo, Ludwig Silberstein (l'autore di uno dei primi libri sulla relatività) andò da lui e disse: "Professore Eddington, lei deve essere una delle tre personalità nel mondo che capisce la relatività generale". Quando Eddington respinse questa dichiarazione, Silberstein rispose: "Non essere modesto Eddington". Eddington replicò: "Al contrario, sto cercando di pensare chi sia la terza persona!"

Il mito che la relatività generale sia una teoria difficile da capire fece incommensurabile danno al suo sviluppo.

Il fatto è che la teoria della relatività generale non è più difficile rispetto a molti altri rami della fisica. La relatività generale al momento della sua fondazione, richiedeva familiarità con una disciplina matematica (geometria Riemanniana o analisi tensoriale) che i fisici non aveva sviluppato prima di quel momento.

Ma come per vari altri rami della fisica, tra cui la meccanica quantistica (in cui la matrice meccanica era nuova ai fisici). Inoltre, non tutti hanno accettato la teoria di Einstein come valida. Diversi eminenti scienziati l'hanno poco elogiata o erano in disaccordo con essa. Born e Oppenheimer, per citarne due, derisero la connessione della teoria con l'esperienza o la sua influenza sullo sviluppo della fisica.

Questo anche svolse un ruolo importante nel relativo abbandono di questo argomento nella maggior parte dei programmi di laurea in fisica nei decenni precedenti gli anni Sessanta. Lo stesso Einstein impaziente che la relatività generale fosse incomprensibile, disse: "Ogni serio studente della fisica teorica è in grado di comprenderla".

Oggigiorno, corsi che contengono la teoria della relatività generale sono facilmente disponibili, e gli articoli pubblicati che coinvolgono teoria generale della relatività sono dell'ordine di 1000 all'anno. Naturalmente, non tutti sanno che la fisica era difficile al tempo di Einstein. Seelig scrive in una biografia di Einstein, per esempio, "il professor Einstein era seduto accanto a una ragazza 18enne durante una cena. Conversando con il suo vicino: " qual è la sua professione? " "mi dedico allo studio della fisica" rispose Einstein, che aveva i capelli bianchi" Intende dire che studia fisica alla tua età?" disse la ragazza molto sorpresa" "Ho finito giusto un anno fa"

3° equivoco:

Tutto il lavoro di Einstein, o almeno la gran parte di esso, riguarda la teoria della relatività.

Il convegno su "Einstein e il suo Pensiero in Chimica" è di per sé un antidoto a questa sbagliata convinzione.

E 'interessante notare che primo articolo di Einstein, pubblicato nel Annalen der Physik nel 1901, mentre è stato occupato come tutor a Zurigo, era sulla capillarità. Anche se già pubblicato, non è stato accettato per una tesi di dottorato presso l'Università di Zurigo.

Era il suo sesto articolo che fu accettato (dopo la ri-presentazione) come una tesi. Riguardava "una nuova determinazione delle dimensioni delle molecole", tra cui una nuova determinazione del numero di Avogadro. Il suo secondo, terzo, quarto e quinto articolo sulla termodinamica e meccanica statistica, in cui ha sviluppato autonomamente un lavoro di Boltzmann e Gibbs, ma è andato ben oltre le sue idee in statistica. Nel 1905 aveva ottenuto il dottorato di ricerca. In quell'anno, il giornale Annalen der Physik riceveva da Einstein il suo articolo sui quanti di luce che definiva "molto rivoluzionario", il suo articolo sul moto browniano che ha convinto miscredenti come Mach e Ostwald che fossero davvero atomi, e un articolo intitolato "Sulla elettrodinamica dei corpi in movimento" il celebre titolo della carta su quello che in seguito divenne noto come la teoria della relatività speciale.

Tutti, tranne il primo di questi articoli, sono state fatte mentre Einstein stava lavorando a tempo pieno (48 ore / settimana) presso l'Ufficio Brevetti di Berna, prima che avesse qualsiasi collegamento accademico. Fatta eccezione per le discussioni con i suoi amici (ad esempio, Besso), il lavoro è stato fatto completamente da solo. Einstein aveva allora 26 anni, e si dice che hanno fatto notare poi che non aveva mai incontrato un vero e proprio fisico teorico fino all'età di 30. Martin Klein e Allan Nadell (2) hanno messo in evidenza alcune pubblicazioni inedite di Einstein, e cioè le sue numerose recensioni di libri per lo più nella categoria generale del calore, per la rivista (durante il 1905, non prima!) Beiblatter dom den Annalen der Physik. Se ci si chiede dove Einstein ha il tempo per tutto questo lavoro (per non parlare sempre delle idee) cito una sua frase (quando Conrad Habicht lo invitò ad unirsi a lui a Berna): "Tenete a mente che oltre le otto ore di lavoro ogni giorno ci sono otto ore per hobby (!), e oltre a questo vi è la Domenica".

Per continuare a discutere sulle convinzioni sbagliate che lo riguardano, faccio notare che vi sono stati oltre 60 lavori tra le sue pubblicazioni più importanti sulla relatività, nel 1905 sulla relatività ristretta e nel 1915 sulla relatività generale. La maggior parte di questi erano non sulla teoria della relatività. Gli argomenti trattavano, tra gli altri, fotochimica, calore specifico, statistica quantistica di un gas, e una predizione magneto-meccanica che fu chiamato "effetto Einstein-de Haas." E dal 1915 al 1930 il lavoro di Einstein sulla teoria quantistica ha continuato ad essere di grande importanza. Infatti, alfine della sua vita non ha mai smesso di pensare ai quanti. Il numero totale di pubblicazioni scientifiche sono circa 350 e comprendono gran parte del significato in termodinamica, meccanica statistica, la teoria quantistica, ottica, elettrodinamica, fisica molecolare, storia e filosofia della scienza.

4° equivoco:

La teoria della relatività dice "Tutto è relativo".

La teoria della relatività, il nome dato alla sua teoria non è di Albert Einstein ma da altri, soprattutto di Max Planck, avrebbe potuto essere chiamato, invece teoria dell'assolutismo, con qualche giustificazione.

Il nome "relatività" è stata probabilmente causato dal fatto che la teoria di Einstein affontò le misurazioni effettuate da osservatori sul moto relativo, correggendo e generalizzando il principio di relatività classica di Galileo e Newton, e introducendo la relatività della simultaneità. Si tratta, tuttavia, di un nome sfortunato. Il punto è certamente non la relativizzazione delle percezioni di lunghezza e durata, ma, al contrario, la rimozione della natura relativa delle leggi

fondamentali della fisica classica, un risultato che la rende invece assoluta, cioè leggi vere indipendentemente dal punto di vista dell'osservatore. Questo luogo comune che tutto è relativo, originato al di fuori della scienza, forse da persone non abbastanza interessate alla scienza o che vogliono credere in una comprensione sufficiente della teoria di Einstein e da coloro che desiderano banalizzare la scienza. Ma è accettato anche oggi da molte persone istruite. Alcune persone in filosofia e religione, per esempio, l'hanno trattato come una sorta di relativismo etico, anche se Bertrand Russell ha sottolineato che se tutto fosse relativo non ci sarebbe niente per essere relativo ad esso.

Queste distorsioni disturbavano Einstein, ma lui stesso a volte stava al gioco, come quando nel rispondere a una richiesta di una definizione popolare della relatività, disse scherzosamente: "Quando un uomo siede con una bella ragazza per un'ora, gli sembra un minuto. Ma lasciarlo sedere su una stufa calda per solo un minuto, ed è più lungo di un'ora. Questo è la relatività "o, più ironicamente: "Se la relatività sarà smentita i francesi mi chiameranno un tedesco e i tedeschi mi chiameranno ebreo, ma se mi verrà data ragione i tedeschi mi daranno la cittadinanza e i francesi mi faranno cittadino del mondo".

Il fatto che gli osservatori che sono in moto relativo assegnino intervalli di lunghezza e di tempo differenti tra due eventi, piuttosto che trovare questi numeri uguali, sconvolge la mente classica.

Questo è così, nonostante il fatto che anche nella fisica classica i valori misurati del momento o di energia cinetica di una particella, ad esempio, sono differenti anche per due osservatori che sono in moto relativo. Infastidisce, a quanto pare, la nozione filosofica che lunghezza e tempo non sono quantità assolute e che la relatività contraddica questo concetto.

Ora, senza entrare in una duplice strada filosofica, è importante notare che la relatività dice semplicemente che la misura di lunghezza o intervallo di tempo tra un paio di eventi è influenzato dal movimento relativo degli eventi e del misuratore.

Relatività è una teoria della misura, e il movimento influenza la misurazione. Vediamo i vari aspetti di questo. Che il movimento relativo dovrebbe influenzare la misura è quasi un 'idea di "buon senso". La fisica classica è piena di esempi tali, inclusi gli effetti delle aberrazioni e l'effetto Doppler. Inoltre, ci sono lunghezze assolute e tempi relativi. La lunghezza del resto di una canna è una quantità assoluta, uguale per tutti gli osservatori inerziali: se una canna è misurata da diversi osservatori inerziali riportando l'asta nelle loro rispettive cornici, ciascuno misurerà la stessa lunghezza. Analogamente per gli orologi, il tempo giusto (che potrebbe meglio essere stato chiamato "tempo locale") è una quantità invariante: la frequenza di oscillazione di una molecola di ammoniaca, per esempio, dovrebbe essere misurato per essere lo stessa da diversi osservatori inerziali che portano la molecola nelle loro rispettive cornici.

Dove la teoria della relatività è chiaramente "più assoluta" della fisica classica è nel principio di relatività stessa: tutte le leggi della fisica sono assolute.

Le trasformazioni di Galileo e le nozioni classiche contraddicono l'invarianza delle leggi dell'elettromagnetismo (e del'ottica), per esempio. Sicuramente, rinunciando l'assolutezza delle leggi della fisica, come nozione classica di tempo e di domanda di lunghezza, avrebbe lasciato con un arbitrario e complesso mondo fisico. In confronto, la relatività è assoluta e semplice. Infatti, quello che caratterizza la vita di Einstein, è la sua costante ricerca di ciò che è assoluto e universale, ciò che è non cambia in un mondo di cambiamenti e di interazione, e ciò che può unire diverse aree e concetti in un unico insieme di leggi universali.

5° equivoco:

Einstein era solo un teorico, poco familiare o disinteressato a esperimenti e fisica applicata.

Ci sono molti livelli di incomprensione da dissipare qui. Einstein era un acuto osservatore della natura, che egli considerava con un senso di stupore e meraviglia. Sappiamo che il grande impatto che ebbe su di lui quando era un ragazzo l'ago della bussola sempre alla ricerca del nord. Ricordiamo che i suoi scritti sulle serpeggianti rive dei fiumi erano originati dalla sua osservazione che le foglie di tè raccolgono al centro e non sulla circonferenza del bordo di una tazza.

Il suo articolo sul Flettner Ship - in cui un cilindro verticale rotante, invece di una vela, viene alimentato tramite il vento - ci ricorda il suo amore e la sua competenza nello sport della vela.

Anzi, egli scrisse un articolo popolare in cui spiegava l'uso delle leggi fisiche della vela. E 'stato abile in ogni tipo di attività comune dal fare aquiloni all'aprire ostinatamente contenitori, ed era un violinista competente per la maggior parte degli standard. Poi, naturalmente, si potrebbe citare tutti questi anni di suo come un esaminatore brevetti di Berna. Einstein amava i puzzle e si divertiva ad esaminare invenzioni, capire esattamente il motivo per cui avrebbe o non avrebbe funzionato. Era molto bravi a scegliere i concetti fondamentali delle invenzioni dalla loro descrizione spesso scarsa. Ha spesso mostrato interesse per la costruzione di apparecchi scientifici. Infatti, nel 1908 lui e Paolo Habicht brevettato un progetto per un voltmetro sensibile più preciso di altri strumenti del tempo.

Nel 1928 lui e Leo Szilard hanno brevettato il "movimento elettrodinamico dei metalli liquidi in particolare per macchine frigorifere", che viene utilizzato oggi nei reattori nucleari!

Con il suo amico medico, il dottor Bucky Gustav, ha ideato un meccanismo per la regolazione automatica dei raggi X del tempo di esposizione di una pellicola fotografica in funzione l'illuminazione su di esso.

E ha pubblicato numerosi articoli innanzitutto sperimentali, da solo e con gli altri, per esempio riguardo all'effetto di Einstein-de Haas. Nel campo dell'istruzione, Einstein era un sostenitore dell'apprendistato. Sappiamo che, da studente, spesso saltava le lezioni, ma meno noto è che egli era stato attratto ai laboratori.

Einstein viene ricordato per una sua frase: "In materia di fisica, la prima lezione dovrebbe contenere nient'altro che ciò che è sperimentale. Un interessante esperimento ha più valore di venti formule astratte, per la nostra mente; è particolarmente importante che una mente giovane che deve ancora trovare la sua strada nel mondo, osservare dei fenomeni e venire risparmiata dalle formule del tutto.

Nella sua fisica esse svolgono esattamente lo stesso ruolo antipatico che hanno le date nello studio della storia".

Ad un livello più profondo, anche se Einstein considerava la scoperta delle leggi fisiche fondamentali risultato della facoltà inventiva della mente umana, piuttosto che un'induzione dell'esperienza, ha comunque sottolineato che queste leggi devono essere testati con l'esperienza. Una caratteristica dei suoi articoli pubblicati è che ha sempre fatto previsioni specifiche di esperimenti possibili per verificare le sue teorie. Lasciatemi ricordare tre suoi articoli del 1905 su Annalen der Physik che lo dimostrano. Il primo articolo sulla teoria quantistica della luce include una spiegazione dell'effetto fotoelettrico. Gli esperimenti proposti, che hanno provato la validità delle equazioni di Einstein, furono successivamente eseguiti da Robert A. Millikan nove anni più tardi! Il secondo articolo, su aspetti statistici della teoria molecolare, include un'analisi teorica del movimento browniano. Einstein scrisse più tardi su questo: "Il mio principale obiettivo su questo argomento era garantire l'esistenza di atomi di dimensioni definite. Ed ho scoperto che, secondo la teoria atomistica, ci dovrebbe essere. un movimento di microscopiche particelle sospese, osservabili, senza sapere che le osservazioni riguardanti il moto browniano erano già da tempo conosciute. Le previsioni di Einstein furono confermate dettagliatamente nel 1908 da Jean Perrin. Il terzo articolo, sulla relatività ristretta, includeva applicazioni di elettrodinamica, come ad esempio la massa relativistica di un corpo in movimento, come successivamente confermato sperimentalmente.

Naturalmente, si sa anche di esperimenti riguardanti il redshift gravitazionale, la deflessione della luce dovuta al campo gravitazionale del sole, e gli esperimenti tramite orologio del cosiddetto "doppio paradosso", tutte previsioni riguardanti la relatività generale successivamente confermate sperimentalmente.

E tutti hanno sentito parlare di E = mc*2 , la formula di equivalenza fra massa-energia enunciata nel 1907, ma non verificata quantitativamente fino a circa 25 anni dopo. Si noti come l'approccio diverso di Einstein alla sperimentazione è quello illustrata da una storia sul teorico che incontra il suo amico sperimentalista una mattina: "Ragazzi, io sono stanco", dice lo sperimentalista, "Sono stato sveglio tutta la notte, ma ho finalmente i dati con cui dimostrare con sicurezza che A è maggiore di B." "Oh," ha detto il teorico, "è facile spiegare perché A è maggiore di B." "Aspetta un attimo", disse il sperimentalista, "hai detto che A è maggiore di B? Io pensavo di dimostrare che B è maggiore di A." "Beh" dice il teorico ", in questo caso è ancora più facile da spiegare."

6° equivoco:

L'esperimento di Michelson-Morley ha un ruolo cruciale nello sviluppo della teoria della relatività speciale.

In una riunione di insegnanti di fisica questo sarebbe di maggiore interesse. Qui, però, lo uso come base per discutere di quello che ha fatto influenzare il pensiero iniziale di Einstein e di commentare questioni pedagogiche, comprese le viste di Einstein.

In primo luogo, devo citare due articoli di Gerald Holton, che, a mio parere, fornisce un esame definitivo di questo equivoco. Nel primo articolo, "Einstein, Michelson e l'esperimento cruciale'", Holton (3) scrive:

"... la convinzione che Einstein ha basato il suo lavoro che lo ha portato nel 1905 alla pubblicazione della teoria della relatività sul risultato di Michelson è stata per lungo tempo folclore. E ' usualmente considerato un evento importante nella storia della Scienza, come la storia della mela caduta nel giardino di Newton e i due pesi gettati da Galielo dalla torre pendente di Pisa, due casi in cui l'esperimento si suppone abbia fornito la genesi di una sintesi teorica". Più tardi, egli scrive, ... "E imperativo riesaminare l'intera questione al fine di accettare alcune affermazioni di Einstein: (1) che l'esperimento Michelson ha occupato la sua attenzione solo dopo l'articolo del 1905; (2) che altri, prima di esperimentare l'aberrazione stellare e il coefficiente di Fresnel, hanno posto le basi sperimentali più importanti per il suo articolo del 1905,

e (3) che nella misura in cui egli era consapevole del risultato di Michelson, non era particolarmente interessato da una lettura di un articolo di Lorentz perché lo aveva già assunto come vero per altri motivi".

E 'interessante notare che proprio Einstein non aveva bisogno dell'esperimento di Michelson così come Michelson non accettò mai la teoria della relatività.

I due uomini avrebbero dovuto ammirarsi fra loro, invece, Einstein parlava di Michelson come "l'artista nelle Scienze", elegante nel metodo e gioiosamente bello il suo esperimento.

Gli esperimenti di Michelson hanno evidenziato un difetto nella meccanica classica nozioni che ha stimolato altri fisici di elaborare nuove idee e di diventare più ricettivi alla teoria della relatività, come Einstein stesso in seguito riconobbe. Michelson su questo disse però, "Non era quello che io avevo in mente."

Holton riporta che la risposta di Einstein è coerente con una lettura attenta dei suoi documenti del 1905 e tutti gli altri suoi scritti. L'approccio di Einstein è principalmente teorico ed olistica e non sperimentale.

Einstein vide il proprio lavoro come una continuazione e il miglioramento delle attuali tendenze, approvando la teoria di Maxwell e applicando il principio di relatività anche ad essa. Ciò renderebbe il risultato di Michelson nullo, piuttosto che un sostegno della tesi di quell'esperimento, come richiede una rottura violenta con il passato. Inoltre, ricordiamo che Einstein, al momento non ha avuto contatti con una importante biblioteca o con altri fisici teorici e che la sua conoscenza uscivano dalla sua stessa auto-lettura. Tra queste, la accessibili le opere di Helmoltz, Maxwell, Hertz, Boltzmann, e Lorentz. E, nel suo secondo articolo (degno di Sherlock Holmes), "L'influenza sul lavoro precoce di Einstein," Holton (4) scopre il testo da cui Einstein, privato ​​della teoria di Maxwell in corso, studia questa teoria, chiamta da Augusto Föppl la " Introduzione alla teoria di Maxwell dell'elettricità", pubblicato nel 1894. Föppl era stato un insegnante tecnico di scuola superiore, era un ingegnere civile, e gli era stato richiesto di insegnare macchine agricole durante il tempo in cui scrisse questo libro. Egli è l'antenato di una serie di revisioni note ai fisici come Abraham-Foppl, e dopo Abramo-Becker, quindi Becker, e ancora dopo Becker-Sauter. Questo testo, in una sezione intitolata "L'Elettrodinamica dei conduttori in movimento" (suona familiare?) descrive esattamente la situazione sperimentale con cui Einstein inizio l'articolo del 1905!

Einstein figlio-in-law, Rudolf Kayser, in una biografia di Einstein, scrisse "I corsi scientifici offerti a lui a Zurigo sembrarono presto insufficienti e inadeguati, al punto che egli abitualmente tagliava le sue lezioni. La sua formazione come scienziato ne soffriva così. Con una vera e propria mania per la lettura, giorno e notte, ricorse alle opere dei grandi fisici Kirchoff, Hertz, Helmholtz, Föppl. "Fra le diversele strade possibili per Einstein in elettrodinamica, è stato il trattato di Föppl che rinforzava gli aspetti unici del suo articolo del 1905.

In un articolo Holton conclude: "E sono convinto che ci sia anche qualche premura nel capire come Föppl possa aver raggiunto Einstein, il libro di un "outsider" che non ha studenti cui insegnare, cade nelle mani di uno studente che, considerato un "outsider" dai suoi insegnanti, trova in questo libro del materiale e uno stimolo che mancava nelle sue lezioni".

Storie come che danno forza e speranza a tutti gli scrittori di libri di testo. Io, come tanti altri ad aver scritto un libro di testo sulla relatività, sapendo questo, posso ancora evitare di propagare malintesi sulla scelta di introdurre la relatività nonostante lo sfondo storico sperimentale, compresi gli esperimenti di Michelson-Morley? Lasciatemi invocare Einstein. Philipp Frank scrisse: "Quando Einstein pensa ad un problema, trova necessario formulare il tema in molti diversi e se possibile lo presenta in modo che sia comprensibile alla gente abituata a pensare con una diversa preparazione educativa". Sicuramente è il modo con cui introdurre alla scienza uno studente. Oppure, per citare Einstein direttamente, in riferimento al libro di Cohen e Nagel "La logica e il metodo scientifico", "... quando iniziai a leggere ne rimasi talmente affascinato da rimanerne assorbito per molte ore, e quando ritornai in me stesso, mi chiesi cosa mi aveva tanto affascinato. La risposta è semplice. I risultati non erano stati presentati prontamente, per cui la mia curiosità scientifica nel leggere la prima presentazione mi aveva fatto pensare alla possibilità di contrastanti questioni. Solo allora ho deciso di approfondire la questione. L'onestà intellettuale dell'autore ci fa condividere la lotta interiore nella sua mente. E' questo che è il segno della nascita di maestro".

E' vero che la presentazione di una teoria, insieme a uno storico sfondo sperimentale non è necessario. Infatti questo approccio da solo potrebbe oscurare la naturalezza e l'eleganza della relatività speciale.

Ma l'apprendimento è più facile quando la motivazione è più alta, quando c'è innanzitutto un bisogno di imparare. Inoltre, gli studenti realmente intelligenti devono capire i veri fondamenti della meccanica e dell'elettromagnetismo classico, e il loro intrinseco conflitto, solo nel contesto della relatività. Dopo aver mostrato il trionfo della relatività, e la relatività da sola nello spiegare tutti gli esperimenti, l'allievo è preparato e, difatti (per sete=thirsts for?), le argomentazioni mostrano come è veramente naturale, quanto il senso comune che contiene, come essa estende con semplicità la visione classica, e come potente ed elegante è l'approccio geometrico dello spazio-tempo.

7° equivoco:

Questo equivoco ha a che fare con Einstein e la meccanica quantistica e comprende la nozioni che: (a) Einstein non aveva niente di importante da fare con la meccanica quantistica, (b) Einstein respinse la meccanica quantistica, e (e) Einstein si è dimostrato in errore nel respingere l'interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica.

Sul contributo di Einstein alla meccanica quantistica, lasciatemi citare compiutamente le principali. In primo luogo, ci sono quelli sono legati alla teoria della relatività speciale come il contributo di de Broglie alla simmetria E, ro, v e delta alla relatività, nel suggerire a lui la natura ondulatoria della materia come complemento alla natura delle radiazioni delle particelle, l'applicazione della relatività orbite di Bohr da Sommerfeld portando ad una struttura fine delle linee spettrali, e l'imposizione della relatività alla teoria quantistica di Dirac porta allo spin dell'elettrone. Poi vi è l'applicazione di Einstein alla teoria di Boltzmann sull'entropia come probabilità delle radiazioni per introdurre la sua idea sui quanti discreti di radiazione.

C'è la sua teoria per l'emissione e l'assorbimento della radiazione in equilibrio con un insieme di atomi caratterizzati da stati stazionari che ha portato alla legge della radiazione di Planck ed è stato usato da Bohr nei suoi postulati e Heisenberg nella sua formulazione della meccanica delle matrici.

Inoltre, l'interpretazione di Born-Jordan della intensità delle onde di materia e il numero di particelle è esattamente la stessa interpretazione di Einstein della intensità delle onde luminose e il numero di fotoni nella sua teoria quantistica della radiazione.

Inoltre, Einstein estese le idee di Bose, per darci una teoria quantistica dei gas e la statistica di Bose-Einstein e fu la prima ad applicare la teoria quantistica per i calori specifici dei solidi. Le sue idee sulle onde degli elettroni sono state accreditate a Schroedinger mentre lo guidava alla meccanica ondulatoria. E, infine, qualsiasi cosa si possa pensare della interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica, la sua evoluzione e chiarimenti possono certamente essere estratte dai dibattiti di Bohr-Einstein. Per quanto riguarda il fatto che Einstein respingesse la meccanica quantistica, non è vero. Quello che rifiutato era l'interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica. Per quanto riguarda la meccanica quantistica lo stesso Einstein scrisse: "Riconosco i grandi e importanti progressi che la teoria statistica quantistica ha portato alla fisica teorica ... Questa teoria è, finora, l'unica che unisce il carattere duale corpuscolare e ondulatorio della materia con un fascino logico e soddisfacente, e le relazioni verificabili, che sono in esso contenute, sono completamente all'interno dei limiti naturali fissati dal rapporto di indeterminazione. Le relazioni che sono indicate in questa teoria, cioè l'intero formalismo matematico-sarà probabilmente inserito ... in ogni utile teoria futura". Ma, continuando, "quello che non mi soddisfa in questa teoria» .. è il suo atteggiamento verso ciò che mi sembra essere l'obiettivo programmatico di tutta la fisica: la descrizione completa di ogni singola situazione reale in quanto presumibilmente esiste a prescindere da ogni atto di osservazione e di prova". In particolare, egli considerava la meccanica quantistica come una teoria soddisfacente se si dà l'affermazione che una funzione di stato quantico costituisce una descrizione completa di un singolo sistema, ma vede invece descrivere un insieme di sistemi simili. Born stesso, che ha introdotto il punto di vista statistico, ha condiviso l'interpretazione d'insieme di Einstein e molti fisici oggi tacitamente accettano quel punto di vista.

La vera differenza è quando si chiede se questa "incompletezza" delle descrizioni teoriche dei quanti (cioè di sistemi complessi, piuttosto che sistemi individuali) può essere rimosso o deve essere accettato. Einstein credeva in quello che i filosofi chiamano realismo, che esiste un mondo oggettivo indipendente da qualsiasi (soggettivo) processo di osservazione, mentre Copenaghen considera non-scientifico, una osservazioene su qualcosa che esiste indipendentemente senza che sia osservato - le condizioni sperimentali di osservazione sono inseparabili dal fenomeno descritto. Considera i processi che in ogni vista sono chiamati spontanei, come la radioattività o l'emissione di fotoni dagli atomi. Sono singoli eventi imprevedibili? Sì, secondo la vista di Copenaghen, perché le nostre osservazioni, attraverso il principio di indeterminazione e complementarità, ci proibiscono di sapere cosa accade in anticipo, ma solo probabilità. No, secondo Einstein, anche se il principio di indeterminazione è valido e la probabilità statisticamente corretta, l'imprevedibilità è dovuta alla incompletezza della teoria.

La teoria non è incompleta proprio perché è una teoria statistica, e quindi non prevede i singoli eventi (5), ma soprattutto perché non descrive il singolo evento. Si noti che in punto di vista di Einstein non non assumere o richiede determinismo. La teoria classica del moto browniano è indeterministica e dà solo previsioni statistiche, per esempio, ma in contrasto con la teoria quantistica, che contiene una descrizione completa di una particella browniana, cioè la sua posizione in funzione del tempo. "Io credo ancora", diceva Einstein, "nella possibilità di dare un modello di realtà che rappresenti gli eventi stessi e non semplicemente la probabilità del loro verificarsi". Pertanto, secondo Einstein, la meccanica quantistica, anche se un caso limite di tutta la verità, non può essere il punto di partenza per un nuovo sviluppo ad una maggiore generalità ", proprio come non si può arrivare alla fondamenti della meccanica da ... meccanica statistica". Sperava di trovare maggiore generalità attraverso un programma campo unificato che comprendesse i fenomeni quantistici come caso limite", così come elettrostatica è deducibile dalle equazioni di Maxwell del campo elettromagnetico o la termodinamica è deducibile dalla meccanica statistica".

Quando Einstein era stato raccomandato nell'iscrizione all'Accademia Prussiana delle Scienze da Planck e altri, che scrissero la loro dichiarazione giurata, lodando Einstein, "In sintesi, noi possiamo dire che non c'è alcuno tra i grandi problemi di cui la fisica moderna è ricca, al quale Einstein non ha dato un contributo importante. Può avere a volte mancato il bersaglio nelle sue speculazioni, come, ad esempio, nella sua ipotesi dei quanti di luce, ma non può essere ritenuta una colpa, perché non è possibile introdurre nuove idee, anche nelle scienze più esatte, senza dover affrontare dei rischi". Nonostante tale rischio, ha vinto lui il premio Nobel. Così come è stato quasi solo nei suoi primi anni nel credere nella sua ipotesi quanto di luce, come era quasi solo contro la interpretazione di Copenhagen della meccanica quantistica nei suoi ultimi anni.

In ogni caso ci sono stati alcuni altri con lui; de Broglie, Schroedinger e anche Pauli espressero simpatia sui suoi dubbi sulla meccanica quantistica. Ma la maggior parte dei fisici che hanno pensato a queste cose sul serio, accettarono il punto di vista di Copenaghen e/o consideravano lo scopo di Einstein come irraggiungibile; la stragrande maggioranza era indifferente, e non ha ritenuto necessario sostituire una teoria che funzionava.

Nel 1928, Einstein scrisse a Schroedinger "La tranquillizzante teoria di Bohr-Heisenberg - o religione? - è così delicatamente artificiosa che, per il momento, fornisce un cuscino delicato per il vero credente sul quale non può facilmente riposare. Quindi cerchiamolo lì". A Born più tardi scrisse: "Per il momento, sono solo nelle mie opinioni, come Leibniz lo era riguardo allo spazio assoluto della teoria di Newton". Ad Infeld di Princeton disse: "I fisici mi considerano come un vecchio pazzo, ma io sono convinto che lo sviluppo futuro della fisica andrà in una direzione diversa da quella avuta fino ad ora". E, verso la fine della sua vita, scrisse al suo vecchio amico Michele Besso, "Tutti questi cinquanta anni di pensiero non mi hanno portato oltre la domanda: "Cosa sono i quanti di luce?". Al giorno d'oggi ogni zolla pensa di saperlo, ma si sbaglia". Einstein avrebbe ricevuto un maggiore ascolto oggi. Per prima cosa, i fisici con convinzioni diverse da Einstein stanno mettendo in discussione la validità dell'interpretazione di Copenhagen. E sempre più, si sentono commenti come quello recente di Dirac al Simposio Gerusalemme:

Al centennale convegno di Gerusalemme su Einstein, P.A.M. Dirac ha dato il 20 marzo 1979, un documento sulla "Unificazione: Obiettivi e principi", in cui ha detto: "Sembra chiaro che la meccanica quantistica non è nella sua forma definitiva. Saranno necessari cambiamenti drastici come i cambiamenti con cui siamo passati dall'orbita di Bohr alla meccanica quantistica. Un giorno una nuova meccanica quantistica relativistica sarà scoperta in cui non abbiamo questi dubbi che si verificano a tutti. Potrebbe anche darsi che la nuova meccanica quantistica sarà come Einstein la voleva. Il determinismo che lui introdusse solo a spese di abbandonare alcuni preconcetti di altri fisici, che ora tengono, e che non ha ancora senso rimuovere". A queste condizioni penso che sia molto probabile, o comunque abbastanza probabile, che a lungo andare la versione di Einstein si rivelerà corretta, anche se per il momento i fisici essere hanno accettato l'interpretazione della probabilità di Bohr, specialmente se devono affrontare degli esami con essi".

che il parere di Einstein sta per rivelarsi vero. E, sempre più, invece di considerare Einstein a lavoro per le teorie del campo unificato piuttosto che la meccanica quantistica, molti fisici pensano a lui per avere sui temi dell'astronomia, della cosmologia e della fisica delle particelle elementari, spingendo i teorici verso l'obiettivo di unificare i rami della fisica.

8° equivoco:

Einstein è "il padre della bomba atomica".

Questo mito non morirà mai. E' una grande commedia - come una buona storia - tragica, al suo meglio! C'è un genio pacifista che inavvertitamente svela i segreti della natura in modo che l'umanità possa scatenare la potenza del Sole qui sulla terra con il suo potenziale distruttivo. Su che cosa si base? Due elementi: primo, sul fatto che Einstein scoprì l'equivalenza tra massa ed energia, la relazione E = mc*2 , un principio guida per il rilascio di energia nucleare, e la seconda, che Einstein firmò una lettera al presidente Roosevelt sottolineando la necessità di lavorare per una bomba atomica .

Prendiamo in considerazione questi elementi separatamente. In primo luogo, E = mc*2 . Invariabilmente questo è illustrato dalle conseguenze dell'esplosione di una bomba atomica. Torniamo al 1905 di nuovo. Nel mese di settembre, tre mesi dopo l'articolo sulla relatività, Einstein inviò un altro articolo all'Annalen der Physik in cui dimostrava che se un corpo emette una quantità di energia sotto forma di luce la sua massa diminuiva di un importo E/c*2. Poi osservava che "non fa differenza" che l'energia sia sotto forma di luce, e afferma che se un corpo acquista o perde un importo E di energia di qualsiasi tipo (ad esempio energia termica) perde o guadagna una quantità di massa E/c*2.

Einstein ha lasciato intendere che questo risultato potrebbe essere testato sperimentalmente esaminando la radioattività del radio, dove il rilascio di energia era abbastanza grande per rilevare i cambiamenti di massa misurabile. A quanto pare Einstein impiegò altri due anni per capire che non c'è alcuna fondamentale distinzione tra la massa di un corpo perde emettendo energia e la massa che ha già, cioè tutta la massa può diventare energia, cioè massa ed energia sono interamente equivalenti.

Nel 1907 scrisse l'equazione ormai famosa, E = mc*2. Einstein considera questo risultato come la più importante

consequenza della sua teoria della relatività speciale, ma non ha mai dato la minima indicazione di qualsiasi potenziale applicazione tecnica.

Solo nel 1932, venticinque anni dopo, Cockcroft e Walton, in una reazione nucleare, ne ottennero la prima verifica sperimentale, un anno dopo Blackett e Occhialini ne ottennero una verifica nella creazione di coppie elettrone-positrone con i raggi gamma e l'annientamento delle coppie elettrone-positrone in fotoni.

Nel 1938, Hahn e Strassman scoprirono un processo che Meitner e Frisch hanno spiegato essere fissione nucleare, il primo processo di equivalenza fra massa ed energia sfruttabile praticamente.

E, nel 1942, Fermi e il suo gruppo ha costruito il primo reattore nucleare. Ma l'articolo di Einstein non aveva niente a che fare con la scoperta della fissione nucleare.

Inoltre, la speculazione riguardo al possibile uso su vasta scala e l'eventuale estrazione di energia nucleare dagli atomi radioattivi esisteva ben prima della enunciazione di Einstein della legge E=mc*2 , e molto più tardi, una volta che gli esperimenti di fissione furono confermati, la relazione massa-energia sarebbe stato evidente empiricamente anche senza una teoria.

La possibilità di una bomba atomica è stata liberamente discussa dai fisici nucleari al tempo di questi esperimenti. Si potrebbe anche ritenere Galileo responsabile per l'artiglieria della prima guerra mondiale. Oppure si potrebbe, in anticipo e con un po' di giustizia, chiamare Einstein "il padre del raggio della morte". Poiché, avendo Einstein dato alla luce l'equivalenza massa-energia nel 1907 come conseguenza della teoria della relatività speciale, allo stesso modo Einstein ha dato alla luce il concetto di emissione stimolata di radiazione nel suo articolo del 1916 sulla statistica quantistica, in cui ha presentato una derivazione completamente quantistica della formula di Planck per la radiazione di corpo nero.

E ancora, proprio come 35 anni dopo è stato costruito un reattore nucleare, 35 anni dopo è stato realizzato dispositivi al laser per gli usi potenzialmente meravigliosi dell'industria, della medicina e della scienza, ma anche ogni applicazione distruttiva.

Un laser a raggi gamma in grado di distruggere le persone o anche di distruggere un missile atomico è liberamente discusso oggi.

Ora, in secondo luogo, consideriamo la lettera a Roosevelt.

Dovremmo essere consapevoli del fatto che gli scienziati in Inghilterra aveva già informato il governo britannico della possibilità di costruire una bomba atomica molti mesi prima che Einstein avesse inviato la sua lettera, e questo è successo anche in Germania. In America è stato su iniziativa di Fermi, Szliard, Teller, Weisskopf, Wigner e altri, tutti i fisici profughi ragionevolmente e responsabilmente preoccupati per gli eventuali progressi tedeschi nelle armi nucleari, in cui anche Einstein era coinvolto.

Otto Frisch, che elaborò la spiegazione fisica della fissione con la zia Lise Meitner nel 1938, scrisse un memorandum nel 1940 con Peierls Rudolph per spiegare la fattibilità di una bomba atomica. Sia Prisch che Peierls erano fisici profughi alla Birmingham University e nel loro memorandum erano persuasi che il governo britannico aveva preso sul serio tale progetto. La successiva report inglese Maud relazione era, secondo M. Gowing, decisivo nel convincere il governo americano a fare lo stesso. Gli amici di Frisch chiesero poi se si era rammaricato nello scrivere questa nota, trasmettendo la posizione inglese in America. Nevill Mott disse questo: "in vista di quello che accade in Europa, e in particolare agli ebrei, prima che Hitler ottenga la prima arma di questo tipo, non c'è alternativa per noi lavorare nella produzione della bomba". Frisch aveva lavorato direttamente sul progetto di bomba atomica a Los Alamos dal 1943 al 1945. Robert Oppenheimer, come capo del progetto, era spesso stato pure etichettato come il "padre della bomba atomica".

Essi lo convinsero a prestare il suo nome in una lettera, redatta da loro, da dare al Dr. Alexander Sachs, consulente inufficiale del presidente Roosevelt, per la consegna al presidente di un avviso sulla situazione e cercare il suo sostegno per avviare un programma di ricerca sulla fattibilità di una bomba nucleare.

Einstein firmò la lettera il 2 agosto 1939, che non fu consegnato fino all' 11 ottobre 1939; e Szilard prevalse su Einstein nello scrivere di nuovo nel marzo 1940. Einstein non aveva nessun ulteriore collegamento con il progetto e seppe del suo successo, come la maggior parte di noi, in quel giorno, sei anni dopo, quando fu annunciato al mondo la distruzione di Hiroshima.

Einstein cercò ripetutamente di sfatare l'idea di aver avuto un ruolo importante nella produzione della bomba atomica. "La mia partecipazione alla produzione della bomba atomica consisteva in un unico atto: ho firmato una lettera al Presidente Roosevelt ...."Se Einstein non avesse firmato una lettera del genere, sicuramente molti fisici, del gruppo inizale ad esempio, avrebbero cercato un altro nome importante.

Se si pensa al nome di Einstein come cruciale, occorre essere consapevoli che Oppenheimer aveva riferito che la lettera di Einstein aveva avuto un effetto molto blando. La convinzione prevalente è che le pressioni dei leader americani della fisica erano elevate e l'avrebbero costruita così in fretta che un programma nucleare era inevitabile.

E, come Bernard Peld riporta, una volta che il programma è stato avviato, la paranoia della segretezza in tempo di guerra e le convinzioni politiche di Einstein lo escludevano da tutte le confidenze con lui e la sua partecipazione.

Nello spiegare il suo atto di firmare una lettera, Einstein disse: "Ho sentito che era necessario a causa del pericolo terribile che il regime nazista potresse entrare in possesso per primo della bomba atomica". E più tardi, "Se avessi saputo che la mia paura era ingiustificata ... non avrei partecipato all'apertura di questo vaso di Pandora".

Rilevanti sono anche queste osservazioni: "Purtroppo non ho potuto condividere il monito contro l'uso della bomba contro il Giappone:" "Ho sempre condannato l'uso della bomba atomica contro il Giappone:" "Non ho mai detto che avrei approvato il uso della bomba atomica contro i Tedeschi. Io credevo che avremmo dovuto evitare che la Germania sotto Hitler avesse in esclusiva il possesso di quest'arma. Quello era il vero pericolo al momento". Infine:" ... Oggi la guerra avrebbe significato l'annientamento universale degli esseri umani. Siamo sensibili, pertanto, all'opposizione alla costruzione di specifiche armi e l'unica soluzione è di abolire sia la guerra che la minaccia della guerra. Questo è l'obiettivo verso cui dobbiamo tendere".

Conclusioni

E 'ormai quasi un quarto di secolo da quando le ceneri di Einstein furono sparse sulla Terra. Con grande intuizione e abilità Einstein alle prese con la natura dello spazio e del tempo e della materia e dell'energia, vide l'universo nel suo insieme, e fu compassionevole verso il genere umano sulla terra.

Concludo con le sue stesse parole: "Un essere umano è una parte del tutto, chiamato da noi 'Universo,' una parte limitata nel tempo e nello spazio. Egli sperimenta se stesso, i suoi pensieri e sentimenti, come qualcosa di separato dal resto, una sorta di illusione ottica della sua coscienza. Questa illusione è una sorta di prigione per noi, che ci limita ai nostri desideri personali e all'affetto per poche persone più vicine a noi. Il nostro compito deve essere quello di liberarci da questa prigione, ampliando la nostra cerchia di compassione per abbracciare tutte le creature viventi e tutta la natura nella sua bellezza. Nessuno è in grado di raggiungere questo obiettivo completamente, ma lo sforzo per la realizzazione sia di per sé una parte della liberazione e una fondazione per la sicurezza interna".

Letteratura citata

(l) Chandrasekhar, S., "Einstein and general relativity: Historical perspectives," American Journal of Physics, March 1979.

(2) Klein, Martin J. and Needell Alan, "Some Unnoticed Publicatìons by Einstein," Isis, December 1977.

(3) Holton, Gerald, "Einstein, Michelson and the 'Crucial Experiment " Isis, 60 (2), 1969.

(4) Holton, Gerald, "Influence on Einstein's Early Work," The American Schotar, Winter 1967-68.

(5) For an elaboration of these ideas see Ballentine, L. E.,

"Einstein's Interpretation of Quantum Mechanics," American Journal of Physics, December 1972.

(6) Feld, Bernard T., "Einstein and the politics of nuclear weapons," The Bulletin of the Atomic Scientixt, March 1979.

versione originale in inglese

Robert Resnick is Professor of Physics at Rensselaer Polytechnic Institute. He is a graduate of The Johns Hopkins University where he earned his AB and PhD degrees. He was previously on the faculty at the University of Pittsburgh, where he received the Esso Foundation Award. for outstanding teaching and general merit He is a fellow of the American Physical Society and was awarded the Oersted Medal by the American Aasociation of Physics Teachers, its highest honor. Since 1975 he has occupied the chair of Hamilton Distinguished Professor of Science Educa-tìon at RPI. A leader in educational research and development and curriculum reform in physics, he is the author or co-author of seven different physics textbooks. With David Halliday, Dr. Resnick has written the most widely used introductory physics textbook in the worìd. This article is taken from Dr. Resnick's presentation at the Einstein Symposium sponsored by the Diviaion of Chemical Education and the American Chemical Society and held at the 178th National ACS in Washington, D.C, in September 1979. Another paper from the Symposium was published in the June issue [Bent, Henry A, "Einstein and Chemical Thought," J. CHEM. EDUC, 57,395 (1980)].

In 1979 there were celebrations amongst scientists of the 100th anniversary of Einsteins' birth.

Conferences were held in cities around the world, including, for example, Jerusalem and Paris. In Washington, the National Academy of Science sponsored such a conference. Giving talks there were eight scientists including several Nobel Prize winners, some associates of Einstein and a few relevant educators. I was one and I felt overmatched. However, at the end, the planning committee chose just two papers to be published and mine was one. That paper, reprinted in 1980 is included here.

Here are a few supplementary comments on the Einstein article.

Einstein started violin practice as a youngster when he fell in love with Mozarts' pieces. He became proficient, reaching semi-professional level, playing often in chamber groups. In one performance he came in late in playing the notes of the piece and the cellist said to him " Einstein-the trouble with you is you can't count!" He played publicly to help raise funds for causes he supported.

Einsteins' early major groundbreaking scientific papers were published in 1905 but the Nobel prize wasn't awarded him until 1921. He was nominated each year but voted down by the granting committee until it could no longer be withheld because subsequent awards were based on his discoveries.

There were some feelings that anti-semitism was at work (but Michelson, an earlier awardee, was also Jewish). Internally it was reported that one committee member said " What would the world think of us if we never awarded Einstein the prize?" Instead of relativity, the committee awarded the prize for his explaining the photoelectric effect (he considered the introduction of the photon as his most revolutionary proposal). Michelson immigrated to the U.S from Eastem Europe, his family settling in Nevada. President Grant appointed him for admission to the Naval Academy, where the Physics building is now Michelson Hall.

He invented the interferometer, an extremely precision instrument, with which he carried out historic experiments that (contrary to his expectations) contradicted classical ideas. To his dying day he never accepted relativity theory. In the photo of Einsteins' greeting in New York, clipped out was Chaim Weizmann in the following car. Weizmann was a prominent British chemist who persuaded Einstein to come to America to help raise funds for the establishment of a Hebrew University in Jerusalem. In the ship coming over the Atlantic, Einstein repeatedly explained his newly proposed General Theory of Relativity to Weizman, who said on arrivai in NY, "I think he finally understood it." Weizmann later became the first president of Israel and is credited with persuading U.S. President Truman to grant U.S. recognition to the new state. Years later, David Ben Gurion, as retiring President of Israel, asked his U.S ambassador, Abba Eban, to offer the Israeli presidency to Einstein-the worlds' most famous Jew. Eban wired Ben-Gurion " What should we do if he accepts"?

Einstein was not aware of the Manhattan project to create an atomic bomb. He was excluded from any association with or information about the program because of his known pacifism and 'socialist' ideas. To show that the left hand did not know what the right was doing, the U.S. Navy invited Einstein (he accepted) to work on underwater explosives.

When I was a college student in the early forties, many of my neighbors, and friends of the family, would ask me "What are you studying to be?" "A physicist," l'd reply, "I'm studying physics." "What's that?" was the retort, invariably. I sensed that most of my explanations seemed vague and unsatisfactory to them so that I groped for a simple answer. Finally I got it. "It's what Einstein does," l'd say. "Oh!" would be the reply, and that always ended the discussion. Of course, none of the questioners really knew what Einstein did, but my name-dropping impressed them, and no one would ever admit to me their ignorance about that famous human being. So here I am, nearly 40 years later, participating in a symposium honoring Einstein, to try to clear up some misconceptions about that man, his work and his ideas misconceptions that many of us, myself included at times,1 have had. Einstein was one of the heroes of my youth. Later I fell in love with the beauty of relativity theory. As a teacher of physics I have written about that subject, but I have not done basic research in it nor did I know Einstein personally. So I do not regard myself as a special authority on him or his work.

Like Einstein, however, I share a skepticism of declared authority, which is beat conveyed by a story I heard from William Powler of Cal Tech.

It seems he cut his thumb badly and had to wear a heavy bandage on it. Despairing of that nuisance he went to the doctor days later and asked "Can't I get rid of this bandage?" After looking at the healing thumb, the doctor said "Okay, but I want you to immerse your thumb in cold water several times a day." "Cold water?" said Fowler "my mother always told me to dunk in warm water." "Well," said the doctor, "your mother is wrong. My mother said to use cold water." Now, what are some of these misconceptions? The list is long, and my distinguished colleagues on this panel eould probably add many to my list. Indeed, I have pared my list drastically to accommodate the time. Let me cite two exam-ples briefly to make a point about these so called misconceptions. (1)

11 have learned much from thè writings of historians of science, such as Martin Klein and Gerald Holton, and from friends and asso ciates of Einstein, such as Banesch Hoffman and Philip Franck but mostly from the writings of Einstein himself.

Einstein was a math wizard. Actually he chose physics over mathematics because, as a student, he saw no unity in the range of mathematical areas but had great physical intuition, and he turned to many others subsequently for direction and assistance in mathematics throughout his career. Indeed, he once commented somewhat facetiously, that he did not recognize his own relativity theory after the mathemati-cians were finished with it. (2) Einstein was politically naive and ready to sign any petition. Actually there was a consis-tency in his actions during his entire lifetime. He refused to sign, support, or act on a great many requests that violated that consistency. There are more misconceptions that I must ignore here, but these will suffice to make the point that, although each of the misconceptions have some basis in fact, there is usually another side to the story. The truth is mostly on that other side or else is not properly understood without a look at both sides. Hence, I aim at a balanced view. Corning to understand many things in ìife—science included—involves this philosophic path of thesis, antithesis, and synthesis.

Now let us turn to other misconceptions which I will treat at greater length.

First Misconception:

Einstein won the Nobel Prize for his theory of relativity.

Actually, the citation reads "for his services to theoretical physics and in particular for his discovery of the law of the photoelectric effect" Moreover, it is significant that relativity was not specifieally mentioned in the originai citation even though Einstein's fame as a physicist surely rested on his special and general theory of relativity. Now, the usual explanation of all this is that, in his will, Alfred Nobel had stipulated that the prize snould be awarded for a recent discovery in physics from which mankind had derived great benefit and that there was doubt whether a theory, no matter how important, could qualify. However, the law of the photoelectric effect was only one prediction of another theory of Einstein's, the quantum theory of light. In Einstein's quantum theory, though, "facts were discovered"- that is, statements were made from which observable phenomena could be deduced directly. Of course, one could argue the same for the theory of relativity except that the train of reasoning in the case of some "facts discovered" from relativity might be considered less direct. The truth is, as observers at the time and since have pointed out, that relativity was then regarded as very controversial, both scientifically and politically. It had been widely attacked and was not exactly easy to understand, and the Swedish Academy used the expedient of subtle distinctions to award Einstein the prize while it avoided expressing any opinion on a controversial theory.

Millikan's recent brilliant experimental verification of every aspect of the photoelectric laws - as he said "contrary to my own expectations" - and his characterization of the ideas as "Einstein's bold, not to say reckless, hypothesis" provided both an ample and a safe reason for awarding Einstein the prize.

It seems especially apt at this point to recall Einstein's distinction between theory and experiment: A theory is something nobody believes except the person proposing the theory, whereas an experiment is something everybody believes except the person doing the experiment. As for the timing itself, Einstein's Nobel Prize was for 1921, but it was belatedly given a year later, along with the an-nouncement of Bohr's nomination for the 1922 prize.

In a letter to Einstein, Bohr wrote what an honor it was to him to be considered for the Nobel prize at the same time as Einstein and that Einstein's contribution to Bohr's own special field should have been recognized before Bohr was even considered for the honor. In reply, Einstein said, "Your... letter... gave me as much pleasure as the Nobel Prize.

I find especially charming your concern lest you might have received the prize before I did—that is truly 'Bohrish'."

Millikan, incidentally, won the Nobel Prize in 1923. Einstein's quantum theory of light enters into the work of several of the later Nobel laureates, so the Academy could not have waited any longer to recognize Einstein. Later in the official document of the Royal Swedish Academy of Sciences, dated December 10,1922, it was stated that the prize is bestowed 'independent of the value that may be credited to the relativity and gravitation theory after eventual confirmation.' What was Einstein's view of all of this? Perhaps the best clue is that, on the occasion of Einstein's visit to Gotborg, Sweden, in July 1923, when he gave his delayed Nobel Prize Lecture, Einstein totally ignored the cautious wording of the citation and spoke on... the theory of relativity.

Second Misconception:

Only a few people in the world understand the general theory of relativity; that is, Einstein's work in general relativity is unintelligible.

When Einstein first advanced the theory this might not have been considered a great exaggeration, and this view, propogated by journalists, enhanced his fame with the general public.

Surprisingly, this belief in the unintelligibility of general relativity persists among educated persons even today, though in less damaging and narrower forms, to be sure. How did this begin, and why do I bring it up? I cannot do better than quote S. Chandrasekhar (1) The meeting of November 6,1919, of the Royal Society also originated a myth that persists even today (though in a very much diluted version): "Only three persons in the world understand relativity." Eddington explained the origin of this myth ....Thompson, as President of the Royal Society at that time, concluded the meeting with the statement; "I have to confess that no one has yet succeeded in stating in clear language what the theory of Einstein's really is." And Eddington recalled that as the meeting was dispersing, Ludwig Silberstein (the author of one of the early books on relativity) came up to him and said "Professor Eddington, you must be one of three persona in the world who understands general relativity." On Eddington demuring to this statement, Silberstein responded. "Don't be modest Eddington." And Eddington's reply was, "On the contrary, I am trying to think who the third person is!"

The myth that general relativity is a difficult theory to understand did immeasurable harm to the development of the theory.

The fact is that the theory of general relativity is no more difficult than many other branches of physics. General relativity at the time it was founded, required familiarìty with a mathematical discipline (Riemannian Geometry or tensor analysis) which physicists had not encountered before that time. But that has also been the case with several other branches of physics, including quantum mechanics (where matrix mechanics was new to physicists). Moreover, not everyone accepted Einstein's theory as valid. Several eminent scientists gave it faint praise or disagreed with it. Born and Oppenheimer, to cite two, either derided the connection of the theory to experìence or its influence on the development of physics.

This also played an important role in the relative neglect of that subject in most graduate physics programs here for the decades preceding the sixties. Einstein himself was impatient with the idea that general relativity was incomprehensible, saying "Every earnest student of theoretical physics is in a position to comprehend it."

Today courses in or those containing general relativity theory are readily available, and published articles involving general relativity theory are of the order of 1000 per year. Of course, not everyone thought physics was that difficult in Einstein's time. Seelig writes in his biography of Einstein for example, "Professor Einstein was sitting next to an 18-year-old girl at an American dinner party. When the conversation flagged his next door neighbor asked: "What are you actually by profession?" "I devote myself to the study of physics," replied Einstein, whose hair was al ready white. "You mean to say you study physics at your age?" said the girl, quite surprised. "I finished mine a year ago."

Third Misconception:

All of Einstein's work, or at least the great bulk of it, was on relativity theory.

This symposium on "Einstein and Chemical Thought" is itself an antidote to that misconception. Let us look at the record.

It is interesting to note that Einstein's first paper, published in Annalen der Physik in 1901 whìle he was employed as a tutor in Zurich, was on capillarity. Though already published, it was not accepted for a doctoral thesis at the University of Zurich.

It was his sixth paper that was accepted (after re-submission) as a thesis. It was on "A New Determination of the Sizes of Molecules," including a new determination of Avogadro's number. His second, third, fourth, and fifth papers dealt with thermodynamics and statistical mechanics, wherein he developed independently some work of Boltzmann and Gibbs but went well beyond them in his statistical ideas. By 1905 he had obtained his PhD. In that year, the Annalen der Physik received from Einstein his paper on light quanta which he called "very revolutionary," his paper on the Brownian motion which convinced disbelievers like Mach and Ostwald that there really were atoms, and a paper entitled "On the Electrodynamics of Moving Bodies" the famous title of the paper on what later became known as the special theory of relativity.

All but the first of these papers were done while Einstein was working full-time (48 hrs/wk) at the Patent Office in Bern, before he had any contact with the leaders of his profession or any academic connections. Except for discussions with his close friends (e.g. Besso), the work was done completely on his own. Einstein was then 26 years old, and is said to have remarked later that he never met a real theoretical physicist until he was 30. Martin Klein and Allan Nadell (2) have pointed out some unnoticed publications by Einstein, namely his numerous reviews of books mostly in the general category of heat, for a principal abstracting journal (during 1905, no less!), Beiblatter sun den Annalen der Physik. If one wonders where Einstein got the time for all this work (let alone getting the ideas), a quote from him (urging Conrad Habicht to join him in Bern) could explain: "Bear in mind that besides the eight hours work each day there are eight hours for hobbies (!), and besides that there is Sunday."

To continue discussing the misconception, I note that there were over 60 papers between his major publications on relativity, in 1905 on special relativity and in 1915 on general relativity. Most of these were not on relativity theory. Topics included, among others, were photochemistry, specific heats, quantum statistics of a gas, and a magneto-mechanical pre-diction that came to be called the "Einstein—de Haas effect." And beyond 1915 to about 1930 Einstein's work on quantum theory continued to be of great importance. In fact, to the end of his life he never stopped thinking about quanta. The total number of scientific publications comes to about 350 and includes much of significance in thermodynamics, statistical mechanics, quantum theory, optics, electrodynamics, molecular physics, and the history and philosophy of science.

Fourth Misconception:

The theory of relativity says "Everything is relative."

The theory of relativity, a name invented for his theory not be Albert Einstein but by others, foremost Max Planck, could have been called, instead, the theory of absolutism, with some justification.

The name "relativity" probably follows from the fact that Einstein's theory deals with measurements made by observers in relative motion, corrects and generalizes the classical relativity principle of Galileo and Newton, and introduces the relativity of simultaneity. It is, nevertheless, an unfortunate name. The chief point is certainly not the relativizing of the perceptions of length and duration, but, quite the opposite, the removal of the relative nature of the fundamental laws of physics—a classical result—making them instead absolute, i.e. true laws independent of the standpoint of the observer. This cliché about everything being relative originated outside of science, perhaps by persons not interested enough in science or willing to exert themselves sufficiently to understand Einstein's theory and by those wishing to trivialize or put down science. But it is accepted even today by many educated persons. Some persons in philosophy and religion, for example, have treated it as a kind of ethical relativism, although Bertrand Russell pointed out that if everything were relative there would be nothing for it to be relative to.

These distortions disturbed Einstein, but he himself sometimes played the game, as when in answerìng a request for a popular defìnitìon of relativity he said humorously, "When a man sits with a pretty girl for an hour, it seems to him a minute. But let him sit on a hot stove for only a minute, and it's longer than an hour. That's relativity" or, more satirically "If relativity is proved wrong the French will call me a German and the Germans will call me a Jew, but if it's proved right the Germans will claim me and the French will call me a citizen of the world."

The fact that the observers who are in relative motion assign different numbers to length and time intervals between a pair of events, rather than finding these numbers to be absolute, upsets the classical mind.

This is so in spite of the fact that even in classical physics the measured values of the momentum or kinetic energy of a particle, for example, also are different for two observers who are in relative motion. What is troublesome, apparently, is the philosophic notion that length and time in the abstract are absolute quantities and the belief that relativity contradicts this notion.

Now, without going into such a philosophic byway, it is important to note that relativity simply says that the measured length or time interval between a pair of events is affected by the relative motion of the events and measurer.

Relativity is a theory of measurement, and motion affects measurement. Let us look at various aspects of this. That relative motion should affect measurement is almost a "commonsense" idea. Classical physics is full of such exampies, including the aberratìon and Doppler effects. Moreover, there are absolute lengths and times in relativity. The rest length of a rod is an absolute quantity, the same for all inertial observers: If a given rod is measured by different inertial observers by bringing the rod to rest in their respective frames, each will measure the same length. Similarly for clocks, the proper time (which might better have been called "local time") is an invariant quantity: the frequency of oscillation of an ammonia molecule, for instance, would be measured to be the same by different inertiai observers who bring the molecule to rest in their respective frames.

Where relativity theory is clearly "more absolute" than classical physics is in the relativity principle itself: all the laws of physics are absolute.

The Galilean transformations and classical notions contradicted the invariance of electromagnetic (and optical) laws, for example. Surely, giving up the absoluteness of the laws of physics, as classical notions of time and length demand, would leave us with an arbitrary and complex, physical world. By comparison, relativity is absolute and simple. Indeed, if anything characterizes Einstein's life, it is his constant search for what is absolute and universal, what is not changing in a world of change and interaction, and what can unite diverse areas and concepts into a single set of universal laws.

Fifth Misconception:

Einstein was purely a teoretician, unfamiliar with or disinterested in experimental and applied physics.

There are many levels of misunderstanding to dispel here. Einstein was a keen observer of nature, which he regarded with a sense of awe and wonder. We know the great impact made on him as a boy by the compass needle always seeking the north. We recall that his paper on the meandering of rivers originated in his observation that tea leaves collect at the center and not the circumference of the botton of a cup. His article on the Flettner Ship—wherein a vertical rotating cylinder, instead of a sail, uses power from the wind—reminds us of his love for and expertness in sailing.

Indeed, he wrote a popular article in which he explaìned the use of physical laws in sailing. He was adept at all sorts of commonplace activities from making kites to opening stubborn containers, and he was a competent violinist by most standards.

Then, of course, one could cite all those years of his as a patent examiner in Bern.

Einstein loved puzzles and enjoyed examining inventions, Figuring out èxactly why they would or would not work. He was extremely good at picking out the basic ideas of the inventions from their often poor descriptions. He frequently showed interest in the construction of scientific apparatus. Indeed, in 1908 he and Paul Habicht patented a design for a sensitive voltmeter more accurate than other instruments of the time.

In 1928 he and Leo Szilard patented an "electrodynamic movement of fluid metals particularly for refrigerating machines" which is used today in nuclear reactors!

With his physician friend, Dr. Gustav Bucky, he devised a mechanism for automatic regulation of X-ray exposure time of a photographic film depending on the illumination on it.4

And, he published several primarily experimental papers, alone and with others, as, for example, on the Einstein-de Haas effect.

In education, Einstein was an advocate of compulsory practical work and the teaching of handicrafts. We know that, as a student, he often skipped lectures, but less known is that he was attracted to the laboratories.

Einstein has been quoted as saying, "In the matter of physics, the first lessons should contain nothing but what is experimental and interesting to see. A pretty experiment is in itself often more valuable than twenty formulae extracted from our minds; it is particularly important that a young mind that has yet to find its way about in the world of phenomena should be spared from formulae altogether.

In his physics they play exactly the same weird and fearful part as the figures of dates in Universal History."

At a deeper level, although Einstein regarded the discovery of basic physical laws as orìginating in the inventive faculty of the human mind, rather than by induction from experience, he nevertheless stressed that these laws are to be tested by experience.

A characteristic of his published papers is that he always made specific predictions of possible experiments to verify his theories. Let me use his three 1905 Annalen der Physik papers to illustrate this.

The first paper on the quantum theory of light included an explanation of the photoelectric effect. The suggested experiments, which gave the proof of the validity of Einstein's equations, were successfully carried out by Robert A. Millikan nine years later!

The second paper, on statistical aspects of molecular theory, included a theoretical analysis of the Brownian movement. Einstein wrote later of this: "My major aim in this was to find facts which would guarantee as much as possible the existence of atoms of definite size. In the midst of this I discovered that, accordìng to atomistic theory, there would have to be a movement of suspended microscopie particles open to observation, without knowing that observations concerning the Brownian motìon were already long familiar." Einstein's specific predictions were confirmed in detail in 1908 by Jean Perrin.

The third paper, on special relativity, included applications to electrodynamics, such as the relativistic mass of a moving body, all subsequently confirmed experimentally.

Of course, you know also of experiments on the gravitational red shift, the deflection of starlight by the gravitational field of the sun, and clock experiments on the so-called "twin-paradox"—all predictions related to general relativity and subsequently confirmed by experiment.

And everyone has heard of E=mc2, the mass-energy equivalence formula enunciated in 1907, but not verified quantitatively until some 25 years later.

Note how different Einstein's approach to experiment is than the more common one illustrated by the story of the theoretician who meets his experimentalist friend one morning. "Boy, I'm tired," says the experimentalist. "I was up all night, but at least I got data that definitely prove that A is greater than B." "Oh," said the theorist, "it's easy to explain why A is greater than B." "Wait a minute," said the experimentalist, "did I say A greater than B? I meant to say B greater than A." "Well," said the theorist, "in that case it's even easier to explain."

Sixth Misconception:

The Michelson-Morley experiment played a crucial role in Einstein's development of special relativity theory.

At a meeting of physics teachers this would be of major interest. Here, however, I use it as a basis to discuss what did influence Einstein's early thinkìng and to comment on pedagogic matters, including Einstein's views.

First, I must cite two papers by Gerald Holton which, in my opinion, provide a definitive examination of this misconception. In the first paper, "Einstein, Mìchelson and the 'Crucial Experiment,' " Holton (3) writes, "... the belief that Einstein based his work leading to his 1905 publication of relativity theory on Michelson's result has long been part of the folklore.

It is generally regarded as an important event in the history of Science, as widely known and believed as the story of the falling apple in Newton's garden and of the two weights dropped from the leaning tower in Galileo's Pisa two other cases in which experimental fact is supposed to have provided the genesis of synthetic theory." Later, he writes,... "It is imperative to reexamine the whole question in order to accommodate Einstein's statements: (1) that the Michelson experiment occupied his attention only after the 1905 paper; (2) that other, earlier ether experiments on stellar aberration and on the Fresnel ether-drag coefficient form the most important experimental bases for his 1905 paper; and (3) that insofar as he was aware of the Michelson result, he was evidently not specially impressed with it upon reading it in Lorentz's paper because he had already assumed it to be true on other grounds." It is interesting to note that just as Einstein had no need for Michelson's experiment so Michelson himself never accepted the relativity theory.

The men admired one another, however, Einstein referrìng to Michelson as "the Artist in Science," elegant in method and joyful at the beauty of an experiment. Michelson's experiments pointed to a defect in classical mechanical notions which stimulated other physicists to come up with new ideas and to become more receptive to the relativity theory, as Einstein himself later acknowledged.

Michelson said of this, however, "That was not what I had in mind."

Holton reports that Einstein's response is consistent with a careful reading of his 1905 paper and all other pertinent documents by Einstein. Einstein'» approach is mainly postulational and holistic and not an experimenticist one.

Einstein sees his own work as a continuation and improvement of existing trends—accepting Maxwell's theory and applying the relativity principle to it. That would make the Michelson null result self-evident, rather than supporting the usual view of that experiment as requiring a violent break with the past. Moreover, recall that Einstein at the time had no contact with a major library or with other theoretical physicists and that his knowledge came from his own self-directed reading. These included the accessible works of Helmoltz, Maxwell, Hertz, Boltzman, and Lorentz. And, in his second paper (worthy of a Sherlock Holmes script), "Influence on Einstein's Early Work," Holton (4) discovers the text from which Einstein, deprived of Maxwell's theory in course lectures, studies that theory, namely August Fòppl's "Introduction to Maxwell's Theory of Electricity," published in 1894. Fóppl had been a technical high school teacher, was a civil engineer, and was required to teach about agricultural machinery during the time he wrote this book. It is the ancestor of a series of revisions known to physicists as Abraham-FoppI, later Abraham-Becker, then Becker, and still later Becker-Sauter. This text, in a section entitled "The Electrodynamics of Moving Conductors" (sound familiar?) describes precisely the experimental situation with which Einstein's 1905 paper starts!

Einstein's son-in-law, Rudolf Kayser, in a biography of Einstein, writes "The scientific courses offered to him in Zurich soon seemed insufficient and inadequate, so that he habitually cut his classes. His development as a scientist did not suffer thereby. With a veritable mania for reading, day and night, he went through works of the great physicists: Kirchoff, Hertz, Helmholtz, Foppl.

" Of the great diversity of possible roads open to Einstein in electrodynamics, it was Foppl's textbook treatment that reenforced the unique aspects of his 1905 paper. Holton's article concludes, "And there is also, I believe, some poignancy in the discovery of how Foppl may have reached across to Einstein—the book of an "outsider" who did not have students to whom to teach its contents in lectures, falling into the hands of a student who, regarded as an "outsider" by his teachers, was looking to this book for the material and the stimulation that he could not get in their lectures."

Stories like that give strength and hope to all writers of textbooks. Now, as one of many who have written a textbook on relativity, why do I, knowing all this, still flirt with the danger of propagating a misconception by choosing to introduce relativity against the historical experimental background, including the Michelson-Morley experiments? Let me invoke Einstein here. Philipp Frank writes, "When Einstein had thought through a problem, he always found it necessary to formulate the subject in as many different ways as possible and to present it so that it would be comprehensible to people accustomed to different modes of thought and with different educational preparations".

Surely that describes the typical introductory science student growing up in a classical world. Or, to quote Einstein directly, in referring to Cohen and Nagel's book "Logic and the Scientific Method," "... when I had started reading, I became so fascinated that the external occasion of my reading receded in to the background, when, after several hours, I came to myself again, I asked myself what it was that had so fascinated me. The answer is simple. The results were not presented as ready-made, but scientific curiosity was first aroused by presenting contrasting possibilities of conceiving the matter. Only then the attempt was made to clarify the issue by thorough argument. The intellectual honesty of the author makes us share the inner struggle in his mind. It is this which is the mark of the born teacher".

It is true that a presentation set in an historical, experimental background is not necessary. Indeed this approach alone could obscure the naturalness and elegance of special relativity.

But learning is easier when the motivation is higher, when one first demonstrates a need to learn. Moreover, students really first come to understand the true foundatìons of classical mechanics and classical electromagnetism, and their inherent conflict, only in the context of historical relativity. After we have shown the triumph of relativity, and relativity alone, in explaining all the experiments the student is ready for and, in fact, thirsts for, the arguments that show how natural it really is, how much common sense it contains, how it simply extends the classical view, and how powerful and elegant is the geometric approach to space-time.

Seventh Misconception:

This misconception has to do with Einstein and quantum mechanics and includes the notions that (a) Einstein had nothing important to do with quantum mechanics; (b) Einstein rejected quantum mechanics; and (e) Einstein has been proved wrong in rejecting the Copenhagen interpretation of quantum mechanics.

Now, as to Einstein's contribution to quantum mechanics, let me cite compactly the principal ones. First, there are those that flow from special relativity theory such as de Broglie's crediting the symmetry E and ro and v and delta in relativity with suggesting to him the wave nature of matter as the complement to the particle nature of radiation, the application of relativity to Bohr orbits by Sommerfeld leading to a fine structure for spectral lines, and the imposition of relativity on quantum theory by Dirac leading to the spin of the electron. Then there is Einstein's application of Boltzmann's theory of entropy as probability to radiation to introduce his concept of discrete quanta of radiation. There is his theory for the emission and absorption of radiation in equilibrium with an assembly of atoms characterized by stationary states which led to Planck's radiation law and was used by Bohr in his postulates and Heisenberg in his formulation of matrix mechanics. Also, the Born-Jordan interpretation of the intensity of matter waves and the number of particles is exactly the same as Einstein's interpretation of the intensity of light waves and the number of photons in his quantum theory of radiation.

Moreover, Einstein extended Bose's ideas to give us a quantum theory of gases and the Bose-Einstein statistics and was the first to apply quantum theory to the specific heats of solids. His ideas on electron waves were credited by Schroedinger with guiding him to wave mechanics. And, finally whatever one may think of the Copenhagen interpretation of quantum mechanics, its evolution and clarification surely can be traced to the Bohr-Einstèin debates. As to the notion that Einstein rejected quantum mechanics, that is not so, What he did reject was the Copenhagen interpretation of quantum mechanics. As for quantum mechanics itself Einstein wrote "I fully recognize the very important progress which the statistical quantum theory has brought to theoretical physics...This theory is, until now, the only one which unites the corpuscular and undulatory dual character of matter in a logically satisfactory fashion; and the testable relations, which are contained in it, are, within the natural limita fixed by the indeterminacy relation, complete. The formal relations which are given in this theory—i.e., its entire mathematical formalism—will probably have to be contained ... in every useful future theory." But, he goes on, "What does not satisfy me in that theory».. is its attitude toward that which appears to me to be the programmatìc aim of all physics: the complete descrìption of any individual real situation as it supposedly exists irrespective of any act of observation and substantiation."

More specifically, he regarded quantum mechanics as a satisfactory theory if one gives up the claim that a quantum state function constitutes a complete description of an individual system but views it instead as describing an ensemble of similar systems. Born himself, who introduced the statistical view, conceded that he shared Einstein's ensemble interpretation and many physicists today tacitly accept that view also.

The real difference comes when you ask whether this "incompleteness" of quantum theoretical descriptions (i.e. ensembles of systems rather than individual systems) can be removed or must be accepted. Einstein believed in what philosophers call realism, that an objective world exists independent of any (subjective) observation process whereas the Copenhagen view forbids, as being ùnscientific, an inquiry about something that exists independently of whether it is observed—the experimental conditions of observation are inseparable from phenomenon described. Consider processes which in each view are called spontaneous, such as radioactivity or photon emission from atoms. Are the individual events unpredictable?

Yes, according to the Copenhagen view, because our observations, through the uncertainty principle and complementarity, forbid us in principle to know anything but probabilities beforehand. No, according to Einstein; though the uncertainty principle is valid and the predicted probabilities statistically correct, the unpredictability is due to the incompleteness of the theory.

The theory is not incomplete just because it is a statistical theory, and so does not predict individual events (5), but chiefly because it does not even describe the individual event. Note that Einstein's view does not assume or require determinism. The classical theory of Brownian motion is indeterministic and gives only statistical predictions, for example, but in contrast to quantum theory, it does contain a complete description of a Brownian particle, i.e. its position as a function of time. "I still believe," said Einstein, "in the possibility of giving a model of reality which shall represent events themselves and not merely the probability of their occurrence". Therefore, according to Einstein, quantum mechanics, though a limiting case of the whole truth, cannot be the starting point for a new development to greater generality "just as one cannot arrive at the foundations of mechanics from ... statistical mechanics." He hoped to find greater generality through a unified field program that would encompass quantum phenomena as a limiting case "just as electrostatìcs is deducible from the Maxwell equations of the electromagnetic field or as thermodynamics is deducible from statistical mechanics".

When Einstein was being recommended to membership in the Prussian Academy of Science by Planck and others they wrote in their affidavit, praising Einstein, "Summing up, we may say that there is hardly one among the great problems, in which modern physics is so rich, to which Einstein has not made an important contribution. That he may have sometimes missed the target in his speculations, as, for example, in his hypothesis of light quanta, cannot really be held too much against him, for it is not possible to introduce fundamentally new ideas, even in the most exact sciences, without occasionally taking a risk".

That risk won him the Nobel Prize. Just as he was nearly alone in his earlier years in believing in his light quantum hypothesis so he was nearly alone in his disbelief of the Copenhagen interpretation of quantum mechanics in his later years.

In each case there were some others with him; de Broglie, Schroedinger, and even Pauli expressed sympàthetic vibrations to his doubts on quantum mechanics. But most physicists who thought about these matters seriously either accepted the Copenhagen view and/or considered Einstein's goal as unachievable; the vast majority were unconcerned and saw no need to replace a theory that worked.

In 1928, Einstein wrote to Schroedingér "The Heisenberg-Bohr tranquilizing philosophy—or religion?—is so delicately contrived that, for the time being, it provides a gentle pillow for the true believer from which he cannot very easily be aroused.

So let him lie there." To Born he later wrote: "For the time being, I am alone in my views—as Leibniz was with respect to the absolute space of Newton's theory." To Infeld at Princeton he said, "Physicists regard me as an old fool, but I'm convinced that the future development of physics will go in a different direction than heretofore." And, near the end of his life he wrote to his old friend Michele Besso: "All these fifty years of conscious brooding have brought me no nearer to the question of 'What are light quanta?' Nowadays every clod thinks he knows it, but he is mistaken". Einstein would receive a much more sympathetic hearing today. For one thing, physicists with persuasions other than Einstein's are questionìng the validity of the Copenhagen interpretation. And more and more, one hears remarks like Dirac's recent one at the Jerusalem Symposium,2

2 At the Jerusalem Einstein Centennial Symposium, P. A. M. Dirac gave on 20 March 1979,a paper on "Unification: Aims and Principles," in which he said: "It seems clear that the present quantum mechanics is not in its final form. Some further changes will be needed, just about as drastic as the changes which one made in passing from Bohr's orbit to a quantum mechanics.

Some day a new relativistic quantum mechanics will be discovered in which we do not have these infinities occurring at all. It might very well be that the new quantum mechanics will have determinism in the way that Einstein wanted. This determinism will be introduced only at the expense of abandoning some other preconceptions which physicists now hold, and which it is not sensible to try to get at now. "So under these conditions I think it is very likely, or at any rate quite possible, that in the long run Einstein will turn out to be correct, even though for the time being physicists have to accept the Bohr probability interpretation—especially if they have examinations in front of them."

that in his view Einstein is going to turn out to be right. And, increasingly, instead of regarding Einstein as having been out of touch by working on unified field theories rather than quantum mechanics, many physicists are regarding him as having been ahead of his time as developments today in astronomy, cosmology, and elementary particle physics push theorists toward the goal of unifying the branches of physics.

Eighth Misconception:

Einstein is "the father of the atomic bomb".

This myth may never die. It is great theater—such a good story—tragic drama at its best! Here is a pacifist genius inadvertently unlocking the secrets of nature so that humankind can unleash the power of the sun here on earth for its own potential destruction. What is this based on? Two items: first, Einstein discovered the equivalence of mass and energy, the relation E = mc2, a guiding principle for the release of nuclear energy; and second, Einstein signed a letter to President Roosevelt stressing the need for work on an atomic bomb.

Let us consider these items separately. First, E = mc2. Invariably this is illustrated by the aftermath of the explosìon of an atomic bomb. Let us now go back to 1905 again. In September, three months after the relativity paper, Einstein sent another paper to the Annalen der Physik showing that if a body gives off an amount E of energy in the form of light its mass diminished by an amount E/c2. Then he remarks that it "evidently makes no difference" that the energy is in the form of light and asserts that if a body gives off or takes in an amount E of energy of any kind (e.g. thermal energy) it loses or gains an amount of mass E/c2.

Einstein did suggest that this result could be tested experimentally by examining the radioactivity of radium, where the energy release was large enough to detect measurable mass changes.

Apparently it took Einstein two more years to realize that there could be no basic distinction between the mass that a body loses in giving off energy and the mass it already has, so that all mass must have energy; that is, mass and energy are entirely equivalent.

In 1907 he wrote the now famous equation, E = mc2. Einstein regarded this result as the most important consequence of his special theory of relativity, but he never gave even the slightest indication of any potential technological application.

It was not until 1932, twenty-five years later, that Cockcroft and Walton, in a nuclear reaction, obtained the first experimental verification; one year later Blackett and Occhialini obtained the most direct verification in the creation of electron-positron pairs by gamma rays and the annihilation of electron-positron pairs into photons.

In 1938, Hahn and Strassman discovered a process that Meitner and Frisch explained to be nuclear fission, the first mass-energy equivalence process that suggested practical exploitation.

And, in 1942 Fermi and his group constructed the first nuclear reactor. But Einstein's paper had nothing to do with the discovery of nuclear fission.

Moreover, speculation about the large scale release and possible use of nuclear energy from radioactive atoms existed well before Einstein's enunciation of E = mc2, and much later, once the fission experiments were confirmed, the mass-energy relation would have been evident empirically even without a theory.

The possibility of an atomic bomb was freely discussed by nuclear physicists at the time of these experiments. One might as well hold Galileo responsible for the artillery of World War I. Or one could, in advance and with as little justice, call Einstein "the father of the death ray." For just as Einstein gave birth to mass-energy equivalence in 1907 as a consequence of the special theory of relativity, so Einstein gave birth to the concept of the stimulated emission of radiation in his 1916 paper on quantum statistics, wherein he presented a completely quantum derivation of Planck's formula for black-body radiation.

And again, just as thirty-five years later a nuclear reactor was constructed, so here thirty-five years later the laser was constructed with each device having potentially marvelous uses in industry, medicine, and science, but each suggesting destructive applications as well.

A gamma-ray laser capable of destroying people or even destroying a missile-borne atomic bomb is freely discussed today.

Now, secondly, let us consider that letter to Roosevelt.

We should be aware that scientists in England had already informed the British government of the possibility of constructing an atomic bomb many months before Einstein sent his letter, and this happened in Germany, too. In America it was on the initiative of Fermi, Szliard, Teller, Weisskopf, Wigner and others, all refugee physicists quite reasonably and responsibly concerned about possible German progress toward nuclear weapons, that Einstein was involved at all.3

3 Otto Frisch, who worked out the physical explanation of fissìon with his aunt Lise Meitner in 1938, wrote a memorandum in 1940 with Rudolph Peierls explaining the feasibility of an atomic bomb. Both Prisch and Peierls were refugee physicists at Birmingham University and their memorandum persuaded the British government to take such a project seriously. The subsequent British Maud Report was, according to M. Gowing, decisive in persuading the American government to do the same, Friends of Frisch later asked whether he regretted writing that memorandum, putting him in Britain in Einstein's position here in America. Nevill Mott says of this: "It is curious that anyone who remembers that year should reproach him for that, in view of what would have happened in Europe, and particularly to Frisch's generation of Jewish scientists, had Hitler got the weapon first. For that generation, there was no alternative but to work on the bomb if they got the chance!" Frisch, incidentally, worked directly on the atomic bomb project at Los Alamos from 1943 thru 1945. Robert Oppenheimer, as head of the project, had himself sometimes been labelled as the "father of the atomic bomb" as well.

They convinced him to lend his name to a letter, drafted by them, to be given to Dr. Alexander Sachs, an unofficial advisor to President Roosevelt, for delivery to the President alerting him to the situation and seeking his support to initiate a research program on the feasibility of a nuclear bomb.

Einstein signed the letter on August 2,1939; it was not delivered until October 11,1939; and Szilard prevailed upon Einstein to write again in March 1940. Einstein had no further connection with the project and learned of its success, as most of us did, on that day—six years later—when it was announced to the world that Hiroshima had been destroyed.

Einstein tried repeatedly to debunk the idea that he played an important role in producing the atomic bomb. "My participation in the production of the atomic bomb consisted of one single act: I signed a letter to President Roosevelt...." If Einstein had not signed such a letter, surely many other physicists—the initiating group, as an example—would have at the time or they would have found another prominent "name".

If you regard Einstein's name as crucial, be aware that Oppenheimer reported that Einstein's letter had very little effect. The prevailing belief is that the physics was so compelling and the pressures from the leaders of American physics community had already, or surely would have, built up so fast that a nuclear program was inevitable, sooner or later.

And, as Bernard Peld reports, once the program did start, the paranoia of officialdom in wartime Washington on secrecy and Einstein's political history excluded him from all confidences or participation.

In explaining his act of signing a letter, Einstein said, "I felt this was necessary because of the dreadful danger that the Nazi regime might be the first to come into possession of the atomic bomb." And later, "Had I known that fear was not justified I ... would not have participated in opening this Pandora's box." Relevant also are these remarks: "Unfortunately, I had no share in the warning made against using the bomb against Japan;" "I have always condemned the use of the atomic bomb against Japan;" "I have never said I would have approved the use of the atomic bomb against the Germans. I did believe that we had to avoid the contingency of Germany under Hitler being in sole possession of this weapon. That was the real danger at the time." And finally, "... warfare today would mean universal annihilation of human beings. There is little point, therefore, in opposing the manufacture of specific weapons; the only solution is to abolish both war and the threat of war. That is the goal toward which we should strive."

Conclusion

It is now nearly a quarter of a century since Einstein's ashes were scattered on our Earth. With great intuition and skill Einstein grappled with the nature of space and time and of matter and energy, seeing the universe as a whole but compassionate toward humankind here on earth.

I conclude with his own words: "A human being is a part of the whole, called by us 'Universe,' a part limited in time and space. He experiences himself, his thoughts and feelings, as something separated from the rest—a kind of optical delusion of his consciousness. This delusion is a kind of prison for us, restricting us to our personal desires and to affection for a few persons nearest to us. Our task must be to free ourselves from this prison by widening our circle of compassion to embrace all living creatures and the whole nature in its beauty. Nobody is able to achieve this completely, but the striving for such achievement is in itself a part of the liberation and a foundation for inner security."