Cuộc đời Albert Einstein - người kiến tạo lịch sử

Albert Einstein là một nhà khoa học lỗi lạc của thế kỷ XX. Những đóng góp lớn nhất của Einstein cho vật lý là sự tổng hợp cơ học và điện động lực học thông qua thuyết tương đối, và thách thức vật lý Newton thông qua thuyết lượng tử. Tuy nhiên, tầm ảnh hưởng của Einstein không chỉ giới hạn ở khoa học, mà còn tác động sâu sắc đến triết học, nghệ thuật, văn học và vô số các ngành khác. Là một cá nhân đam mê với niềm tin của mình và thẳng thắn trong chính trị, Einstein đã thay đổi hình ảnh của các nhà khoa học trong thế kỷ XX.

Albert Einstein

Bối cảnh thời đại

Einstein sinh năm 1879 trong thời kỳ đế quốc ở Đức. Ông mất 76 năm sau đó tại Princeton, New Jersey, đúng một thập kỷ sau khi Đức Quốc xã thất bại và Nhật Bản bị ném bom nguyên tử. Ông đã chứng kiến ​​hai cuộc chiến tranh thế giới, đỉnh cao và sự sụp đổ của trật tự châu Âu cũ, sự trỗi dậy của công nghiệp hóa và các công nghệ mới như điện thoại, ô tô, tia X và phóng xạ. Nhưng bản thân Einstein đã khai sinh ra một số chuyển đổi cơ bản nhất trong thời đại của mình, bao gồm sự trỗi dậy của vật lý lý thuyết, sự mở rộng của cơ học Newton sang lĩnh vực siêu nhỏ của nguyên tử, hạt nhân, và sự ra đời của thuyết tương đối. Do đó, Einstein vừa là sản phẩm vừa là người định hình bối cảnh khoa học và văn hóa của thời đại ông sống.

Einstein lớn lên trong những năm sau khi nước Đức thống nhất (năm 1871), thời kỳ mà sức mạnh công nghiệp của châu Âu phát triển mạnh mẽ, chủ nghĩa dân tộc quân phiệt mạnh mẽ và sự bành trướng của chủ nghĩa đế quốc. Những tiến bộ về công nghệ đã dẫn đến niềm tin mới vào sự tiến bộ về vật chất, đặc biệt là khi thế giới cũ chạy bằng động cơ hơi nước và cơ học được thay thế bằng điện. Sự trỗi dậy của điện năng đã thách thức thế giới quan cơ học thống trị thế kỷ 19, cho rằng mọi vật chất đều tuân theo các định luật chuyển động của Newton và mọi hiện tượng tự nhiên đều phát sinh từ sự tương tác của vật chất chuyển động. Những tiến bộ mới trong lý thuyết điện từ của các nhà khoa học thế kỷ 19 như Michael Faraday và James Clerk Maxwell không thể giải thích được theo bức tranh cơ học cũ, và các nhà vật lý vào thời của Einstein phải đối mặt với thách thức là tìm ra một lý thuyết cơ học hoàn chỉnh về lý thuyết điện động lực học phù hợp với mô hình của Newton.

Einstein lớn lên như một người Do Thái trong thời kỳ chủ nghĩa bài Do Thái đang gia tăng. Những ảnh hưởng của vụ án Dreyfus ở Pháp đã lan rộng khắp châu Âu vào những năm 1890 và truyền cảm hứng cho những nhà tư tưởng đầu tiên của chủ nghĩa phục quốc Do Thái như Theodore Herzl. Năm 1911, trụ sở của phong trào phục quốc Do Thái đã chuyển đến Berlin, nơi Einstein đang giảng dạy. Vì vậy, mặc dù bản thân ông phủ nhận các nghi lễ và truyền thống tôn giáo truyền thống, Einstein đã tham gia vào một trong những phong trào vĩ đại nhất trong lịch sử Do Thái.

Sự ủng hộ của Einstein đối với phong trào Zionist một phần là phản ứng trước chủ nghĩa bài Do Thái lan tràn khắp nước Đức với sự trỗi dậy của Đảng Quốc xã vào tháng 1 năm 1933. Theo Đạo luật khôi phục dịch vụ dân sự khét tiếng vào ngày 1 tháng 4 năm 1933, Đức Quốc xã đã loại trừ người Do Thái khỏi mọi chức vụ nhà nước, bao gồm cả trường đại học và các viện nghiên cứu khác. Vật lý là một trong những ngành bị ảnh hưởng nặng nề nhất bởi luật mới này, mất ít nhất 25% nhân sự năm 1932 - 1933. Tuy nhiên, ngay cả trước những năm 1930, nhiều học giả ngày càng nghi ngờ về tỷ lệ người Do Thái tham gia cao vào y học và khoa học tự nhiên. Phong trào bài Do Thái này kết hợp với sự nghi ngờ chung cao hơn về chủ nghĩa duy vật và chủ nghĩa thương mại gắn liền với khoa học. Hitler coi thường toán học và vật lý so với các ngành thúc đẩy “văn hóa”, những thành tựu nhân văn của con người trong xã hội. Einstein, với tư cách là một người Do Thái và là một nhà vật lý, là một trong những mục tiêu đầu tiên của hệ thống tuyên truyền Đức Quốc xã.

Ngược lại, ở Mỹ, khoa học đã có được những thành tựu và uy tín to lớn vào những năm 1920 và 1930; do đó, khi Einstein đến thăm đất nước vào năm 1922, ông đã được ca ngợi như một anh hùng. Những năm 1920 chứng kiến ​​sự phát triển nhanh chóng của cộng đồng vật lý ở Mỹ, bao gồm cả sự gia tăng số lượng người Do Thái trong các ngành khoa học, vì khoa học là một trong số ít những lĩnh vực mang lại cho người Do Thái ở Mỹ cơ hội có được vị thế cao trong thế giới không phải Do Thái. Những năm 1920 và 1930 cũng là những năm phổ biến rộng rãi và chính trị hóa khoa học. Do đó, sự xuất hiện của những người tị nạn từ châu Âu, như Einstein, trong những năm ngay trước Thế chiến II giúp củng cố thêm một trong những nhánh mạnh nhất và năng nổ nhất của cộng đồng vật lý thế giới vào thời điểm đó.

Những năm đầu trong cuộc đời Einstein

Albert Einstein sinh ngày 14 tháng 3 năm 1879 tại Ulm, Đức. Ông là đứa con đầu lòng của Hermann và Pauline, một cặp vợ chồng tư sản người Do Thái đã kết hôn ba năm trước đó. Hermann là một doanh nhân kinh doanh chăn lông vũ, khi công việc kinh doanh này phá sản, ông chuyển gia đình đến Munich để mở một doanh nghiệp kỹ thuật điện với anh trai Jakob. Dự án này phần lớn được hỗ trợ bởi Kochs, cha mẹ của Pauline Einstein. Pauline là một nhạc sĩ tài năng, đã cho Einstein làm quen với đàn piano từ nhỏ và khuyến khích, ủng hộ niềm đam mê violin của ông, Einstein đã học chơi nhạc cụ này từ năm sáu tuổi.

Năm 1881, Hermann và Pauline sinh đứa con thứ hai Maria, tên thường gọi là Maja. Maria là người bạn thân thiết nhất thời thơ ấu của Albert. Năm 1924, Maria xuất bản một cuốn Tiểu sử về Einstein, cuốn sách là nguồn gốc của nhiều truyền thuyết về những năm đầu đời của Einstein. Vài năm sau, khi Einstein được bốn hoặc năm tuổi, ông đã có trải nghiệm khoa học đầu tiên trong đời, khi cha ông cho ông xem một chiếc la bàn và cậu đã kinh ngạc khi kim la bàn luôn chỉ về hướng bắc. Bắt đầu từ đó, Einstein đã thể hiện sự quan tâm đến khoa học trước cả khi ông đến trường.

Einstein bắt đầu đi học chính thức từ năm sáu tuổi, khi ông theo học tại trường Petersschule trên phố Blumenstrasse, một trường tiểu học Công giáo ở Munich. Vì cha mẹ ông không phải là người Do Thái sùng đạo nên họ quan tâm đến chất lượng của trường hơn là tôn giáo. Einstein học rất giỏi ở trường, nhưng ông là một đứa trẻ trầm tính và luôn giữ khoảng cách với bạn bè cùng trang lứa. Ông không thích cách học sinh phải vâng lời thầy cô một cách tuyệt đối và ghét các buổi tập quân sự thường xuyên của trường. Einstein thích chơi với em gái và xây nhà bằng những lá bài ở nhà hơn.

Năm lên mười tuổi, Einstein được nhận vào trường Luitpold Gymnasium ở Munich, một học viện chính quy và rất có tiếng, trường chú trọng giảng dạy tiếng Latin và Hy Lạp hơn là toán học và khoa học. Không hài lòng với chương trình giáo dục ở trường, Einstein bắt đầu tự học nhiều khóa học bên ngoài trường. Người bác Jakob đã cho mượn một cuốn sách đại số và những bài tập toán học để giải. Ngoài ra, một sinh viên y khoa hai mươi mốt tuổi tên là Max Talmud, một người bạn của gia đình Einstein, đã cho ông mượn những cuốn sách về khoa học và triết học phổ thông, Einstein rất háo hức với những cuốn sách này và đã đọc nó với niềm thích thú.

Vào năm mười một tuổi, Einstein dấy lên một sự sùng đạo mãnh liệt nhưng ngắn ngủi, trong đó ông tuân thủ các luật ăn kiêng kosher, đọc Kinh thánh một cách say mê và sáng tác những bài thánh ca ngắn ca ngợi Chúa. Tuy nhiên, giữa lúc chuẩn bị bước tới lễ trưởng thành Bar Mitzvah, đức tin tôn giáo của Einstein đã thay đổi hoàn toàn do nhận thức khoa học ngày càng lớn. Đến năm mười ba tuổi, ông trở nên coi thường các tổ chức tôn giáo và mọi hình thức giáo điều.

Năm 1893, cha và bác của Einstein đã bán doanh nghiệp của họ và chuyển đến Pavia, Ý. Einstein ở lại Munich để hoàn thành chương trình trung học phổ thông của mình. Tuy nhiên, sáu tháng sau Einstein đã thuyết phục một bác sĩ viết một chẩn đoán "suy nhược thần kinh". Đây là cái cớ để Einstein bỏ học và chuyển đến Ý với gia đình.

Hành động này của Einstein đã làm cha mẹ ông ngạc nhiên và thất vọng. Thêm vào đó, ông tuyên bố từ bỏ cả quốc tịch Đức và đức tin Do Thái của mình. Tuy nhiên, ông đã trấn an cha mẹ mình bằng quyết tâm học để thi vào Học viện Bách khoa Liên bang Thụy Sĩ ở Zurich, một học viện kỹ thuật tiên tiến lúc bấy giờ.

Mặc dù đã học tập chăm chỉ, Einstein vẫn không vượt qua được các kỳ thi để vào trường Bách khoa Zurich năm 1895. Theo gợi ý của hiệu trưởng trường Bách khoa, ông đã dành năm tiếp theo học tại một trường trung học ở Aarau, Thụy Sĩ để chuẩn bị cho kỳ thi lại. Tại đó, ông đã ở trọ tại nhà của một giáo viên của trường tên là Jost Winteler. Einstein rất thân thiết với bảy đứa trẻ nhà Winteler và vô cùng thích thú với năm học ở Aarau này. Vào thời điểm nhận bằng tốt nghiệp năm 1896, ông đã trở thành một cá nhân tự tin và ngày càng giao tiếp tốt hơn, khác xa với cậu bé trầm tính và cô lập của những ngày còn học ở trường trung học.

Những ngày sinh viên

Mặc dù vẫn còn 6 tháng nữa mới đến tuổi 18, đội tuổi tối thiểu để nhập học, Einstein vào Học viện Bách khoa Zurich tháng 10 năm 1896. Ông tham gia chương trình đào tạo giáo viên kéo dài bốn năm, sau chương trình này ông sẽ đủ điều kiện để trở thành giáo viên trung học chuyên ngành toán học và vật lý. Ông sống trong nhà trọ sinh viên ở quận Hottingen, đầu tiên là trong căn hộ của Frau Henriette Hagi và sau đó là tại một nhà nghỉ nhỏ do Stephanie Markwalder điều hành. Trong suốt bốn năm học, ông sống bằng trợ cấp khiêm tốn 100 franc Thụy Sĩ mỗi tháng, phần lớn là do ông bà ngoại của ông, nhà Kochs cung cấp.

Quyết định theo học chương trình đào tạo giáo viên của Einstein có vẻ ngạc nhiên khi xét đến sự thất bại của chính ông khi còn là một học sinh ở Munich, niềm vui trong học tập mà ông có được đến từ việc giáo dục không chính thức tại nhà, chứ không phải từ những ngôi trường có những giáo viên được đào tạo chính quy. Tuy nhiên, chương trình này có thể là một nỗ lực để thỏa hiệp với gia đình ông, vốn đang gặp khó khăn về tài chính vào thời điểm đó. Nhà máy do cha và bác của ông điều hành đã phá sản vào năm 1896 và hầu hết tiền của gia đình đã tiêu tán. Vì vậy, mặc dù Einstein mong muốn làm chủ các ranh giới của vật lý, ông cũng nhận ra tầm quan trọng của việc đảm bảo thu nhập ổn định cuộc sống hàng ngày.

Tuy nhiên, vật lý là thứ Einstein không thể từ bỏ, ông đã nghiên cứu nó một cách nghiêm túc trong phòng thí nghiệm của trưởng giáo sư vật lý tại Đại học Bách khoa, Heinrich Friedrich Weber, người nổi tiếng với những đóng góp cho kỹ thuật điện. Tuy nhiên, mặc dù Einstein ngưỡng mộ những thành tựu của giáo sư, ông vẫn rất buồn khi biết rằng Weber, một người tin tưởng tuyệt đối vào vật lý cổ điển, lại là người lỗi thời một cách cố chấp, bác bỏ mọi tiến bộ về từ và điện kể từ những khám phá của Helmholtz vào những năm 1850. Một lần nữa, giống như hồi trung học, Einstein lại dựa vào việc học tập, khám phá độc lập của mình, ông đọc rất nhiều các tác phẩm của Maxwell, Kirchoff, Hertz, Helmholtz và của các nhà vật lý đương thời. Einstein cũng được hưởng lợi từ giảng viên toán học của mình, Hermann Minkowski, người sau này đã chứng minh được vai trò quan trọng trong việc đưa ra một hình thức toán học chặt chẽ để hỗ trợ cho thuyết tương đối của Einstein.

Mặc dù Einstein không có nhiều mối quan hệ xã hội ở Zurich, ông đã kết bạn với một số người bạn thân có ảnh hưởng lớn đến tương lai của ông. Một trong những người bạn như vậy là Marcel Grossman, một sinh viên toán học trước ông một năm. Cha của Grossman là chủ một nhà máy ở Zurich và Marcel là con người của môi trường tự do ở Thụy Sĩ. Einstein coi người bạn của mình là một sinh viên mẫu mực và dựa rất nhiều vào các ghi chép bài giảng của người bạn này bất cứ khi nào đến kỳ thi cuối kỳ. Grossman tiếp tục giúp đỡ Einstein trong những năm sau đó, đầu tiên là giúp ông có công việc tại một văn phòng cấp bằng sáng chế ở Bern sau khi tốt nghiệp, và sau đó là làm việc về các phép tính toán học của thuyết tương đối rộng.

Một người bạn thân khác của Einstein là Michele Angelo Besso, một kỹ sư cơ khí sống tại Zurich. Einstein gặp Besso thông qua một nhóm nhạc nghiệp dư tại Zurich, nơi Einstein thường tham gia chơi đàn violin vào các buổi chiều thứ bảy. Ông khuyến khích Einstein đọc các tác phẩm của Ernst Mach, một triết gia người Áo đương thời. Chủ nghĩa thực chứng kinh nghiệm và sự ngờ vực của Mach đối với suy đoán siêu hình sẽ có tác động mạnh mẽ đến thuyết tương đối hẹp của Einstein.

Cuối cùng, Einstein cũng trở nên rất thân thiết với Mileva Maric cùng trường Đại học Bách khoa Zurich, một sinh viên người Hungary hơn ông ba tuổi. Mileva không phải là một sinh viên xuất sắc, nhưng là một người làm việc chăm chỉ và quyết tâm. Mặc dù Einstein được nhiều phụ nữ tại Đại học Bách khoa yêu mến, mối quan hệ của ông với Mileva trở nên đặc biệt nồng nhiệt trong thời gian từ mùa thu năm 1899 đến mùa hè năm 1900. Sau đó, vào tháng 7 năm 1901, không lâu sau khi tốt nghiệp, Mileva báo với Einstein rằng bà đã mang thai. Einstein muốn kết hôn với bà, tôn giáo là một lý do nhỏ để hai gia đình phản đối cuộc hôn nhân này, nhưng lớn hơn, cha mẹ ông phản đối kịch liệt với lý do bà không xứng đáng với địa vị xã hội của họ. Ngược lại, cha mẹ của Mileva rất ủng hộ mối quan hệ giữa Einstein và con gái họ, đặc biệt là khi họ biết bà đã mang thai. Khi Mileva sinh đứa con ngoài giá thú này vào cuối tháng 1 năm 1902, cha mẹ của Mileva đã nhận trách nhiệm chăm sóc Lieserl và người ta tin rằng họ đã sớm cho Lieserl làm con nuôi. Thông tin về người con này của Einstein rất ít, mọi thông tin biến mất hoàn toàn cho đến tận năm 1986, khi các nhà sử học khám phá ra những bức thư giữa Einstein và Mileva. Mặc dù Einstein và Mileva vẫn giữ mối quan hệ tốt đẹp trong suốt thời kỳ mang thai, nhưng phải đến tháng 1 năm 1903, khi Einstein có một công việc ổn định và lương cao tại văn phòng cấp bằng sáng chế ở Bern, họ mới chính thức kết hôn.

Mối quan hệ giữa Einstein và Mileva đã là chủ đề được quan tâm phổ biến trong lịch sử, đặc biệt từ sau khi công bố những bức thư giữa họ. Những bức thư tình Einstein gửi cho vị hôn thê của mình chứa những mô tả chi tiết về công trình khoa học và phản ứng của ông đối với các nghiên cứu của mình, thường được xen kẽ giữa những chi tiết cá nhân bình thường như quyết định cạo râu và sở thích ăn xúc xích. Mặc dù học giả về Einstein, tiến sĩ Evan Harris Walker đã lập luận vào năm 1990 rằng Mileva đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của thuyết tương đối, nhưng phần đông các nhà nghiên cứu đều cho rằng bà không có đóng góp trí tuệ đáng kể nào cho nghiên cứu của Einstein. Khi Einstein nói "công trình của chúng ta" trong các bức thư của mình, thì cụm từ này rất có thể là để thể hiện sự gắn bó yêu thương, hoặc hơn nữa là mong muốn sự góp mặt của bà trong công trình, chứ không phải là sự thật thực tế về sự tham gia của bà. Cần lưu ý rằng Mileva đã giúp chồng mình bằng cách kiểm tra các tính toán của ông, và do đó đã tham gia trực tiếp vào nghiên cứu của ông mặc dù bà không định hình sự phát triển của nó. Trong mọi trường hợp, các nhà sử học đều đồng ý rằng Mileva là một trong những cá nhân quan trọng nhất trong cuộc đời của Einstein trong những năm ông học tại Đại học Bách khoa Zurich và ngay sau đó.

Tốt nghiệp và các bài viết đầu tiên

Einstein tốt nghiệp chương trình đào tạo giáo viên tại Đại học Bách khoa Zurich vào tháng 8 năm 1900 cùng ba sinh viên khác. Hai trong số những sinh viên này ngay lập tức được nhận vào làm trợ lý tại Đại học Bách khoa. Einstein thì không được may mắn này do giáo sư Weber, một người Đức, không mấy ưa người sinh viên đã từ bỏ quốc tịch và dựa vào ghi chú bài giảng của bạn mình để vượt qua tất cả các kỳ thi. Không thể tìm được việc làm ngay sau khi tốt nghiệp, Einstein đã dành mùa hè năm 1900 để sống cùng gia đình tại Milan.

Trong ba năm tiếp theo, Einstein đã có được các vị trí giảng dạy tạm thời trong khi làm luận án tiến sĩ về lý thuyết động học của khí. Việc tìm kiếm việc làm của ông trở nên dễ dàng hơn sau khi xuất bản ba bài báo trên tạp chí uy tín Annalen der Physik. Những bài báo này, cùng với luận án của ông, phản ánh sự thất vọng của Einstein với thế giới quan cơ học thống trị vật lý trong suốt thế kỷ XIX và sang thế kỷ XX.

Thế giới quan cơ học ám chỉ đến quan điểm của Newton về vũ trụ, theo đó mọi hiện tượng tự nhiên đều phát sinh từ sự tương tác giữa các vật chất chuyển động. Vật chất tuân theo ba định luật chuyển động của Newton, bao gồm tác động và phản tác động, lực, gia tốc, và quán tính. Theo Newton, mọi vật chất đều bao gồm các hạt nhỏ, mà nhà hóa học người Anh John Dalton gọi là "nguyên tử" trong thập kỷ đầu tiên của thế kỷ XIX. Chuyển động của các nguyên tử được đặt trong bối cảnh của một "không gian tuyệt đối" phẳng vô hạn và một "thời gian tuyệt đối" tuyến tính nghiêm ngặt. Trong suốt thế kỷ, các nhà hóa học và vật lý đã đấu tranh để đi đến thống nhất về sự tồn tại của các nguyên tử và các tính chất của chúng.

Ngay bản thân Newton cũng không hoàn toàn thỏa mãn với quan điểm cơ học nghiêm ngặt về vũ trụ, bởi vì dường như nó không thể giải thích được định luật vạn vật hấp dẫn của ông: lực này có thể tác động như thế nào trên không gian khi có chân không giữa các nguyên tử?. Những thách thức lớn hơn nữa đối với thế giới quan cơ học đã nảy sinh khi xuất hiện lý thuyết điện từ của Michael Faraday, James Clerk Maxwell và Heinrich Hertz trong suốt thế kỷ XIX. Đóng góp lớn nhất cho lý thuyết này là các phương trình nổi tiếng của Maxwell giải thích sự lan truyền của sóng điện từ. Các phương trình Maxwell thống nhất điện và từ để xác định bản chất của ánh sáng. Trước đây, ánh sáng được coi là một loại sóng lan truyền qua ê-te, một chất bí ẩn bao trùm toàn bộ vũ trụ. Ê-te, giống như không gian tuyệt đối của Newton, đóng vai trò là hệ quy chiếu để đo chuyển động. Một trong những vấn đề quan trọng nhất mà các nhà vật lý như Einstein phải đối mặt vào đầu thế kỷ là tìm ra một mô tả cơ học hoàn chỉnh về các phương trình của Maxwell phù hợp với thế giới quan của Newton.

Các bài báo đầu tiên của Einstein thể hiện nỗ lực của ông trong việc mở rộng quan điểm nguyên tử, cơ học sang một số hiện tượng trong hóa học vật lý. Hai bài báo đầu tiên của ông, được xuất bản vào năm 1901 và 1902, đề cập đến bản chất của các lực giữa các phân tử. Einstein dựa các phép tính của mình trên nguyên lý rằng các phân tử này tuân theo một định luật phổ quát như trọng lực, mặc dù ngày nay chúng ta biết rằng các tương tác này được chi phối bởi kích thước thực tế của các phân tử. Mặc dù các bài báo đầu tiên của ông có những sai sót, Einstein đã áp dụng thành công các định luật của cơ học thống kê vào các nguyên tử, do đó đạt được một "lý thuyết phân tử chung về nhiệt". Trong luận án của mình, ông đã phát triển một lý thuyết phân tử thống kê về chất lỏng và chỉ ra cách các định luật chi phối động lực học của dòng nhiệt (nhiệt động lực học) có thể được hiểu theo các chuyển động và va chạm của các nguyên tử Newton.

Nỗ lực thống nhất nhiệt động lực học và cơ học của Einstein cho thấy một xu hướng triết học bao trùm trong toàn bộ tác phẩm của ông: ngay từ khi bắt đầu sự nghiệp, ông đã quyết tâm tìm ra những chủ đề thống nhất trong vật lý; động lực thống nhất này sẽ đóng vai trò trung tâm trong công thức tương đối của ông. Hơn nữa, bối cảnh mong muốn thống nhất của Einstein vượt qua khỏi lĩnh vực vật lý đơn thuần: một "tinh thần thống nhất" thấm nhuần tư tưởng Trung Âu vào đầu thế kỷ và định hình nên những ý tưởng như chủ nghĩa duy tâm Đức, chủ nghĩa lãng mạn và chủ nghĩa lịch sử. Một trong những nhà thơ Đức nổi tiếng và có ảnh hưởng nhất thế kỷ XIX, Johann Wolfgang von Goethe, đã say sưa diễn đạt khát vọng thống nhất, toàn vẹn và sự kết nối của mọi bộ phận trong tự nhiên. Tương tự như vậy, các nhà triết học từ Kant đến Dilthey đã chỉ ra một sự thống nhất siêu việt cao hơn. Do đó, động lực thống nhất của Einstein không chỉ là đòi hỏi trước thực trạng vật lý vào thời của ông mà còn là sản phẩm của một môi trường văn hóa rộng lớn hơn.

Mặc dù có những ấn phẩm đầu tay và tầm nhìn lớn, Einstein vẫn gặp khó khăn trong việc tìm kiếm phương tiện để tự nuôi sống bản thân sau khi tốt nghiệp. Đầu năm 1901, ông đã gửi hàng chục tấm bưu thiếp cho các nhà khoa học lỗi lạc trên khắp lục địa để xin làm trợ lý. Ngay cả cha ông cũng viết thư thay mặt ông. Cuối cùng, vào tháng 4 năm 1901, ông được đề nghị vị trí giảng dạy tạm thời tại một trường kỹ thuật ở Winterthur, cách Zurich khoảng hai mươi dặm. Năm sau, với sự giúp đỡ của người bạn đại học Conrad Habicht, Einstein đã tìm được việc làm gia sư riêng cho một cậu bé người Anh ở thị trấn nhỏ Schaffhausen. Ngay sau đó, vào năm 1902, Einstein từ chức và lên đường đến thành phố Bern của Thụy Sĩ để làm việc tại một văn phòng cấp bằng sáng chế. Không giống như những năm tháng lang thang làm giáo viên, thời gian Einstein ở Bern là một trong những giai đoạn trí tuệ đỉnh cao nhất trong sự nghiệp khoa học của ông.

Nhân viên cấp bằng sáng chế

Vào tháng 6 năm 1902, Einstein được nhận vào làm chuyên gia kỹ thuật hạng ba tại văn phòng Sáng chế Bern. Với mức lương hàng năm là 3.500 franc, ông chịu trách nhiệm xem các phát minh được nộp có xứng đáng được bảo hộ bằng sáng chế hay không, liệu chúng có vi phạm các bằng sáng chế hiện có và có thực sự hoạt động hay không. Einstein có thể hoàn thành nhiệm vụ của mình một cách nhanh chóng và tốt đến mức ông có nhiều thời gian rảnh rỗi để theo đuổi công việc khoa học của mình, và thậm chí còn được tăng lương lên 4000 franc một thời gian ngắn ngay sau khi được tuyển dụng.

Trong thời gian sống ở Bern, Einstein thường xuyên gặp gỡ một nhóm bạn thân thiết có chung sở thích về vật lý và triết học. Những người này bao gồm sinh viên người Romania Maurice Solovine, người bạn cũ Conrad Habicht, một kỹ sư điện Lucien Chavan và người bạn thân nhất của Einstein từ trường Bách khoa, Michele Angelo Besso. Những người đàn ông này gặp nhau đến tận khuya để thảo luận về khoa học và tự gọi nhóm của mình là Học viện Olympia.

Vào cuối năm 1902, cha của Einstein bị đau tim và Einstein đã trở về Milan để thăm ông. Trên giường bệnh, Hermann Einstein cuối cùng đã đồng ý cho Einstein kết hôn với Mileva Maric, họ kết hôn vào ngày 6 tháng 1 năm 1903. Vào thời điểm này, Mileva đã mất đi phần lớn hứng thú với khoa học và trở thành một người nội trợ. Con trai đầu lòng của họ, Hans Albert, chào đời vào tháng 5 năm 1904.

Những năm 1903 - 1905 có thể được coi là những năm hiệu quả nhất trong toàn bộ sự nghiệp của Einstein. Năm 1905 được coi là năm kỳ diệu của Einstein, ông đã công bố ba bài báo làm thay đổi vật lý trong thế kỷ XX. Các chủ đề của các bài báo này là chuyển động Brown, lý thuyết lượng tử và thuyết tương đối hẹp, mỗi bài báo đều đại diện cho một giải pháp đột phá cho những vấn đề cấp bách nhất mà các nhà vật lý phải đối mặt vào thời đại của Einstein.

Bài báo đầu tiên về chuyển động Brown, có tựa đề: "On the Movement, Demanded by Molecular – Kinetic Theory, of Particles Suspended in Liquids at Rest (Về chuyển động, theo yêu cầu của lý thuyết động học phân tử, của các hạt lơ lửng trong chất lỏng ở trạng thái nghỉ)", có liên quan chặt chẽ với luận án của Einstein về lý thuyết phân tử thống kê về chất lỏng. Chuyển động Brown ám chỉ chuyển động thất thường mãi mãi của các hạt lơ lửng trong chất lỏng, lần đầu tiên được nhà thực vật học người Anh Robert Brown phát hiện vào năm 1828. Einstein dự đoán rằng chuyển động ngẫu nhiên của các phân tử trong chất lỏng tác động lên các hạt lơ lửng lớn hơn - chẳng hạn như các hạt phấn hoa - sẽ dẫn đến chuyển động ngẫu nhiên, không đều của các hạt. Từ chuyển động của các hạt này, sau đó ông có thể xác định kích thước của các phân tử giả định gây ra chuyển động. Bài báo này, được xuất bản trên Annalen vào năm 1905, đã mang lại cho Einstein nhiều lá thư ngưỡng mộ từ các nhà khoa học trên khắp châu Âu và giúp khẳng định danh tiếng của ông như một người đóng góp quan trọng cho lý thuyết vật lý.

Bài báo của Einstein về chuyển động Brown có tính bảo thủ trong việc áp dụng các phương pháp thống kê vào chuyển động ngẫu nhiên của các nguyên tử Newton. Tuy nhiên, mang tính cách mạng hơn nhiều (Einstein tự sử dụng thuật ngữ này) là bài báo thứ hai của ông có tựa đề "Concerning a Heuristic Point of View about the Creation and Transformation of Light (Về quan điểm thực nghiệm về sự sáng tạo và chuyển hóa ánh sáng". Trong bài báo này, Einstein lập luận rằng trong một số trường hợp nhất định, ánh sáng không hoạt động như sóng liên tục mà là các hạt riêng lẻ, không liên tục được gọi là lượng tử. Einstein đã thúc đẩy việc xây dựng giả thuyết lượng tử này để trả lời cho một câu đố thực nghiệm đã thách thức các nhà vật lý trong suốt thế kỷ XIX.

Câu đố đầy động lực này liên quan đến bức xạ vật đen, bức xạ điện từ phát ra từ một cục than nóng, phát sáng hấp thụ toàn bộ ánh sáng chiếu vào nó. Bức xạ này được nghiên cứu bằng cách đo quang phổ của nó và lượng năng lượng của bất kỳ tần số nào được phát ra khi vật thể được nung nóng đến một nhiệt độ nhất định. Vào cuối thế kỷ 19, các nhà thực nghiệm người Đức đã nghiên cứu quang phổ này và phát hiện ra rằng đối với bất kỳ nhiệt độ nào, cường độ bức xạ phát ra đều tăng nhanh khi tần số tăng, sau đó giảm nhanh. Hình dạng đặc trưng của đường cong này, luôn độc lập với loại vật thể được nung nóng, đã được nhà vật lý Max Planck nêu lên về mặt lý thuyết. Tuy nhiên, Planck không thể giải thích hình dạng của những đường cong này bằng cơ học thống kê và nhiệt động lực học tương ứng hoặc điện từ. Cách duy nhất để Planck giải thích hình dạng của các đường cong là đưa ra giả thuyết rằng bức xạ được phát ra dưới dạng các hạt rời rạc, được gọi là "lượng tử". Planck đã xây dựng phương trình E = hf , trong đó năng lượng (E) phát ra bởi một vật đen ở một nhiệt độ nhất định bằng tần số ánh sáng liên quan (f) nhân với một hằng số vật lý phổ quát mới được đặt tên là "hằng số Planck" (h). Tuy nhiên, Planck đã không nhận ra những hệ quả của công thức của riêng mình, coi nó không gì hơn là một công cụ toán học để giải thích đường cong bức xạ; chính Einstein, vào năm 1905, đã giải thích định luật Planck như một tuyên bố cơ bản về bản chất của ánh sáng và sự tương tác của nó với vật chất.

Trong bài báo thứ hai năm 1905 của mình, Einstein đã chứng minh rằng ánh sáng chỉ có thể được phát ra hoặc hấp thụ trong các đơn vị hữu hạn, rời rạc. Ý tưởng này thách thức lý thuyết vật lý chuẩn của thời đó, theo đó ánh sáng là một sóng liên tục. Vào những năm 1860 và 1870, James Clerk Maxwell đã chỉ ra rằng ánh sáng là một sóng của trường điện và từ và các nguyên tử hấp thụ hoặc phát ra sóng ánh sáng theo cách liên tục. Tuy nhiên, Einstein đã chỉ ra rằng các sóng liên tục của các phương trình Maxwell chỉ có thể được coi là trung bình trên tất cả các lượng tử ánh sáng phát ra hoặc hấp thụ.

Einstein đã sử dụng giả thuyết lượng tử ánh sáng của mình để giải thích một câu đố quan trọng khác, hiệu ứng quang điện. Hiện tượng thực nghiệm này liên quan đến việc phóng electron từ một kim loại được chiếu sáng. Trong thí nghiệm, ánh sáng có nhiều tần số khác nhau được chiếu vào kim loại. Khi đạt đến một tần số ngưỡng nhất định, kim loại sẽ phóng electron để đáp lại. Năng lượng của các electron này tăng theo đường cong tuyến tính với tần số của ánh sáng tới. Đường cong cho kết quả không phụ thuộc vào cường độ (độ sáng) của ánh sáng tới. Những kết quả này không thể giải thích được theo lý thuyết sóng truyền thống vì theo quan điểm này, năng lượng của ánh sáng tỷ lệ thuận với cường độ của nó, do đó năng lượng truyền đến các electron bị phóng ra phải tỷ lệ thuận với cường độ chứ không phải tần số. Hơn nữa, theo quan điểm truyền thống, không cần có tần số ngưỡng để phóng electron; một ánh sáng đủ sáng có tần số thấp sẽ đủ để phóng electron. Tuy nhiên, Einstein giải thích rằng nếu ánh sáng được coi là bao gồm các hạt rời rạc (sau này gọi là "photon"), thì mỗi photon sẽ mang một lượng năng lượng xác định sau đó được truyền cho electron bị phóng ra. Hơn nữa, năng lượng của một photon tới phải đủ lớn để đẩy một electron ra ngay từ đầu, dẫn đến ngưỡng tần số. Do đó, Einstein có thể đưa ra lời giải thích lý thuyết cho biểu đồ năng lượng so với tần số của hiệu ứng quang điện.

Khi Einstein lần đầu tiên giới thiệu ý tưởng về photon của mình vào năm 1905, ông chỉ gọi đó là một "phương pháp tìm tòi" hữu ích trong việc giải thích hiệu ứng quang điện. Ông nhấn mạnh rằng trong khi một số hiện tượng đòi hỏi phải có cách giải thích dạng hạt, nhiều hiện tượng vẫn có thể được giải thích bằng cách sử dụng cách giải thích dạng sóng. Tuy nhiên, trong một loạt các bài báo tiếp theo được xuất bản vào năm 1906 và 1907, Einstein đã sử dụng cơ học thống kê của mình để đề xuất sự tồn tại của lượng tử ánh sáng. Trong suốt phần còn lại của sự nghiệp khoa học, ông đã khám phá ý nghĩa của tính chất sóng - hạt theo hướng tìm kiếm sự hợp nhất (hoặc thống nhất) của các khía cạnh sóng và hạt của điện từ học. Tuy nhiên, trước tiên, ông đã xuất bản một bài báo tuyệt vời khác vào năm 1905, đây là chủ đề của phần tiếp theo.

Thuyết tương đối hẹp

Bài báo thứ ba của Einstein năm 1905 có tựa đề "On the Electrodynamics of Moving Bodies (Về điện động lực học của các vật thể chuyển động)". Mặc dù bài báo này thách thức các khái niệm cơ bản về không gian và thời gian, nhưng mỗi phần của nó chỉ đơn giản là phản ứng trước một vấn đề quan trọng mà cộng đồng vật lý thời Einstein đang phải đối mặt.

Một trong ba thách thức mà Einstein giải quyết là mối quan hệ giữa các phương trình điện từ của Maxwell và thế giới quan cơ học. Các nhà khoa học thời Einstein đã tìm kiếm một lý thuyết thống nhất có thể giải thích cả điện từ và cơ học. Einstein bị thu hút bởi vấn đề này vì ông gặp rắc rối với một nguyên lý điện từ không có ý nghĩa theo thế giới quan cơ học: thí nghiệm cuộn dây nam châm của Faraday năm 1831. Trong thí nghiệm này, một nam châm được di chuyển gần một mạch điện, sau đó mạch điện được di chuyển gần nam châm. Theo Faraday, một dòng điện sẽ được hình thành bất cứ khi nào có chuyển động tương đối, bất kể nam châm hay mạch điện đang chuyển động. Tuy nhiên, theo các phương trình của Maxwell, dòng điện chỉ được tạo ra khi mạch điện đứng yên và nam châm chuyển động. Lời giải thích bất đối xứng này đã làm phiền Einstein, người cam kết với các nguyên tắc thẩm mỹ trong khoa học của mình. Để giải quyết sự bất đối xứng này, Einstein đã phân tích sự sắp xếp của nam châm và dòng điện theo chuyển động tương đối. Ông đề xuất rằng sự tồn tại của dòng điện phụ thuộc vào vận tốc tương đối của nam châm và mạch điện so với nhau. Do đó, thuyết tương đối của ông là sản phẩm của sự khó chịu về mặt thẩm mỹ với một lời giải thích không cân xứng.

Tuy nhiên, Einstein không phải là người đầu tiên xây dựng thuyết tương đối: Galileo đã xem xét khái niệm này vào đầu thế kỷ XVII. Theo thuyết tương đối của Galileo, các định luật cơ học vô dụng đối với người quan sát trong một hệ quy chiếu không tăng tốc khi cố gắng xác định xem người đó có đang chuyển động so với một hệ quy chiếu khác hay không. Khi Newton xem xét lại vấn đề này năm mươi năm sau, ông đã cố gắng giải quyết nó bằng cách đưa ra giả thuyết về một "không gian tuyệt đối" luôn đứng yên, so với không gian đó, bất kỳ hệ quy chiếu nào cũng đứng yên hoặc chuyển động. Tuy nhiên, nguyên lý cơ bản của thuyết tương đối vẫn giữ nguyên: các định luật cơ học giống nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính (không tăng tốc), do đó không thể xác định được liệu người quan sát trong một hệ quy chiếu đang chuyển động hay đứng yên so với một hệ quy chiếu khác.

Vào thời của Einstein, các nhà vật lý đặt câu hỏi liệu nguyên lý tương đối có thể áp dụng cho lý thuyết điện động lực học hay không. Có đúng là các định luật điện động lực học cũng giống nhau trong mọi hệ quy chiếu không?. Các nhà vật lý đặc biệt quan tâm đến việc liệu có thể phát hiện vận tốc của Trái đất liên quan đến ê-te hay không, một chất mà các nhà khoa học đưa ra như một môi trường mà sóng ánh sáng truyền qua. Vào những năm 1880, các nhà vật lý người Mỹ là Albert Michelson và Edward Morley đã chế tạo một thiết bị gọi là máy giao thoa kế để đo vận tốc của Trái đất liên quan đến ê-te, nhưng không thể phát hiện ra bất kỳ chuyển động nào. Tuy nhiên, không có bằng chứng nào cho thấy Einstein biết về những kết quả này khi ông bác bỏ hoàn toàn khái niệm về ê-te trong bài báo về thuyết tương đối của mình. Einstein tuyên bố rằng không thể phát hiện ra liệu một người có đang chuyển động liên quan đến ê-te hay không, khiến toàn bộ khái niệm về ê-te trở nên vô nghĩa. Việc ông bác bỏ ê-te cũng có nghĩa là mọi khái niệm liên quan đến không gian và thời gian đều phải được xem xét theo các điều kiện tương đối, một thách thức to lớn đối với toàn bộ khoa học thế kỷ XIX.

Thuyết tương đối của Einstein được trình bày như một lý thuyết có nguyên tắc chứ không phải lý thuyết mang tính xây dựng. Một lý thuyết có nguyên tắc là lý thuyết bắt đầu bằng các nguyên tắc rồi sử dụng các nguyên tắc này để giải thích các hiện tượng; một lý thuyết mang tính xây dựng bắt đầu bằng các quan sát, đạt đến đỉnh cao trong các lý thuyết giải thích và điều hòa các quan sát đó. Lý thuyết có nguyên tắc của Einstein bắt đầu bằng tiên đề rằng các định luật khoa học phải giống nhau đối với tất cả các nhà quan sát chuyển động tự do. Đặc biệt, tất cả các nhà quan sát phải đo tốc độ ánh sáng như nhau bất kể họ chuyển động nhanh như thế nào. Do đó, không có "thời gian phổ quát" mà tất cả các đồng hồ đo; thay vào đó, mỗi người đều có thời gian riêng của mình. Nếu một người chuyển động so với người khác, đồng hồ của họ sẽ không đồng bộ. Đối với một người quan sát chuyển động trong một hệ quy chiếu với vận tốc không đổi so với hệ quy chiếu thứ hai, đồng hồ trong hệ quy chiếu thứ hai sẽ có vẻ chuyển động chậm hơn đồng hồ của chính người đó. Hơn nữa, vì vận tốc là phép đo khoảng cách trên một đơn vị thời gian, nên một thước đo trong hệ quy chiếu thứ hai sẽ có vẻ co lại đối với người quan sát trong hệ quy chiếu. Tất nhiên, chúng ta không quan sát thấy những hiệu ứng này trong các tình huống di chuyển hàng ngày; chúng ta không thấy một thước kẻ bị co lại nếu chúng ta đang di chuyển trên xe buýt. Thay vào đó, những hiện tượng này chỉ đáng chú ý ở tốc độ gần tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, bài báo về thuyết tương đối của Einstein đã chỉ ra rằng thời gian và không gian không phải là các phạm trù tiên nghiệm của sự hiểu biết của con người; thay vào đó, chúng là các đại lượng tương đối được xác định theo hoạt động.

Một hàm ý của thuyết tương đối là "nghịch lý sinh đôi" nổi tiếng, tình huống giả định trong đó một người trong cặp sinh đôi đi ra không gian trên tàu vũ trụ trong khi người kia ở lại trái đất. Khi người sinh đôi đầu tiên trở về sau chuyến đi với vận tốc gần bằng vận tốc ánh sáng, anh ta thấy mình chỉ già đi vài năm, trong khi người anh em sinh đôi trên trái đất đã chết từ lâu. Điều này là do người sinh đôi trên trái đất sống trong không gian với thời gian không đổi (khi trái đất quay quanh mặt trời), trong khi người sinh đôi trên tàu vũ trụ không ở trong hệ quy chiếu quán tính, người này sống trong không gian với thời gian co lại. Nghịch lý này trái ngược với quan điểm thông thường của chúng ta về thời gian, nhưng nó là hệ quả tự nhiên của thuyết tương đối.

Thuyết tương đối của Einstein cũng ngụ ý sự tương đương giữa khối lượng và năng lượng, được thể hiện bằng phương trình nổi tiếng E = mc². Einstein phát hiện ra rằng bức xạ điện từ, giống như vật chất, có thể mang theo quán tính. Một lượng năng lượng điện từ nhất định tương đương với một lượng khối lượng quán tính nhất định: một khối lượng nhỏ tương đương với một lượng năng lượng khổng lồ. Với phương trình này, Einstein đã đưa ra một giải pháp cho mối quan hệ giữa thế giới quan cơ học và thế giới quan điện từ. Trong bài báo này, ông đã chỉ ra cách thế giới quan cơ học và thế giới quan điện từ có thể tồn tại trên cơ sở bình đẳng. Do đó, một câu hỏi trung tâm khác mà các nhà vật lý phải đối mặt trong thời gian cuối thế kỷ XIX, đã được giải quyết chỉ trong một bài báo của một viên chức cấp bằng sáng chế trẻ tuổi ở Bern.

Giáo sư Einstein

Chuyến đi dài của Einstein vào đời sống học thuật chính thức bắt đầu vào năm 1908, khi ông được mời học nghề với tư cách là một giảng viên tại Đại học Bern. Mặc dù đây chỉ là một công việc giảng dạy không có mức lương cố định, nhưng ông phải trải qua giai đoạn này trước khi được bổ nhiệm làm giáo sư. Vì chỉ được trả lương từ học phí của sinh viên, Einstein vẫn tiếp tục làm việc toàn thời gian tại văn phòng cấp bằng sáng chế. Trong giai đoạn này, Hermann Minkowski, một trong những giảng viên toán học của ông tại Đại học Bách khoa Zurich, đã phát triển một mô hình toán học giải thích lý thuyết tương đối hẹp của Eintein. Minkowski giải thích lý thuyết của Einstein như một dạng hình học, trong đó có vô số "điểm thế giới" tạo nên "thế giới" và giải thích rằng thuyết tương đối của Einstein diễn ra trong bốn chiều, với thời gian là chiều thứ tư. Chính mô hình của Minkowski đã làm thuyết tương đối của Einstein trở nên dễ hiểu hơn.

Vào tháng 7 năm 1909, Einstein từ chức khỏi văn phòng cấp bằng sáng chế và bắt đầu làm việc toàn thời gian với tư cách giáo sư lý thuyết tại Đại học Zurich. Tuy nhiên, vị trí này vẫn chưa có biên chế ở cấp cao nhất của các cấp học thuật, ông vẫn phải giảng dạy nhiều giờ một tuần và hướng dẫn các nghiên cứu sinh tiến sĩ. Mặc dù Einstein thích những hoạt động này, ông muốn dành nhiều thời gian cho việc nghiên cứu của riêng mình. Chỉ có chức danh giáo sư đặc biệt mới giải phóng ông để cống hiến hết mình cho các lý thuyết của mình.

Einstein được Đại học Prague chào đón một vị trí như vậy cùng năm đó. Ở Prague, Einstein và Mileva được hưởng mức sống cao hơn, nhưng mối quan hệ của họ ngày càng trở nên căng thẳng: Mileva không vui với việc chuyển đi vì cô cảm thấy mình như một người ngoài cuộc ở một vùng đất xa lạ. Cô cũng cảm thấy ngày càng ghen tị với các đồng nghiệp và bạn bè của Einstein, đặc biệt là người em họ Elsa Lowenthal, người mà ông khá thân thiết. Năm 1910, Mileva sinh đứa con trai thứ hai, Eduard, người sau này được chẩn đoán mắc chứng tâm thần phân liệt và cuối cùng chết trong một viện tâm thần. Một năm rưỡi mà Einstein và Mileva ở Prague là khoảng thời gian rất khó khăn cho mối quan hệ của họ.

Năm 1912, Einstein và Mileva rời Praha vì Einstein được bổ nhiệm làm giáo sư vật lý lý thuyết tại Đại học Bách khoa Zurich, chính ngôi trường đã từng từ chối ông khi còn là sinh viên. Tại Zurich, Einstein dành phần lớn thời gian để xác định xem nguyên lý tương đối có áp dụng cho các hệ thống được tăng tốc so với nhau hay không: các định luật vật lý có luôn giống nhau đối với tất cả người quan sát, ngay cả những người trong các hệ quy chiếu phi quán tính hay không?. Câu trả lời cho câu hỏi này, mà Einstein đã nghiên cứu cho đến tháng 11 năm 1915, chính là thuyết tương đối tổng quát. Trong khi phát triển lý thuyết này tại Zurich, Einstein đã nhận được sự hỗ trợ về mặt toán học của người bạn cũ Marcel Grossman, một trong số ít người ở Zurich mà Einstein có thể thảo luận về những ý tưởng mới của mình. Sự hợp tác của họ đã dẫn đến thành công ban đầu của thuyết tương đối tổng quát vào năm 1913, sau đó được hoàn thiện hơn vào năm 1915.

Trong thời gian ở Zurich, Einstein được nhiều đại diện của các trường đại học danh tiếng tiếp cận, cố gắng lôi kéo ông đến làm việc tại trường đại học của họ. Một trong những lời đề nghị này hấp dẫn không thể cưỡng lại: Max Planck, một trong những nhân tố quan trọng nhất của lý thuyết lượng tử, và Walther Nernst, một nhà hóa học vật lý lỗi lạc, đã đề nghị Einstein làm giáo sư tại Đại học Berlin, cho phép Einstein chỉ giảng dạy với thời lượng như ông muốn. Einstein được đề nghị mức lương cao nhất dành cho giáo sư ở Phổ, cũng như tư cách thành viên của Viện Hàn lâm Khoa học Phổ danh giá, tổ chức khoa học ưu tú và uy tín nhất của Đức. Cuối cùng, Einstein cũng được đề nghị làm giám đốc của một viện nghiên cứu vật lý mới có tên là Viện Kaiser Wilhelm. Einstein nói với Planck và Nernst rằng, nếu ngày mai ông chào đón họ bằng hoa đỏ thì ông đã chấp nhận lời đề nghị của họ, còn hoa trắng thì ông đã từ chối. Không thể cưỡng lại một vị trí cho phép ông tập trung hoàn toàn vào lý thuyết tương đối của mình, Einstein đã chào đón các vị khách với những bông hồng đỏ vào ngày hôm sau.

Einstein chuyển đến Berlin cùng Mileva và các con vào tháng 4 năm 1915. Đến thời điểm này, cuộc hôn nhân của họ đã ở trên bờ vực, Mileva cùng các con trở về Zurich vào tháng 6 với sự giúp đỡ của Michele Besso, bạn của Einstein. Mặc dù Einstein và Mileva không chính thức ly hôn cho đến tháng 2 năm 1919, Einstein biết rằng cuộc chia tay năm 1915 của họ là kết thúc mối tình này. Ông bắt đầu dành nhiều thời gian hơn cho người em họ Elsa. Khi Einstein lâm bệnh kéo dài vào đầu năm 1917, Elsa đã chăm sóc Einstein cho đến khi ông khỏe lại. Vào mùa hè năm 1917, ông đã chuyển đến một căn hộ ngay cạnh Elsa và bắt đầu thủ tục ly hôn với Mileva. Vậy là sau gần một thập kỷ đi khắp nơi để đảm nhiệm một loạt các vị trí học thuật ngày càng có uy tín, cuối cùng Einstein đã ổn định cuộc sống với người phụ nữ sẽ sớm trở thành người vợ thứ hai, và là người bạn đồng hành suốt phần đời còn lại của ông tại quốc gia mà ông đã từ bỏ quyền công dân.

Thuyết tương đối tổng quát (thuyết tương đối rộng)

Thuyết tương đối hẹp của Einstein là trường hợp "đặc biệt" vì nó chỉ đề cập đến trường hợp cụ thể của hệ quy chiếu liên thiên thể. Hệ quy chiếu quán tính là vật thể đứng yên hoặc chuyển động với vận tốc không đổi. Ngược lại, thuyết tương đối rộng của ông không chỉ tính đến những trường hợp này mà còn tính đến những vật thể tăng tốc (tức là thay đổi vận tốc). Einstein bắt đầu lý thuyết của mình bằng một thí nghiệm tư duy - tức là một thí nghiệm chỉ được thực hiện trong tâm trí của người thực hiện thí nghiệm. Thí nghiệm này tưởng tượng nhà vật lý trong một căn phòng trên Trái đất thả một quả bóng xuống đất. Quả bóng rơi xuống sàn với tốc độ tăng dần do lực hấp dẫn. Tuy nhiên, khi nhà vật lý quan sát hiện tượng tương tự trong một tàu vũ trụ đang tăng tốc ở một vùng không gian bên ngoài không có lực hấp dẫn: khi quả bóng được thả ra, nó sẽ lơ lửng giữa không trung và sàn tàu vũ trụ lao lên đập vào nó. Tuy nhiên, đối với nhà vật lý bên trong tàu, quả bóng sẽ có vẻ "rơi" xuống sàn chính xác như khi nó ở trong căn phòng trên Trái đất. Do đó, nhà vật lý bên trong tàu vũ trụ không thể phân biệt được giữa lực hấp dẫn và bất kỳ gia tốc nào khác. Thật vậy, đây chính là bản chất của "nguyên lý tương đương" của Einstein, nguyên lý này đặt ra sự tương đương của các hiệu ứng vật lý trong các hệ quy chiếu đứng yên trong trường hấp dẫn (như căn phòng) và trong các hệ quy chiếu tăng tốc khi không có bất kỳ trường hấp dẫn nào (như trong tàu vũ trụ). Nguyên lý tương đương cũng đặt ra sự tương đương của khối lượng hấp dẫn (là thước đo lực mà một vật thể tác dụng lên vật thể khác) và khối lượng quán tính (là thước đo sức cản của vật thể đối với việc bị tăng tốc).

Dựa trên nguyên lý này, Einstein đã xây dựng nguyên lý hiệp phương sai tổng quát, tạo thành cơ sở cho thuyết tương đối tổng quát của ông. Nguyên lý này phát biểu rằng các định luật vật lý là như nhau trong mọi hệ quy chiếu (tức là cả hệ quy chiếu quán tính và hấp dẫn). Điều này mở rộng tiên đề đầu tiên của thuyết tương đối hẹp để bao gồm cả các hệ quy chiếu gia tốc. Về cơ bản, với nguyên lý hiệp phương sai tổng quát của mình, Einstein đã áp dụng nguyên lý tương đương vào thuyết tương đối hẹp: với điều kiện các định luật vật lý là như nhau trong mọi hệ quy chiếu quán tính, khối lượng quán tính và khối lượng hấp dẫn là tương đương, các định luật vật lý cũng giống nhau trong mọi hệ quy chiếu gia tốc.

Một hệ quả của nguyên lý này là không - thời gian khi có vật chất bị cong. Không - thời gian là thể liên tục bốn chiều của thời gian và không gian mà bất kỳ sự kiện hoặc vật thể vật lý nào cũng nằm trong đó. Điều này có thể hiểu được bằng cách tưởng tượng một con tàu vũ trụ đang tăng tốc hướng lên trên trong không gian. Nếu một tia sáng đi vào tàu qua một cửa sổ, một người bên trong tàu sẽ thấy tia sáng uốn cong xuống dưới, bởi vì khi ánh sáng chạm tới bức tường bên kia của tàu vũ trụ, bức tường đó đang tăng tốc hướng lên trên; do đó, tia sáng đi qua cửa sổ ở một độ cao và chiếu vào bức tường đối diện ở độ cao gần sàn tàu vũ trụ hơn. Tuy nhiên, vì không có gì có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng, chúng ta biết rằng ánh sáng luôn phải di chuyển quãng đường ngắn nhất giữa hai điểm; và vì khoảng cách ngắn nhất giữa hai điểm trong một con tàu vũ trụ đang tăng tốc là cong, nên bản thân không - thời gian cũng phải cong. Như Einstein đã chứng minh, khối lượng gây ra độ cong trong không - thời gian theo cách tương tự như một quả bóng bowling sẽ làm biến dạng hình dạng của một tấm cao su căng mà nó nằm trên đó. Thay vì nói theo thuật ngữ của các lực hấp dẫn một cách bí ẩn, như Newton đã làm, Einstein hiểu lực hấp dẫn là hình học thuần túy. Với sự giúp đỡ về mặt toán học của những người bạn Minkowski và Grossman, ông đã có thể định lượng mức độ mà một vật thể làm cong không - thời gian xung quanh nó.

Sau khi hoàn thành thuyết tương đối tổng quát, Einstein bắt đầu làm việc để trình bày rõ ràng và toàn diện về thuyết này. Cho đến thời điểm này, hầu hết các ấn phẩm của ông đều là các báo cáo tạm thời về công trình nghiên cứu của ông, chỉ những nhà vật lý đã theo dõi công trình của ông từ đầu mới có thể hiểu được. Năm 1916, ông xuất bản một chuyên luận có tựa đề "Foundations of the General Theory of Relativity (Những nền tảng của thuyết tương đối tổng quát)”, trong đó ông thiết lập thuật ngữ thuyết tương đối "hẹp", "tổng quát" và trình bày chính thức về thuyết của mình. Sau đó, vào cuối năm 1916, ông xuất bản một cuốn sách nhỏ có tựa đề “On the Special and the General Theory of Relativity, Overall Comprehensible (Về thuyết tương đối tổng quát và thuyết tương đối hẹp, có thể hiểu được một cách tổng quát)”. Tác phẩm này được viết với ít kiến thức toán học nhất có thể và được viết để nhiều người nhất có thể hiểu được.

Sau khi đi đến chặng cuối cùng của thuyết tương đối vào tháng 11 năm 1915, Einstein đã đề xuất ba bài kiểm tra khả thi cho thuyết của mình. Những bài kiểm tra này liên quan đến quỹ đạo của sao Thủy, sự bẻ cong ánh sáng của các ngôi sao gần mặt trời và độ dịch chuyển đỏ của ánh sáng. Mặc dù tất cả các bài kiểm tra này đều được thực hiện thành công để xác nhận thuyết của Einstein, nhưng bài kiểm tra thứ hai đã thu hút được nhiều sự chú ý nhất và đưa Einstein nổi tiếng trên toàn thế giới. Vào ngày 6 tháng 11 năm 1919, một nhóm các nhà thiên văn học người Anh do Arthur Eddington dẫn đầu đã báo cáo với Hội Hoàng gia London rằng trong lần nhật thực toàn phần vừa xảy ra, họ đã quan sát thấy vị trí của các ngôi sao gần mặt trời dường như đã dịch chuyển một chút so với vị trí đúng ra chúng phải ở đó. Mức độ bẻ cong hoàn toàn phù hợp với thuyết tương đối của Einstein. Việc công bố phát hiện này trên các tờ báo trên toàn thế giới ngay lập tức đã khiến Einstein trở nên nổi tiếng. Thậm chí, câu chuyện còn gây chấn động hơn khi biết rằng lý thuyết của một nhà vật lý người Đức đã được một nhóm các nhà thiên văn học người Anh xác nhận ngay sau Thế chiến thứ nhất. Do đó, trong số tất cả những đóng góp to lớn của Einstein cho ngành vật lý, chính thuyết tương đối đã mang lại cho ông danh tiếng và sự công nhận rộng rãi trong suốt quãng đời còn lại.

Tuy nhiên, không phải tất cả các phản ứng đối với lý thuyết của ông đều tích cực. Vào đầu những năm 1920, một nhóm những kẻ cuồng tín bài Do Thái do Paul Weyland lãnh đạo đã thành lập "Nhóm nghiên cứu các nhà triết học tự nhiên Đức". Nhóm nghiên cứu đã tổ chức các cuộc họp trên khắp nước Đức, tại đó họ lên án thuyết tương đối là một "lý thuyết Do Thái". Einstein đã công khai một câu trả lời gay gắt cho cuộc tấn công của họ, và nhóm đã giải tán ngay sau đó. Thật không may, đây không phải là lần cuối cùng Einstein đương đầu với chủ nghĩa bài Do Thái trong thời gian làm việc tại Đại học Berlin.

Chủ nghĩa hòa bình và chủ nghĩa phục quốc Do Thái

Trong hầu hết thời gian của Thế chiến thứ nhất, Einstein ở lại Đại học Berlin để hoàn thành, và sau đó chờ xác nhận, thuyết tương đối tổng quát của mình. Tuy nhiên, Einstein cũng là một người phản đối chiến tranh kiên quyết và thẳng thắn. Ông đặc biệt kinh hoàng khi những nhà khoa học đồng nghiệp ủng hộ cuộc chiến của các quốc gia tương ứng của họ, bao gồm Otto Stern, Max Born, Walther Nernst và Marie Curie. Vào tháng 10 năm 1914, hai tháng sau khi chiến tranh bắt đầu, Einstein nghe tin về "Manifesto of the 93 (Tuyên ngôn của 93 người)", một tài liệu do những người tuyên truyền thời chiến của Đức tạo ra để thuyết phục cộng đồng trí thức quốc tế rằng cuộc xâm lược Bỉ và sự tham gia của chính phủ Đức vào cuộc chiến là chính đáng. Bản tuyên ngôn được ký bởi chín mươi ba nhà trí thức Đức hàng đầu từ nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm nhà vật lý Max Planck, họa sĩ Max Lieberman và nhà thơ Gerhart Hauptmann.

Khi Einstein biết được tài liệu này, ông đã cùng với một bác sĩ và người bạn có cùng tư tưởng, Georg Friedrich Nicolai, soạn thảo một bản phản tuyên ngôn. Bản phản tuyên ngôn này có tên là "An Appeal to the Cultured World (Lời kêu gọi thế giới văn minh)", là một khuyến nghị nhằm tránh việc sáp nhập và tạo ra một hệ thống hòa bình bền vững cho châu Âu. Mặc dù Einstein và Nicolai cố tình sử dụng các thuật ngữ chung để kêu gọi đông đảo công chúng, bản tuyên ngôn nhận được rất ít chữ ký. Sau thất bại này, Einstein đã gia nhập Liên đoàn Tổ quốc mới, một hiệp hội chính trị của những người đàn ông có xuất thân khác nhau, ủng hộ việc sớm chấm dứt chiến tranh và thành lập một tổ chức quốc tế để ngăn chặn các cuộc xung đột vũ trang trong tương lai.

Khi làm việc tại Berlin năm 1915, Einstein được Liên đoàn Goethe Berlin tiếp cận, một tổ chức hòa bình muốn công khai quan điểm của các nhà khoa học về nỗ lực chấm dứt chiến tranh. Vào tháng 10 năm 1915, Einstein đã viết một bài báo dài ba trang có tựa đề "Ý kiến của tôi về chiến tranh", trong đó ông lập luận rằng gốc rễ của chiến tranh nằm ở bản chất hung hăng của nam giới. Một lần nữa, ông bác bỏ mọi hình thức chiến tranh và thúc đẩy việc tạo ra một trật tự chính trị quốc tế để thúc đẩy hòa bình. Vào những năm 1920, ông được mời tham gia Ủy ban Hợp tác Trí tuệ của Hội Quốc Liên, một liên minh trí thức quốc tế do triết gia người Pháp Henri Bergson sáng lập. Mặc dù không tin tưởng vào bộ máy quan liêu của tổ chức, Einstein vẫn thường xuyên tham dự các cuộc họp của ủy ban từ năm 1924 đến năm 1927. Ông vẫn là người theo chủ nghĩa hòa bình kiên định, chỉ trích mạnh mẽ chủ nghĩa dân tộc và cam kết với ý tưởng về một chính phủ thế giới duy nhất không có quân đội. Trong suốt những năm 1920, ông đã tham gia nhiều chiến dịch hòa bình, viết các bài báo về hòa bình và giải trừ quân bị quốc tế. Đến cuối những năm 1920, thất vọng vì Hội Quốc Liên không thực thi được lệnh giải trừ quân bị và cấm chiến tranh, Einstein đã trở nên thẳng thắn hơn trong chủ nghĩa hòa bình quốc tế của mình.

Một khía cạnh quan trọng khác trong tư tưởng chính trị của Einstein trong những năm 1920 là niềm tin mạnh mẽ vào Chủ nghĩa phục quốc Do Thái. Einstein có niềm tin vào sứ mệnh của Chủ nghĩa phục quốc Do Thái do ảnh hưởng của Chaim Weizmann, một người Do Thái gốc Nga, người gần đây đã thuyết phục chính phủ Anh ban hành Tuyên bố Balfour nổi tiếng, tuyên bố ủng hộ hoàn toàn việc thành lập một quốc gia quê hương cho người Do Thái ở Palestine. Mặc dù Einstein không thích khía cạnh dân tộc chủ nghĩa của Chủ nghĩa phục quốc Do Thái, ông vẫn quan tâm đến việc thành lập một trường Đại học Hebrew ở Palestine. Sau khi chứng kiến ​​chủ nghĩa bài Do Thái của hệ thống các trường đại học châu Âu, Einstein quyết tâm tạo ra một nơi mà người Do Thái có thể có được nền giáo dục không bị hạn chế bởi định kiến. Ông coi Israel là một trung tâm văn hóa hơn là một quê hương hay một nhà nước Do Thái.

Năm 1921, Einstein nhận lời mời tham gia chuyến đi gây quỹ tại Mỹ cho Quỹ Phát triển Do Thái "Keren Ha-Yesod". Ông đi cùng Elsa và vợ chồng Weizmann, ông thay mặt cho Đại học Hebrew tại Jerusalem và phát biểu đầy nhiệt huyết. Einstein được đón tiếp nồng nhiệt tại Mỹ, đặc biệt là khi ông thuyết trình về thuyết tương đối. Ông đã phát biểu tại các trường đại học ở Columbia, Cleveland, Chicago, Princeton và một số thành phố lớn khác. Cuối cùng Đại học Hebrew được thành lập vào năm 1923, Einstein đã có bài phát biểu khai mạc tại Jerusalem. Tuy nhiên, ông ngày càng đau khổ vì cách thức tổ chức của trường. Einstein đã hình dung ra một học viện tinh hoa về mặt học thuật dành riêng cho nghiên cứu đạt tiêu chuẩn khoa học cao nhất; thay vào đó, ông thấy rằng những người Do Thái giàu có ở Mỹ đã tài trợ cho trường lại quan tâm nhiều hơn đến việc thành lập một học viện giảng dạy ở cấp độ đại học. Năm 1928, Einstein từ chức khỏi hội đồng học thuật như một dấu hiệu cho thấy sự không đồng tình của mình.

Mặc dù tức giận với cách Đại học Hebrew hoạt động, Einstein đã tham dự Đại hội Zionist lần thứ mười sáu tại Zurich vào năm 1929. Ngay sau đó, khi các tờ báo đưa tin về các cuộc tấn công của người Ả Rập vào người Do Thái ở Jerusalem, Einstein đã kêu gọi một giải pháp công bằng dựa trên cả lợi ích của người Ả Rập và người Do Thái. Ông kêu gọi Weizmann hợp tác hòa bình với người Ả Rập và đề xuất thành lập một hội đồng bí mật gồm bốn người Do Thái và bốn người Ả Rập để hòa giải các quan điểm khác nhau của họ, một mục tiêu lý tưởng chưa bao giờ đạt được. Năm 1947, khi Liên hợp quốc tranh luận về tương lai của Palestine, Einstein đã phản đối kế hoạch phân chia vùng đất này thành hai quốc gia Ả Rập và Do Thái. Thay vào đó, ông ủng hộ một khu vực phi quân sự cho cả hai dân tộc. Năm 1952, bốn năm sau khi Israel trở thành một quốc gia Do Thái, David Ben-Gurion, thủ tướng Israel, đã đề nghị Einstein giữ chức tổng thống Israel. Mặc dù Einstein rất xúc động trước lời đề nghị này, ông giải thích rằng mình không có các kỹ năng phù hợp với công việc này. Tuy nhiên, Einstein vẫn hết lòng cống hiến cho lợi ích của Israel và người Do Thái trong suốt quãng đời còn lại.

Lý thuyết lượng tử

Vào tháng 11 năm 1922, khi Einstein và Elsa đang thăm Nhật Bản, là một phần của chuyến công du kéo dài đến Viễn Đông, họ nhận được tin Einstein đã được trao giải Nobel vật lý năm 1921. Mặc dù Einstein nổi tiếng nhất với thuyết tương đối, giải thưởng này được trao chính thức cho công trình của ông về lý thuyết lượng tử. Einstein đã có nhiều đóng góp quan trọng cho lĩnh vực này, đầu tiên là bài báo năm 1905 của ông về hiệu ứng quang điện. Từ năm 1905 đến năm 1923, ông là một trong số ít nhà khoa học coi trọng sự tồn tại của lượng tử ánh sáng, hay photon. Tuy nhiên, ông phản đối mạnh mẽ hình thức mới của cơ học lượng tử do Werner Heisenberg và Erwin Schroedinger phát triển vào năm 1925 - 1926, và từ năm 1926 trở đi, Einstein đã dẫn đầu phong trào phản đối cơ học lượng tử. Do đó, ông vừa là người đóng góp chủ yếu vừa là người chỉ trích chính lý thuyết lượng tử.

Những đóng góp ban đầu của Einstein cho lý thuyết lượng tử bao gồm gợi ý mang tính kinh nghiệm của ông rằng ánh sáng hoạt động như thể nó được tạo thành từ các photon, và việc ông khám phá cấu trúc lượng tử của năng lượng cơ học của các hạt được nhúng trong vật chất. Năm 1909, ông giới thiệu cái sau này được gọi là lưỡng tính sóng - hạt, ý tưởng cho rằng lý thuyết sóng ánh sáng phải được bổ sung bằng một lý thuyết lượng tử có giá trị tương đương nhưng mâu thuẫn về ánh sáng như các hạt rời rạc. Nhiều ý tưởng lượng tử của Einstein đã được đưa vào một mô hình nguyên tử mới do nhà vật lý người Đan Mạch Niels Bohr phát triển trong những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ. Bohr giải thích rằng các electron chỉ chiếm một số quỹ đạo được xác định rõ ràng xung quanh một hạt nhân dày đặc gồm các proton và neutron. Ông đã chỉ ra rằng bằng cách hấp thụ một lượng tử năng lượng rời rạc, một electron có thể nhảy từ quỹ đạo này sang quỹ đạo khác. Năm 1916, Einstein phát hiện ra rằng ông có thể giải thích quang phổ vật đen của Max Planck theo sự tương tác của các photon với các nguyên tử Bohr mới. Mặc dù lập luận của ông về lượng tử ánh sáng có cơ sở vững chắc, nhưng cộng đồng vật lý vẫn chưa coi trọng chúng cho đến năm 1923. Vào năm này, nhà vật lý người Mỹ Arthur Compton đã đo được sự truyền động lượng từ photon sang electron khi chúng va chạm và tán xạ, một quan sát chỉ có ý nghĩa xét về bản chất hạt của ánh sáng.

Mặc dù có những đóng góp cho mô hình nguyên tử Bohr, Einstein vẫn rất băn khoăn về quan niệm cho rằng các nguyên tử dường như phát ra photon một cách ngẫu nhiên khi các electron của chúng thay đổi quỹ đạo. Ông coi yếu tố ngẫu nhiên này là một điểm yếu lớn của mô hình, nhưng ông hy vọng rằng nó sẽ sớm được giải quyết khi lý thuyết lượng tử được phát triển đầy đủ. Tuy nhiên, đến năm 1926, vấn đề ngẫu nhiên vẫn còn, và Einstein ngày càng xa lánh những phát triển trong lý thuyết lượng tử; ông nhấn mạnh rằng "Chúa không chơi xúc xắc", và do đó không có chỗ cho sự ngẫu nhiên cơ bản trong lý thuyết vật lý.

Năm 1926 là một bước ngoặt quan trọng trong lý thuyết lượng tử, vì nó chứng kiến ​​sự xuất hiện của hai dạng cơ học lượng tử mới. Dạng đầu tiên, cơ học sóng, là một lý thuyết dễ tiếp cận về mặt toán học dựa trên ý tưởng của Louis de Broglie rằng vật chất có thể hoạt động như sóng giống như sóng điện từ có thể hoạt động như các hạt. Ý tưởng này nhận được sự ủng hộ mạnh mẽ nhất từ ​​Einstein, Planck, de Broglie và nhà vật lý người Áo Erwin Schroedinger. Phe đối lập, do các nhà vật lý người Đức Bohr, Max Born và Werner Heisenberg, cũng như người Mỹ Paul Dirac, đã xây dựng nên lý thuyết cơ học ma trận. Cơ học ma trận trừu tượng hơn nhiều về mặt toán học và liên quan đến các yếu tố ngẫu nhiên và bất định mà Einstein thấy rất khó hiểu về mặt triết học.

Năm 1928, Heisenberg, Bohr và Born đã phát triển "diễn giải Copenhagen", hợp nhất các công thức cơ học ma trận và sóng thành một lý thuyết. Diễn giải Copenhagen dựa trên nguyên lý bổ sung của Bohr, ý tưởng cho rằng thiên nhiên bao gồm các tính chất đối ngẫu cơ bản và người quan sát phải chọn một bên này hơn bên kia khi thực hiện quan sát. Diễn giải này cũng dựa trên các mối quan hệ bất định của Heisenberg, trong đó nêu rằng một số tính chất cơ bản của một vật thể, chẳng hạn như vị trí và động lượng của một hạt hạ nguyên tử, không thể được đo đồng thời với độ chính xác hoàn toàn. Do đó, diễn giải Copenhagen giải thích rằng trong khi cơ học lượng tử cung cấp các quy tắc để tính toán xác suất, nó không thể cung cấp cho chúng ta các phép đo chính xác.

Sau khi xây dựng nên cách giải thích mới này, Born và Heisenberg tuyên bố rằng "cuộc cách mạng lượng tử" đã kết thúc: lượng tử chỉ là phương tiện tính toán xác suất, nhưng không giải thích được các hiện tượng khi chúng thực sự xảy ra. Tuy nhiên, Einstein không thể chấp nhận một lý thuyết xác suất là lời cuối cùng. Theo quan điểm của ông, chính mục tiêu của vật lý đang bị đe dọa: ông khao khát đưa ra một mô tả hoàn chỉnh, nhân quả và tất định về bản chất. Trong cuộc tranh luận diễn ra với Bohr tại các hội nghị Solvay vào năm 1927, 1930 và kéo dài cho đến cuối đời, Einstein đã đưa ra một loạt phản đối đối với cơ học lượng tử. Ông đã cố gắng phát triển các thí nghiệm tư duy theo đó nguyên lý bất định của Heisenberg có thể bị vi phạm, nhưng mỗi lần như vậy, Bohr đều tìm thấy lỗ hổng trong lý luận của Einstein. Năm 1930, Einstein lập luận rằng cơ học lượng tử nói chung không đủ để trở thành lý thuyết cuối cùng về vũ trụ. Trong khi trước đây ông được coi là quá cấp tiến trong các lý thuyết lượng tử của mình, thì giờ đây ông lại tỏ ra quá bảo thủ trong việc bảo vệ các ý tưởng cổ điển của Newton.

Trong ba thập kỷ trước khi qua đời, sự ngờ vực của Einstein đối với lý thuyết lượng tử đã cô lập ông khỏi những phát triển chính thống trong vật lý. Tất cả những đóng góp lớn nhất của ông cho khoa học đều được thực hiện từ năm 1926 trở về trước, và từ thời điểm này trở đi, ông vẫn là một đối thủ kiên định của lý thuyết mà ông đã bỏ nhiều công sức để xây dựng trong những năm đầu đời. Thay vào đó, Einstein tập trung nỗ lực của mình vào việc phát triển một lý thuyết trường thống nhất, một lý thuyết có thể giải thích cả lực hấp dẫn và điện từ trong một nguyên lý toán học. Ông hy vọng sẽ giải quyết được xung đột giữa sự liên tục trơn tru của không - thời gian được mô tả bởi thuyết tương đối tổng quát của ông và thế giới hạt siêu nhỏ bất ổn nơi lý thuyết lượng tử ngự trị. Mặc dù ông không bao giờ thành công trong nỗ lực này, theo một nghĩa nào đó, ông chỉ đơn giản là đi trước thời đại: trong suốt những năm 1980 và 1990, mục tiêu chính của các nhà vật lý lý thuyết là xây dựng một lý thuyết vĩ đại về mọi thứ, hay TOE, có thể giải thích mọi yếu tố của thực tại vật lý.

Thời kỳ chiến tranh và hòa bình

Năm 1933, Hitler lên nắm quyền ở Đức. Từ trước dấu mốc này, Einstein đã dành ngày càng ít thời gian ở Berlin. Cuối cùng ông rời khỏi đất nước này mãi mãi, dành hai thập kỷ cuối đời làm việc tại Viện nghiên cứu cao cấp ở Princeton, Mỹ. Tuy nhiên, một trong những lý do chính khiến Einstein vắng mặt ở Đức trong thời gian đầu không phải vì lý do chính trị mà là vì lý do sức khỏe. Vào tháng 2 năm 1928, ông bị ốm nặng trong một chuyến thăm Thụy Sĩ. Để hỗ trợ ông trong công việc thư từ, ông đã thuê Helen Dukas, một người phụ nữ thông minh và làm việc hiệu quả đến từ Swabia, làm thư ký riêng. Helen đã đi cùng gia đình Einstein trong các chuyến đi diễn thuyết, chuyển đến Mỹ cùng họ vào năm 1933 và chăm sóc Einstein sau cái chết của người vợ thứ hai Elsa vào năm 1936.

Vào mùa hè năm 1929, Einstein đã mua một mảnh đất ở ngôi làng nhỏ Capruth, gần Berlin, nơi ông có thể tạm lánh cuộc sống bận rộn và áp lực của mình tại trường đại học. Vào tháng 12 năm 1930, ông rời Đức để đảm nhận vị trí giáo sư thỉnh giảng tại Viện công nghệ California (Caltech) trong ba tháng. Tại đây, ông đã làm quen với nhà thiên văn học Edwin Hubble và dự án kính thiên văn của ông ở Pasadena. Khi Einstein trở về Đức vào tháng 3 năm 1931, ông dành phần lớn thời gian để làm việc tại ngôi nhà ở vùng nông thôn Capruth. Đến tháng 5, ông nhận lời mời đến giảng bài tại Oxford. Tại đây, Einstein đã chấp nhận một vị trí năm năm tại Christ Church, mặc dù ông chỉ phải dành một thời gian ngắn tại trường đại học mỗi năm. Tuy nhiên, trong hai năm rưỡi tiếp theo, Einstein đã dành phần lớn thời gian ở Pasadena hoặc Oxford, vui mừng vì tránh được một nước Đức ngày càng bài Do Thái và căng thẳng về chính trị.

Năm 1932, Einstein gặp nhà giáo dục người Mỹ Abraham Flexner, người vừa mới nhận được tài trợ để xây dựng một viện nghiên cứu khoa học quốc tế tiên tiến tại Princeton, New Jersey. Mùa thu năm 1933, Einstein đồng ý làm việc viện, dự định chia đều thời gian của mình giữa Berlin và Princeton. Tuy nhiên, khi Adolf Hitler lên nắm quyền ở Đức vào ngày 30 tháng 1 năm 1933, Einstein biết rằng ông sẽ không bao giờ muốn trở lại Đức nữa. Hitler và đảng Quốc xã của ông không chỉ bài Do Thái mà còn bài trí thức. Do đó, Einstein là một trong những kẻ thù chính của họ. Đức Quốc xã đã đóng băng tài khoản ngân hàng của ông và tịch thu nhà của ông khi Einstein vẫn còn ở Mỹ. Khi trở về châu Âu vào tháng 3 năm 1933, ông đã viết một lá thư từ chức khỏi Viện hàn lâm khoa học Phổ, hội học thuật độc quyền và uy tín nhất của Đức. Einstein cũng từ bỏ quốc tịch Đức một lần nữa như một dấu hiệu phản đối Chủ nghĩa Quốc xã.

Sau khi Đức Quốc xã lên nắm quyền ở Đức, Einstein bắt đầu suy nghĩ lại về lập trường hòa bình cứng nhắc của mình. Mặc dù ông luôn nhấn mạnh rằng bạo lực và hành động quân sự là không thể bào chữa trong bất kỳ hoàn cảnh nào, nhưng giờ đây ông nhận ra rằng tình hình thế giới hiện tại quá nghiêm trọng đến mức chiến tranh là giải pháp duy nhất. Vì vậy, bất chấp mọi lời ủng hộ công khai của ông về giải trừ quân bị toàn cầu vào đầu những năm 1930, Einstein đã chấp nhận một vị trí trong Hải quân Mỹ trong Thế chiến II, đánh giá và phê duyệt các kế hoạch về vũ khí mới. Năm 1939, dưới ảnh hưởng mạnh mẽ của nhà vật lý hạt nhân người Hungary Leo Szilard, Einstein đã viết một lá thư cho Tổng thống Roosevelt khuyến khích ông đẩy nhanh quá trình tạo ra và thử nghiệm vũ khí hạt nhân. Ông đã cố gắng cảnh báo Tổng thống về mối nguy hiểm rằng phe Trục có thể phát triển công nghệ mới trước. Tuy nhiên, mặc dù Einstein sẵn sàng viết lá thư này, ông không muốn tham gia vào quá trình phát triển thực tế của bom nguyên tử. Vì vậy, ông không tham gia chặt chẽ vào Dự án Manhattan do Oppenheimer chủ trì và vô cùng đau khổ khi biết rằng bom nguyên tử đã được thả xuống Hiroshima và Nagasaki. Từ khi chiến tranh kết thúc cho đến khi ông qua đời vào năm 1955, Einstein đã vận động không ngừng nghỉ cho việc xóa bỏ vũ khí hạt nhân. Ông đặc biệt tích cực tham gia Ủy ban khẩn cấp của các nhà khoa học nguyên tử, một tổ chức được thành lập để giáo dục công chúng về vũ khí nguyên tử, nhằm gây sức ép buộc các chính phủ phải hành xử có đạo đức và có trách nhiệm. Do đó, trong những năm sau chiến tranh, Einstein đã tái áp dụng lập trường hòa bình mạnh mẽ, một lần nữa ủng hộ giải trừ vũ khí hạt nhân và hợp tác quốc tế.

Quan điểm tôn giáo của Einstein

Einstein là một người sùng đạo sâu sắc và đã viết rất nhiều về triết lý tôn giáo. Mặc dù ông sinh ra là người Do Thái, nhưng gia đình ông không thực sự sùng đạo, ông chọn không tuân theo các luật ăn kiêng truyền thống hoặc tham gia các buổi lễ tôn giáo. Cha mẹ đã gửi Einstein đến một trường tiểu học Công giáo khi ông sáu tuổi, mặc dù ông đã được một người họ hàng xa hướng dẫn về tôn giáo của mình, vì việc hướng dẫn như vậy là bắt buộc ở tiểu bang Bavaria. Khi Einstein chuyển đến Luitpold Gymnasium, ông đã nhận được hai giờ hướng dẫn tôn giáo mỗi tuần mà trường cung cấp cho học sinh Do Thái. Einstein đã nghiên cứu Mười điều răn, lịch sử Kinh thánh và những điều cơ bản của ngữ pháp tiếng Do Thái. Mặc dù ông đã trải qua giai đoạn sùng đạo mạnh mẽ khi còn nhỏ, nhưng việc quen biết Max Talmud, một sinh viên y khoa Do Thái nghèo, một người bạn của gia đình và thường xuyên ăn tối cùng gia đình Einstein, đã sớm làm suy yếu lòng tôn trọng của ông đối với tôn giáo truyền thống. Talmud giới thiệu những cuốn sách khoa học phổ biến và triết học khiến Einstein nghi ngờ những lời răn tôn giáo mà ông đã được dạy ở trường. Einstein bắt đầu đặt câu hỏi về tính xác thực của Kinh thánh và thay đổi niềm tin của mình về tôn giáo. Một số nhà viết tiểu sử chỉ ra rằng sự hoài nghi tôn giáo ban đầu này chính là nguồn gốc cho sự tự do tư tưởng và độc lập về trí tuệ của Einstein với tư cách là một nhà khoa học; trong mọi trường hợp, suy nghĩ vượt khuôn khổ của ông vẫn là một khía cạnh quan trọng trong tư duy và tính cách của ông trong suốt quãng đời còn lại.

Einstein thờ ơ với các quy ước và giáo lý tôn giáo trong suốt cuộc đời còn lại của mình. Người vợ đầu tiên của ông, Mileva Maric, là thành viên của Giáo hội chính thống giáo Hy Lạp, và cuộc hôn nhân diễn ra mà không có sự hiện diện của một giáo sĩ Do Thái hoặc một linh mục nào. Mặc dù sự khác biệt về tôn giáo là một nguyên nhân khiến cả hai bên gia đình phản đối cuộc hôn nhân, nhưng điều đó không làm Einstein bận tâm, ông không muốn con mình nhận bất kỳ hình thức giáo lý tôn giáo nào và cặp đôi này không thực hành bất kỳ tôn giáo chính thức nào trong nhà của họ. Ngoài ra, Einstein đã yêu cầu được hỏa táng thay vì chôn cất theo truyền thống Do Thái. Sự coi thường các nghi lễ tôn giáo của ông đã kéo dài suốt cuộc đời.

Tuy nhiên, mặc dù khinh thường giáo lý tôn giáo theo bất kỳ truyền thống giáo phái cụ thể nào, Einstein vẫn luôn duy trì một tình cảm ngoan đạo của lòng sùng đạo đầy cảm hứng. Ông rất đồng cảm với triết gia Do Thái người Hà Lan thế kỷ XVII Baruch Spinoza, người đã bác bỏ khái niệm hữu thần truyền thống về Chúa để ủng hộ một trật tự vũ trụ phi nhân cách. Spinoza tin rằng vũ trụ được điều khiển bởi một trật tự cơ học và toán học sao cho mọi sự kiện trong tự nhiên đều xảy ra theo các quy luật bất biến của nhân quả. Ông cho rằng Chúa không có các đặc tính đạo đức và do đó không thưởng hay phạt hành vi của con người. Einstein, người đã học Đạo đức học của Spinoza tại Bern với những người bạn tại Học viện Olympia của mình, đã bị thu hút bởi triết gia này vì họ cùng đồng cảm với sự cô độc và trải nghiệm, đã từ chối truyền thống tôn giáo Do Thái của họ. Einstein cũng cùng với Spinoza phủ nhận sự tồn tại của một vị Chúa cá nhân và một thuyết quyết định luận không hạn chế. Tuy nhiên, Einstein không phải là người vô thần; thực tế, ông thường nói rằng: "Khoa học không có tôn giáo là khập khiễng, tôn giáo không có khoa học là mù quáng". Mặc dù ông phủ nhận bất kỳ hình thức Chúa nào, ông đồng cảm với quan niệm của Spinoza về một trí thông minh siêu việt được bộc lộ trong vẻ đẹp của thiên nhiên.

Einstein cũng là người ủng hộ ý tưởng của Schopenhauer về "cảm giác tôn giáo vũ trụ", trong đó tính tôn giáo thực sự được cấu thành đơn giản bởi cảm giác ngạc nhiên và kính sợ thế giới. Einstein tuyên bố rằng mặc dù khoa học và tôn giáo theo quan niệm truyền thống là đối kháng, nhưng tính tôn giáo của “cảm giác tôn giáo vũ trụ” thực sự là động lực mạnh mẽ nhất cho nghiên cứu khoa học; chỉ những ai cảm thấy kinh ngạc tột độ trước sự hài hòa của thiên nhiên mới có thể khám phá ra những bí mật của nó. Ông lập luận rằng Kepler và Newton được truyền cảm hứng từ niềm tin sâu sắc vào tính hợp lý của vũ trụ và đức tin vào nguyên nhân phổ quát. Do đó, Einstein hiểu khoa học và tôn giáo hoạt động hài hòa với nhau.

Một khía cạnh khác trong đời sống tôn giáo của Einstein là mối quan hệ của ông với người Do Thái. Mặc dù không tuân theo truyền thống Do Thái, Einstein vẫn đánh giá cao tình yêu chân lý và công lý mà ông coi là cốt lõi của Do Thái giáo. Ông tuyên bố rằng người Do Thái đã đoàn kết qua nhiều thế kỷ bởi lòng tôn kính chân lý, lý tưởng dân chủ về công lý xã hội và mong muốn độc lập cá nhân. Theo quan điểm của Einstein, những người Do Thái vĩ đại nhất, bao gồm Moses, Spinoza và Marx, là những người đã hy sinh bản thân vì những lý tưởng này. Trên hết, Einstein tin rằng Do Thái giáo bao gồm ý thức mạnh mẽ về sự thiêng liêng của cuộc sống và từ chối mọi mê tín dị đoan. Ông cho rằng việc thành lập một nhà nước Do Thái sẽ bảo tồn những giá trị này cho thế giới. Do đó, Einstein có tầm nhìn về văn hóa và trí tuệ đối với Israel, thay vì tầm nhìn chính trị. Ông tin rằng mối nguy hiểm lớn nhất do chủ nghĩa bài Do Thái gây ra là mối đe dọa đối với sự tồn tại của các lý tưởng Do Thái; do đó, Israel phải đóng vai trò là một khu vực được che chở khỏi chủ nghĩa bài Do Thái ăn sâu vào châu Âu, phải là nơi đặt trụ sở của đời sống trí thức hiện đại và là trung tâm tinh thần cho người Do Thái.

Di sản của Einstein

Albert Einstein qua đời vì phình vỡ động mạch tại một bệnh viện ở New Jersey vào ngày 18 tháng 4 năm 1955. Mặc dù ông được nhớ đến nhiều nhất vì những đóng góp phi thường của mình cho vật lý hiện đại, cuộc đời và tư tưởng của Einstein không chỉ để lại tác động đến khoa học mà còn đến triết học, nghệ thuật thị giác và văn học. Trong tất cả các tác phẩm của mình, thuyết tương đối của ông có lẽ có ý nghĩa sâu rộng nhất đối với các nhà tư tưởng trong mọi lĩnh vực. Ví dụ, các nhà vật lý người Anh như Arthur Eddington đã giải thích thuyết tương đối là một quan điểm duy tâm, tâm linh về vũ trụ. Họ tuyên bố rằng các định luật khoa học có tính chất tinh thần tiên nghiệm và tồn tại trong một thế giới tâm linh thuần túy. Ngược lại, các nhà vật lý Liên Xô như VA Fock đã giải thích thuyết tương đối là bằng chứng cho chương trình nghị sự duy vật Marxist của riêng họ, lập luận rằng khoa học nói về các tính chất vật lý của thực tế như chúng thực sự tồn tại và do đó không có thành phần duy tâm. Mặc dù một số nhà triết học đã gán cho Einstein ý tưởng tương đối rằng chân lý đạo đức và luân lý chỉ tồn tại theo quan điểm của người nhìn, Einstein chưa bao giờ có quan điểm như vậy và trên thực tế lại tin vào điều ngược lại.

Ngoài việc đóng vai trò là cột thu lôi cho nhiều chương trình nghị sự chính trị khác nhau, thuyết tương đối của Einstein còn làm nảy sinh một cách tiếp cận triết học đặc biệt đối với khoa học được gọi là chủ nghĩa thực chứng logic. Lấy cảm hứng từ phương pháp định nghĩa khái niệm theo các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm của Einstein, những người theo chủ nghĩa thực chứng logic cho rằng, những tuyên bố duy nhất mà chúng ta có thể biết là đúng là những tuyên bố mà bằng chứng thực nghiệm có thể xác minh. Họ cũng nhấn mạnh vai trò của logic biểu tượng trong việc xây dựng các lý thuyết khoa học. Trường phái thực chứng logic là sản phẩm trí tuệ của Vienna Circle, một nhóm trí thức trẻ tài năng ở Vienna vào những năm 1920 và đầu những năm 1930 dưới sự dẫn dắt của nhà vật lý và triết gia người Vienna Moritz Schlick. Những nhà tư tưởng này muốn loại bỏ khoa học khỏi mọi suy đoán siêu hình, thay vào đó dựa trên chủ nghĩa kinh nghiệm và các tuyên bố phân tích về logic.

Tác phẩm của Einstein cũng ảnh hưởng nhiều đến nghệ thuật châu Âu trong những năm sau Thế chiến thứ nhất. Chủ nghĩa lập thể, bắt nguồn từ "hình học hóa" thiên nhiên của Cezanne, là một hình thức nghệ thuật mới bao gồm việc phá vỡ bản chất của vật thể được mô tả thành các mặt phẳng hình học, do đó trình bày nhiều góc nhìn cùng một lúc. Được Pablo Picasso và Juan Gris sáng lập, hội họa Lập thể đã giới thiệu một góc nhìn thay đổi hoặc tương đối, trong đó một vật thể duy nhất được nhìn từ nhiều phía cùng một lúc. Trong trường phái Lập thể phân tích cao sau này, các khái niệm mới về không gian - thời gian bốn chiều đã khiến các nghệ sĩ coi chiều thứ tư là một sự thống nhất cao hơn mà theo đó nhiều góc nhìn khác nhau sẽ kết hợp lại với nhau. Ngoài ra, các nhà điêu khắc như Henri Matisse và Naum Gabo đã cố gắng hiện thực hóa các lý tưởng hình học của hội họa Lập thể. Loại hình nghệ thuật mới này sử dụng các yếu tố động và động lực để thể hiện mối quan hệ giữa khối lượng, năng lượng, không gian và thời gian.

Việc Einstein bác bỏ thời gian tuyệt đối đã dẫn đến quan niệm về thời gian như một phẩm chất động không chỉ trong nghệ thuật thị giác mà còn trong văn học của các nhà văn như William Faulkner, người trình bày nhiều góc nhìn tương đối về các sự kiện dường như diễn ra trong một thời gian chủ quan và cá nhân. Ví dụ, tiểu thuyết The Sound and the Fury của Faulkner trình bày một câu chuyện được kể từ góc nhìn của bốn nhân vật khác nhau, tất cả đều có mối quan hệ khác nhau với thời gian. Trong thơ ca, khoa học của Einstein cũng đã tác động. Trường phái thơ khách quan, do các nhà thơ như Archibald MacLeish, William Carlos Williams và Leon Zukofsky dẫn đầu, liên quan đến nỗ lực đưa vào thơ những ý tưởng mà Einstein mang đến cho vật lý. Các nhà thơ khách quan coi tính tương đối của các phép đo không gian và thời gian ngang bằng với tính tương đối của các phép đo thơ, dẫn đến các thí nghiệm sáng tạo với thơ, cấu trúc và nhịp điệu. Các nhà thơ khác, bao gồm Robert Frost, Ezra Pound và TS Eliot, đã thể hiện thái độ mơ hồ hơn đối với khoa học của Einstein. Ví dụ, Eliot công khai bác bỏ chủ nghĩa thực chứng và mọi học thuyết phủ nhận bất kỳ thực tại nào khác ngoài những thực tại có thể được xác minh bằng kinh nghiệm. Mặc dù những tác giả này thường mượn các thuật ngữ, hình ảnh và phép loại suy từ khoa học của Einstein, họ chỉ trích những hàm ý triết học lớn hơn trong tác phẩm của ông.

Di sản của Einstein cũng đã khơi dậy nhận thức mới của công chúng về vai trò của nhà khoa học trong xã hội. Einstein tin rằng nhà khoa học có trách nhiệm đạo đức đối với nhân loại. Ngoài các ấn phẩm khoa học của mình, ông còn xuất bản các chuyên luận phổ biến về các chủ đề như tôn giáo, nhân quyền, kinh tế, chính phủ, chiến tranh hạt nhân và phát triển cá nhân. Ông là người ủng hộ mạnh mẽ chủ nghĩa hòa bình, chủ nghĩa quốc tế, dân chủ và phẩm giá con người. Ông cũng là người ủng hộ suốt đời các mục tiêu của người Do Thái, đặc biệt là chủ nghĩa phục quốc Do Thái về văn hóa. Einstein cũng đã giúp thay đổi hình ảnh của các nhà khoa học, từ một lớp người có trí tuệ uyên bác, có vẻ khó hiểu và xa cách đối với phần đông dân chúng, thành những con người của công chúng và quan tâm sâu sắc đến số phận của nhân loại.

VnTimeless

VnTimeless cảm ơn bạn đã ghé thăm website! Mời bạn để lại dưới đây một comment!