Was er een beslissend moment waarop Albert Einstein zich realiseerde dat hij baanbrekende theorieën in de natuurkunde aan het ontwikkelen was?
Nee, hij had niet een eureka-moment, hij had er drie, En de derde bezorgde hem gewelddadige hartkloppingen.
De eerste
De eerste vond plaats in mei 1905 in Bern. Na jarenlang te hebben geworsteld met de tegenstelling tussen de Newtoniaanse mechanica en de constante lichtsnelheid, bracht Einstein een middag door met debatteren over het dilemma met zijn vriend Michele Besso1. Omdat hij geen antwoord kon vinden, gaf Einstein het op en ging naar huis.
De volgende ochtend trof de oplossing hem: de tijd is niet absoluut, en gelijktijdig-heid hangt volledig af van de beweging van de waarnemer. Hij haastte zich terug naar Besso’s huis en flapte eruit: ‘Bedankt! Ik heb het probleem volledig opgelost.” Binnen vijf weken voltooide hij zijn speciale relativiteitsartikel. Diezelfde maand bestempelde Einstein, in een brief aan zijn vriend Conrad Habicht2, zijn artikel waarin hij lichte quanta voorstelde, als “zeer revolutionair“
De tweede
De tweede doorbraak kwam twee jaar later, in november 1907. Terwijl hij dag-droomde in zijn stoel bij het Zwitserse octrooibureau, vroeg Einstein zich af wat er met de zwaartekracht zou gebeuren in zijn nieuwe relativistische raamwerk. Zoals hij later beschreef in een lezing uit 1920, deed een plotselinge gedachte hem schrikken: als een persoon vrij valt, dan voelt hij zijn eigen gewicht niet. Einstein noemde dit “de gelukkigste gedachte van mijn leven” Het werd het gelijkwaardigheidsprincipe, ofwel het besef dat zwaartekracht en versnelling fysiek niet van elkaar te onderscheiden zijn. Deze gedachte vormde de conceptuele brug van de speciale naar de algemene relativiteitstheorie.
De derde
De derde en meest diepgewortelde realisatie kwam in november 1915.
Acht jaar lang had Einstein zich door kronkelige differentiaalmeetkunde geworsteld om het gelijkwaardigheidsprincipe om te zetten in veldvergelijkingen. Hij werkte in Berlijn te midden van hevige concurrentie van wiskundige David Hilbert3. Hij testte zijn nieuwste vergelijkingen op de afwijkende precessie van Mercurius’ perihelion, een astronomische afwijking van 43 boogseconden per eeuw. Dit was een afwijking die de wetten van Newton niet konden verklaren. Toen zijn berekening de exacte 43 boogseconden opleverde, ervoer Einstein hartkloppingen en schreef aan Paul Ehrenfest4 dat hij buiten zichzelf was van vreugde. Op dat moment bevestigde de natuur zijn theorie, nog voordat een telescoop dat deed.
1 Michele Angelo Besso (1873–1955) was een Zwitsers-Italiaanse ingenieur die nauw samenwerkte met Albert Einstein.
Einstein noemde Besso “het beste klankbord van Europa” voor wetenschappelijke ideeën. In Einsteins oorspronkelijke artikel over de speciale relativiteitstheorie sloot hij het artikel af met de woorden: “Laat ik tot slot opmerken dat mijn vriend en collega M. Besso mij standvastig bijstond in mijn werk over het hier besproken probleem, en dat ik hem veel dank verschuldigd voor een waardevolle suggestie.” Besso stierf in Genève, 81 jaar oud. In een condoleancebrief aan de familie Besso schreef Albert Einstein: ‘Nu is hij mij ook een beetje voorgegaan door afscheid te nemen van deze vreemde wereld. Dit betekent niets. Voor ons gelovige natuur-kundigen heeft het onderscheid tussen verleden, heden en toekomst alleen de betekenis van een illusie, ook al is deze hardnekkig.” Einstein stierf een maand en drie dagen na zijn vriend, op 18 april 1955.
2 Conrad Habicht (1876–1958) was een Zwitserse wiskundige en goede persoonlijke vriend van Albert Einstein. Samen met Maurice Solovine richtten de drie de Olympia Academie op, een informele vriendenkring die van 1902 tot 1904 in Bern bijeenkwam om natuurkunde en filosofie te bespreken. Habicht en Solovine waren de enige twee getuigen van Einsteins huwelijk met Mileva Maric in 1903. Habicht was de ontvanger van Einsteins brief uit 1905, waarin Einstein zijn Annus mirabilis beschreef.
3 David Hilbert (1862–1943) was een Duits wiskundige die wordt gerekend tot de invloedrijkste wiskundigen van de negentiende en begin twintigste eeuw. Alleen al zijn eigen ontdekkingen zouden hem deze eer geven, maar vooral zijn leiding-gevende rol in de wiskunde gedurende zijn leven en de door hem opgezette ‘kweekschool’ van jonge veelbelovende en later veelal zeer belangrijke wiskundigen, zijn wat hem onderscheidt. Hij was gedurende het grootste deel van zijn carrière hoogleraar in de wiskunde aan de Universiteit van Göttingen. Hilbert legde hier, in samenwerking met zijn beste leerlingen, veel van het wiskundige fundament voor de kwantummechanica, met name het concept van de Hilbertruimte. Verder legde hij met zijn studenten, zoals de latere schaakkampioen Emanuel Lasker en later beroemde wiskundigen en filosofen als Hermann Weyl, en John von Neumann grotendeels de richting vast waarin de wiskunde van de 20e eeuw zich zou ontwikkelen. Hij is beroemd om zijn 23 problemen voor de twintigste eeuw, die hij opgaf tijdens een voordracht op het Internationaal Wiskundecongres van 1900. Minder bekend is dat Hilbert in 1915 op het spoor was van de principes van de algemene relativiteitstheorie maar dat, voordat hij zijn conclusies kon publiceren, Albert Einstein hem voor was. Hilbert was daar niet echt rouwig om en gunde Einstein zijn primeur. Later werkten ze zelfs samen om de wiskundige aspecten van deze theorie verder uit te werken.
4 Paul Ehrenfest (1880–1933) was een in Oostenrijk geboren Nederlands natuur-kundige (genaturaliseerd in 1922). Zijn wetenschappelijk oeuvre bestaat vooral uit bijdragen aan de statistische mechanica en de kwantummechanica. Hij studeerde in Wenen bij Ludwig Boltzmann en vanaf 1901 in Göttingen, toen een belangrijk centrum voor wiskunde en theoretische natuurkunde. Daar ontmoette hij de Russische wiskundige Tatiana Afanassjewa. In het voorjaar van 1903 bracht hij een kort bezoek aan Leiden waar hij enkele colleges van Hendrik Lorentz bezocht. In 1912 kwam Ehrenfest te werken als opvolger van Hendrik Lorentz aan de Rijksuniversiteit Leiden. Daar heeft hij mede door zijn enthousiasme een grote school gevormd, waartoe onder meer de natuurkundigen Johannes Burgers, Hendrik Casimir, Dirk Coster, Samuel Goudsmit, Hendrik Kramers maar ook de natuurkundige en econoom Jan Tinbergen behoorden. Zijn leerlingen spraken bewonderend over hem als “oom Socrates”. Ehrenfest was bevriend met beroemde natuurkundigen als Albert Einstein, Niels Bohr en Heike Kamerlingh Onnes, die soms bij hem op bezoek kwamen. In 1919 werd hij benoemd tot lid van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen (KNAW). De jonge natuurkundige Robert Oppenheimer verbleef in Leiden om met Ehrenfest te discussiëren, waartoe hij ook Nederlands leerde.