Albert Einstein

Albert Einstein (Ulma, 14 marzo 1879 – Princeton, 18 aprile 1955) è stato un fisico teorico di origine tedesca, naturalizzato svizzero e successivamente statunitense, universalmente considerato uno degli scienziati più influenti della storia e uno dei più grandi fisici di tutti i tempi. Sviluppò la teoria della relatività, che rivoluzionò la concezione umana dello spazio, del tempo, della gravità e dell'universo, e apportò contributi fondamentali allo sviluppo della teoria quantistica. Gli fu assegnato il premio Nobel per la fisica nel 1921 per la sua spiegazione dell'effetto fotoelettrico, risultato che si rivelò decisivo per l'affermazione della natura quantistica della luce. Oltre ai meriti scientifici, Einstein fu un intellettuale pubblico di statura mondiale, noto per l'impegno a favore del pacifismo, dei diritti civili e del sionismo, nonché per il ruolo svolto nell'allertare gli Stati Uniti sul potenziale delle armi nucleari durante la seconda guerra mondiale.

Gioventù e formazione

Albert Einstein nacque a Ulma, nel Regno di Württemberg, all'interno dell'Impero tedesco, il 14 marzo 1879, da Hermann Einstein, ingegnere e rappresentante commerciale, e da Pauline Koch. L'anno successivo la famiglia si trasferì a Monaco di Baviera, dove il padre e lo zio fondarono un'azienda manifatturiera di apparecchiature elettriche. Fin da bambino Einstein mostrò, secondo i racconti più diffusi, una precoce fascinazione per i fenomeni naturali; una tradizione popolare riferisce che una bussola ricevuta in dono all'età di cinque anni suscitò in lui la curiosità per le forze invisibili della natura.

La sua istruzione formale ebbe inizio a Monaco, ma il giovane mal sopportava il rigido stile pedagogico autoritario della scuola tedesca. Nel 1894, quando la famiglia si trasferì in Italia in seguito al fallimento dell'attività paterna, Einstein abbandonò il Luitpold-Gymnasium senza completare gli studi e raggiunse i genitori a Pavia. Nel 1895, a sedici anni, tentò l'ammissione diretta al Politecnico federale di Zurigo (in seguito ETH), ma fallì l'esame di ammissione generale, pur ottenendo risultati eccellenti in matematica e fisica. Su consiglio del rettore del Politecnico completò gli studi secondari ad Arau, in Svizzera, e nel 1896 si iscrisse al Politecnico, dove si formò come insegnante di matematica e fisica.

Einstein si diploma nel 1900 ma non riuscì a ottenere una posizione accademica. Nel 1902, grazie all'intercessione del padre di un amico, ottenne un impiego di esaminatore tecnico presso l'Ufficio brevetti svizzero a Berna. Il posto, che egli definì in seguito «quel chiostro mondano dove ho schiuso le mie più belle idee», gli garantì stabilità economica e, soprattutto, ampio tempo da dedicare alla fisica teorica. Nel 1905 conseguì il dottorato presso l'Università di Zurigo.

L'anno mirabile del 1905

Il 1905, spesso definito l'annus mirabilis di Einstein, vide la pubblicazione di quattro lavori sulla rivista Annalen der Physik, ciascuno dei quali modificò profondamente il corso della fisica:

• «Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt» (Su un punto di vista euristico riguardante la produzione e la trasformazione della luce) propose che la luce fosse costituita da quanti discreti di energia (successivamente denominati fotoni), fornendo una spiegazione teorica dell'effetto fotoelettrico e mettendo in discussione la prevalente teoria ondulatoria della luce. Questo lavoro divenne uno dei fondamenti della teoria quantistica e costituì il principale motivo del conferimento del premio Nobel.
• «Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen» (Sul moto delle piccole particelle sospese in liquidi stazionari) fornì una trattazione teorica del moto browniano, dimostrando che il movimento casuale delle particelle microscopiche nei fluidi poteva essere spiegato mediante l'azione statistica delle molecole. La successiva conferma sperimentale ad opera di Jean Perrin contribuì a stabilire la realtà fisica degli atomi.
• «Zur Elektrodynamik bewegter Körper» (Sull'elettrodinamica dei corpi in movimento) enunciò la teoria della relatività ristretta, secondo cui le leggi della fisica sono le stesse per tutti gli osservatori in moto uniforme e la velocità della luce nel vuoto è costante, indipendentemente dal moto della sorgente. La teoria eliminò la necessità dell'etere luminifero e rivelò che le misurazioni dello spazio e del tempo dipendono dal sistema di riferimento dell'osservatore.
• «Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?» (L'inerzia di un corpo dipende dal suo contenuto di energia?) derivò quella che sarebbe diventata l'equazione più celebre del mondo, E = mc², stabilendo l'equivalenza tra massa ed energia.

Carriera accademica e relatività generale

Dopo il riconoscimento dei primi lavori, Einstein ottenne incarichi accademici: docente all'Università di Berna nel 1908, professore all'Università di Zurigo nel 1909, quindi cattedre all'Università tedesca Carlo-Ferdinando di Praga (1911) e al Politecnico federale di Zurigo (1912). Nel 1914 fu nominato direttore dell'Istituto Kaiser Wilhelm per la fisica e professore all'Università di Berlino, incarichi che mantenne fino al 1933.

Tra il 1907 e il 1915 circa, Einstein si dedicò all'estensione della relatività ai moti non uniformi e accelerati. Questo sforzo culminò nella teoria della relatività generale, completata nel novembre 1915, che reinterpretò la gravità non come una forza bensì come la curvatura dello spaziotempo causata dalla presenza di massa ed energia. La teoria spiegava un'anomalia finora inspiegata nell'orbita di Mercurio e prevedeva fenomeni come la deviazione della luce da parte dei corpi massivi, la dilatazione gravitazionale del tempo e le onde gravitazionali.

La relatività generale conquistò la fama internazionale nel 1919, quando l'astronomo britannico Arthur Eddington guidò spedizioni per osservare un'eclissi solare e riferì che la luce stellare passante nelle vicinanze del Sole veniva deviata di una quantità approssimativamente corrispondente alle previsioni di Einstein. I titoli dei giornali di tutto il mondo celebrarono la conferma, ed Einstein divenne da un giorno all'altro una celebrità, il primo scienziato a raggiungere lo status di figura pubblica mondiale esclusivamente attraverso il lavoro teorico.

I contributi alla teoria dei quanti

Pur essendo ricordato principalmente per la relatività, Einstein fu una figura centrale nello sviluppo iniziale della meccanica quantistica. La sua ipotesi dei quanti di luce del 1905 estese l'idea di Max Planck dell'energia quantizzata alla radiazione elettromagnetica stessa. Nel 1916–1917 sviluppò la teoria dell'emissione stimolata, principio fisico alla base del laser, e i suoi studi sull'emissione spontanea e stimolata contribuirono alla teoria quantistica della luce. Nel 1924, partendo dai lavori del fisico indiano Satyendra Nath Bose, predisse il condensato di Bose-Einstein, un nuovo stato della materia a temperature estremamente basse, creato sperimentalmente nel 1995.

Einstein rimase tuttavia profondamente inquieto per le implicazioni della teoria quantistica matura degli anni Venti, in particolare per la sua interpretazione probabilistica e per il fenomeno dell'entanglement quantistico. La sua celebre affermazione secondo cui Dio «non gioca a dadi con l'universo» esprimeva il suo disagio filosofico. Nel 1935, insieme a Boris Podolsky e Nathan Rosen, pubblicò il paradosso EPR, sostenendo che la meccanica quantistica non potesse costituire una descrizione completa della realtà fisica. Il dibattito da lui avviato anticipò i successivi sviluppi teorici e sperimentali, tra cui le disuguaglianze di John Bell, che alla fine confermarono le predizioni controintuitive della meccanica quantistica, valorizzando al contempo l'importanza fisica delle questioni sollevate da Einstein.

L'emigrazione e gli anni americani

L'ascesa del nazismo in Germania fece di Einstein, ebreo, pacifista liberale e di fama internazionale, un bersaglio di primo piano. Quando Hitler salì al potere nel gennaio 1933, Einstein si trovava in visita negli Stati Uniti; non fece più ritorno in Germania. Si dimise dall'Accademia prussiana delle scienze, i suoi beni furono confiscati e i suoi libri figurarono tra quelli bruciati dalle autorità naziste. Nell'ottobre 1933 assunse una posizione all'Institute for Advanced Study di Princeton, nel New Jersey, dove visse e lavorò per i ventidue anni rimastigli, ottenendo la cittadinanza statunitense nel 1940.

Nell'agosto 1939, sollecitato dal fisico Leo Szilard, Einstein firmò una lettera al presidente Franklin D. Roosevelt in cui avvertiva che la Germania nazista avrebbe potuto sviluppare armi atomiche e raccomandava che gli Stati Uniti avviassero una propria ricerca in merito. La lettera è spesso ritenuta determinante per l'avvio del programma americano di ricerca sull'uranio che sfociò nel Progetto Manhattan. Einstein stesso, tenuto fuori dal programma a causa della sua reputazione pacifista, non lavorò alla bomba e, dopo i bombardamenti atomici di Hiroshima e Nagasaki del 1945, espresse un profondo pentimento, affermando con parole famose: «Se avessi saputo che i tedeschi non sarebbero riusciti a sviluppare la bomba atomica, non avrei fatto nulla». Negli anni del dopoguerra fu una voce di rilievo per il disarmo nucleare e per un governo mondiale, firmando nel 1955, poco prima della morte, il manifesto Russell-Einstein.

Gli ultimi lavori scientifici

Negli anni di Princeton Einstein dedicò la maggior parte delle proprie ricerche alla ricerca di una teoria del campo unificato, un tentativo di derivare l'elettromagnetismo e la gravità da un unico quadro geometrico. Non vi riuscì, e la teoria unificata rimase irraggiungibile per tutta la vita. Le generazioni successive hanno generalmente giudicato questa ricerca prematura, dal momento che le forze nucleari forte e debole non erano ancora state incorporate nella fisica, sebbene l'obiettivo più ampio dell'unificazione sia rimasto un'aspirazione centrale della fisica teorica. Nei suoi decenni finali Einstein risultò in certa misura