Einstein liitutaulu

Einstein pani ajan ja avaruuden kaarelle

Eräänä syyspäivänä 1907 Einsteinille välähti, että vapaassa putoamisessa ihminen tuntee olevansa painoton. Oivallus johdatti hänet painovoiman selityksen jäljille. Asian matemaattinen esitys oli kuitenkin kovan työn takana.

maanantai 9. marraskuuta 2015

Vaikka Einstein oli lähestulkoon mullistanut koko 1900-luvun fysiikan neljällä kirjoituksellaan ja saavuttanut tohtorin arvon, hän sai turhaan hakea leipätyötä tiedemaailmassa. Häntä ei huolittu edes lukion opettajaksi. Onneksi sentään patenttivirasto palkitsi hänet palkankorotuksella ja ylensi hänet kolmannen luokan teknisestä asiantuntijasta toiseen luokkaan.

Einstein jatkoi entiseen tapaan uurastusta virastossa maanantaista lauantaihin. Vaikka hänellä oli nyt perhekin huollettavanaan – hän ja Mileva olivat saaneet pojan vuonna 1904 – hän löysi aikaa myös jokaviikkoisille soittoharjoituksille jousikvartetin kanssa. Kaiken työn ja vapaa-ajan puuhastelun lomassa häntä sapetti jatkuvasti hänen suhteellisuusteoriansa vajavaisuus. Einstein ei ollut saanut sisällytettyä teoriaansa painovoimaa.

Ratkaisu alkoi yhtäkkiä kajastaa, kun hän oli uppoutuneena muistiinpanoihinsa eräänä syksyisenä päivänä 1907. Hän sai oivalluksen, jota hän myöhemmin kuvaili elämänsä parhaaksi päähänpistoksi.

Einsteinin mieleen välähti ajatus, että kun ihminen on vapaassa putoamisessa, hän ei tunne omaa massaansa vaan kokee olevansa painoton. Tämä välähdys johdatti Einsteinin kokonaan uudenlaisen painovoimateorian jäljille. Teoria tuli tunneksi nimellä yleinen suhteellisuusteoria. Älynvälähdyksen jälkeen kului kuitenkin monta uuvuttavan aivovoimistelun täyteistä vuotta, ennen kuin teoria voitiin esitellä koko komeudessaan.

Tarkista perusasiat painovoimasta Salamakurssista

Mileva vaihtui serkkuun

Einstein sai ensimmäisen professorin paikkansa neljä vuotta sen jälkeen, kun hän oli pannut fysiikan opit uuteen uskoon. Syksyllä 1909 hän aloitti työt Zürichin yliopistossa. Siitä lähtien hänellä oli kysyntää lähes kaikkialla. Einsteinin kirjoitukset olivat vähitellen tulleet tunnetuiksi maailman tiedepiireissä, ja hänelle sateli työtarjouksia, kun arvostettu opinahjo toisensa jälkeen halusi saada hänet joukkoihinsa.

Zürichistä Einstein siirtyi 1911 Prahaan, mistä hän palasi Zürichiin. Vuonna 1914 silloin 34-vuotias Einstein houkuteltiin professorin virkaan Berliiniin ja Preussin tiedeakatemian jäseneksi.

Berliinissä Einstein saattoi ensimmäistä kertaa keskittyä painovoimateoriansa kehittelyyn. Tutkimusrauha ja kunnollinen palkka eivät kuitenkaan olleet Berliinin ainoita vetovoimatekijöitä. Siellä myös asui Elsa Löwenthal, joka oli Einsteinin serkku ja rakastettu.

Einstein ja Universal Studios -yrityksen perustaja. Keskustelu käytiin ilmeisesti kesäkuussa 1932. Einsteinin toinen vaimo Elsa Löwenthal osallistuu saksaksi käytävään keskusteluun.

Avioliitto Milevan kanssa oli säröillyt jo pitkään. Eräässä kirjeessä Einstein oli luonnehtinut vaimoaan kovin sanoin. Mileva oli saanut kuulla olevansa ”epäystävällinen, huumorintajuton olento, joka ei ole saavuttanut elämässään mitään ja joka tukahduttaa muiden elämänilon pelkällä läsnäolollaan”.

Milevalla ja Albertilla oli kaksi lasta, jotka olivatkin ainoa liittoa yhdessäpitävä side. Muutoin heitä yhdistivät vain jatkuvat riidat. Einsteinin mielestä Mileva oli mustasukkainen hänen menestyksestään, ystävistään ja työstään. Elsa Löwenthal sen sijaan oli pikemminkin huolehtivainen ja ylpeä ihailija, joka osasi silittää Einsteinia myötäkarvaan.

Hän hoivasi Einsteinia tämän ollessa sairas ja muun muassa lahjoitti tälle hiusharjan, jotta fyysikon villi kuontalo saatiin kuriin. Hän myös pyykkäsi ja silitti Einsteinin vaatteet, jotta tämä oli siivon näköinen hienoilla illallisilla. Löwenthal yritti myös huolehtia Einsteinin terveydestä. Kun Einstein uppoutui tutkimukseensa, hän patisti tätä liikkumaan, lepäämään ja syömään terveellisesti. Hyvät neuvot eivät kuitenkaan menneet perille. Einstein totesi: ”Aion sauhuttaa kuin korsteeni, raataa kuin hevonen, syödä mitä sattuu ja ulkoilla ainoastaan käydessäni kävelyllä todella miellyttävässä seurassa.”

Helmikuussa 1919 Einstein erosi vaimostaan Mileva Maricista. Kesäkuussa hän meni naimisiin Elsa Löwenthalin kanssa.

Newtonin opit romukoppaan

Einstein piti sanansa. Hän teki töitä yötä päivää yrittäessään laajentaa suhteellisuusteoriaansa, ja saattoi mennä viikkoja ilman, että hän kävi ulkona. Erään Einsteinin luona käyneen tuttavan mukaan hän ”tuijotti poissaolevan näköisenä ja hänen tukkansa sojotti joka suuntaan kuin sähköiskun saaneen leijonan harja”. Usein Einstein ei malttanut syödä eikä nukkua, ja hänen ison mutta niukasti kalustetun asuntonsa lattiat olivat täynnä tiuhaan kirjoitettuja paperilappuja, joihin oli tuherrettu matemaattisia laskelmia ja mutkikkaita yhtälöitä.

Teorian esittäminen matemaattisesti osoittautui Einsteinin kompastuskiveksi. Hänen oli pakko myöntää, että hänen kykynsä eivät riittäneet. ”Olen oppinut kunnioittamaan valtavasti matematiikkaa, vaikka ennen ymmärtämättömyydessäni pidin sen hienostuneempia osia silkkana ylellisyytenä”, hän kirjoitti tuttavalleen.

Klassinen geometria ei riittänyt kuvaamaan maailmaa sellaisena kuin Einstein sen näki. Niinpä hän päätyi tuon tuosta yhtälöineen umpikujaan. Lopulta Einstein onnistui ratkaisemaan ongelmat muun muassa ystävänsä matemaatikko Marcel Grossmannin avulla. Vuonna 1913 Einstein oli valmis esittelemään luonnoksen teoriaksi, joka syrjäytti vanhan maailmankuvan: avaruus ei ollutkaan tasainen ja muuttumaton, kuten luonnontieteiden suurmies Isaac Newton oli esittänyt. Sen sijaan kaikkeus taipuili ja painovoima oli avaruuden kaareutumista. Einstein myönsi, että hänen teoriansa oli toistaiseksi pelkkä olettamus ja ehkä lennokkaan puoleinen. Jälkimmäisestä arviosta useimmat fyysikkokollegat olivat samaa mieltä.

Satelliitti todisti, että Maan painovoima kaareuttaa avaruutta.

Kun Einstein esitteli teoriaansa, osa kuulijoista oli haltioissaan, mutta suurin osa tutkijoista tyrmäsi sen. Sitä pidettiin terveen järjen vastaisena, ja se myös soti kaikkea sitä vastaan, miten liike, avaruus ja aika oli totuttu ymmärtämään.

Vaikka Einstein oli vakuuttunut teoriastaan, hän ehdotti koetta, jotta epäilykset voitaisiin selvittää. Jos teoria piti paikkansa, kaukaisista tähdistä tuleva valo taipuisi kulkiessaan läheltä Aurinkoa. Tämä voitaisiin todeta kuvaamalla Auringon tuntumassa olevia tähtiä täydellisen auringonpimennyksen aikana.

Maailmansota tuli väliin

Mahdollisuus testiin oli jo lähellä, sillä seuraava täydellinen auringonpimennys olisi tarkkailtavissa Etelä-Venäjällä 21. elokuuta 1914. Einstein kannusti tähtitieteilijöitä panemaan teorian koetukselle.

”Teoreetikot eivät voi tehdä tämän enempää, mutta te, tähtitieteilijät, voitte ensi vuonna tehdä mittaamattoman arvokkaan palveluksen teoreettiselle fysiikalle”, Einstein kirjoitti syyskesällä 1913.

Nuori berliiniläinen tähtitieteilijä Erwin Freundlich oli valmis ottamaan haasteen vastaan. Ensin oli tosin ratkaistava käytännön ongelma: hänellä ei ollut rahaa matkaan. ”Tilaa valokuvauslevyt äläkä hukkaa aikaa rahasta murehtimiseen”, Einstein vastasi ja lupasi maksaa matkakulut vaikka omasta pussistaan.

Einsteinin ei tarvinnut kaivaa kuvettaan, sillä yksityisiä lahjoittajia ilmaantui sankka joukko. Kesäkuun 19. päivänä 1914 Freundlich ja ryhmä muita tutkijoita lähti matkaan kohti Krimin niemimaata.

Maailmanpolitiikka kuitenkin jyräsi tieteen. Kaksikymmentä päivää ennen auringonpimennystä, 1. elokuuta 1914, Saksa julisti sodan Venäjälle ja Freundlich kollegoineen joutui vangiksi. Heidät vapautettiin parin viikon kuluttua, mutta juuri silloin, kun Kuu peitti Auringon, tähtitieteilijät olivat telkien takana. Pieleen mennyt tutkimusmatka jätti Einsteinin yksin viimeistelemään mullistavaa teoriaansa.

Teoria valmistui sodan keskellä

Loppuvuoden 1914 ja ison osan seuraavasta vuodesta, kun Euroopassa riehui suursota, Einstein kamppaili työhuoneessaan hermoromahduksen partaalla. Marraskuun viimeisellä viikolla 1915 hän lopulta sai valmiiksi yhden nykytieteen tärkeimmistä saavutuksista: yleisen suhteellisuusteorian.

”Tämä teoria on mittaamattoman kaunis”, totesi Einstein kainostelematta eräälle ystävälleen. Toiselle hän kuvaili sitä elämänsä suurimmaksi saavutukseksi. Teoria oli kuitenkin edelleen vailla kokeellisia todisteita. Sitä varten Einstein tarvitsi auringonpimennyksen.

Lue seuraava luku: Auringonpimennys teki Einsteinista tähden (HUOM! Sinun pitää kirjautua Tieteen Kuvalehden sivustoon, jotta voit lukea seuraavan luvun.)

Suhteellisuusteoria 100 vuotta: Tutustu Albert Einsteinia ja hänen suhteellisuusteoriaansa käsittelevään laajaan teemaan

Lue tästä

Ehkä sinua kiinnostaa...

Etkö löytänyt, mitä etsit? Tee haku tästä: