آشنایی با اینشتین

مقدمه

در پایان قرن نوزدهم میلادی، همه فکر می‌کردند که گامی تا کامل شدن علم فیزیک باقی نمانده است. در آن زمان، دو فرضیه‌ی مهم وجود داشت.
اوّلین فرضیه، نظریه‌ی جاذبه‌ی عمومی بود که به همراه قوانین مکانیک نیوتن، حرکت اجسام، گردش سیّارات به دور خورشید، حرکت آونگ و غلتیدن توپ‌ها روی سطح شیب‌دار را توضیح می‌داد. حتّی رفتار گازها، مایعات و جامدات هم با استفاده از این قوانین توصیف می‌شد. برای این کار، از مدل اتم‌های سخت و تفکیک‌ناپذیری که مثل توپ‌های بیلیارد به هم می‌خورند و بر طبق قوانین نیوتن برمی‌گردند، کمک گرفته می‌شد.
فرضیه مهم دیگر، نظریه‌ی الکترومغناطیس ماکسول بود که در نیمه‌ی دوم قرن نوزدهم میلادی (اواسط قون سیزدهم شمسی) مطرح شده بود. نظریه‌ی ماکسول فقط با چهار معادله، توصیف کاملی از پدیده‌های الکتریکی و مغناطیسی می‌داد. نظریه‌ی الکترومغناطیس ماکسول، بزرگ‌ترین دستاورد فیزیک از زمان نیوتن تا آن دوره بود. این نظریه، جذب و دفع گلوله‌های باردار را تشریح می‌کرد و توضیح می‌داد که چرا عقربه‌ی قطب‌نما، شمال را نشان می‌دهد. حتّی رفتار نور را نیز به عنوان موجی الکترومغناطیسی شرح می‌داد. این نظریه، دیگر شکل‌های امواج الکترومغناطیسی را نیز که بعداً کشف شد و امواج الکترومغناطیسی نام گرفت، حدس می‌زد.
گفتنی است که در پایان قرن نوزدهم میلادی (اواخر قرن سیزدهم شمسی) تنها نیروهای اصلی شناخته شده، نیروی جاذبه و نیروی الکترومغناطیس بود. بنابراین، با داشتن نظریه‌ای مناسب و کامل درباره‌ی جاذبه و الکترومغناطیس- و قوانین مکانیکی که با آن حرکت اجسامی مثل اتم یا آونگ ساعت را توصیف می‌کردند- نیازی به فرضیه‌ای جدید حس نمی‌شد. مثلاً اگر فیزیک‌دانی می‌خواست تغییرات فشار گاز را با تغییر دما در حجم ثابت مطالعه کند، می‌توانست همان قوانین را به کار بگیرد؛ یا کسی که می‌خواست خط تلگرافی از اقیانوس اطلس بگذراند تا ارتباط اروپا و آمریکا میسر شود، می‌توانست بی‌هیچ نگرانی از معادلات ماکسول استفاده کند. هنوز هم نظریه‌های نیوتن و ماکسول برای توضیح پدیده‌هایی که روزانه با آن مواجه می‌شویم، به کار می‌رود و جواب مناسبی به دست می‌دهد. تحقیقاتی که خارج از حوزه‌ی معمول علم صورت گرفت، پدیده‌هایی را یافت که به کمک این دو فرضیه غیر قابل توضیح بودند. در اواسط دهه‌ی 1890م. (1270ش). فیزیک‌دانان پی بردند اتم تفکیک‌پذیر است. جوزف تامسون در کمبریج، اتم را تفکیک کرد و اجزای آن را الکترون نامید. رفتار نور هم بسیار عجیب به نظر می‌رسید. چگونگی حرکت موجی نور، نامعلوم بود. در آن زمان حرکت نور را با امواج آب قیاس می‌کردند. موج دریاچه با حرکت آب ایجاد می‌شود، ولی وقتی نور از جایی عبور می‌کند، چه چیزی آن را به حرکت وا می‌دارد؟
تا مدّت‌ها فیزیک‌دانان فکر می‌کردند مادّه‌ای به نام اتِر تمام عالم را فرا گرفته که عامل حرکت نور است. لفظ نور شامل انواع امواج الکترومغناطیسی می‌شد. آن‌ها حدس می‌زدند که اتر باید مادّه‌ی بسیار رقیقی باشد تا زمین و دیگر اجسام بتوانند بدون هیچ مقاومتی در آن حرکت کنند. ضمناً می‌دانستند سرعت امواج در اجسام، با چگالی و سختی آن‌ها نسبت مستقیم دارد. مثلاً سرعت صوت در میله‌ای آهنی بیشتر از سرعت آن در هواست. پس با توجه به سرعت بالای نور (300000 کیلومتر بر ثانیه) اتر می‌بایستی فوق‌العاده سخت می‌بود.
اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق مایکلسون و مورلی در دهه‌ی 1880م. (1260ش.) نشان داد که سرعت نور در جهت حرکت اتر یا خلاف آن تفاوتی ندارد. در واقع، هیچ چیزی وجود اتر را تأیید نمی‌کرد. در پایان قرن نوزدهم میلادی (اواخر قرن سیزدهم شمسی) اکثر دانشمندان نگران باطل شدن نظریه‌ی وجود اتر بودند، البته اینشتین اصلاً نگران نبود. همان طور که خواهیم دید، وی از منظری دیگر به نظریه‌ی نسبیّت خاص دست یافت و بعد از انتشار نظریه‌ی خود گفت: «زمانی که به نسبیّت خاص فکر می‌کردم، از آزمایش مایکلسون - مورلی خبری نداشتم.»
آخرین و شاید مهم‌ترین نکته‌ی مجهول در بررسی رفتار نور، ابهام رابطه‌ی متقابل مادّه و نور بود. نظریه‌ی نور، کارآمد بود. نظریه‌ی مادّه نیز - به جز مشکل اتر - مشکلی نداشت، امّا نمی‌توانست توضیح دهد که چگونه مادّه‌ای که متشکّل از اتم‌هاست، نور تولید می‌کند. در دهه‌ی 1890م. (1270ش) فیزیک‌دانان می‌دانستند همان‌طور که با تکان دادن انگشت‌های دست در آب دریاچه موج ایجاد می‌شود، امواج الکترومغناطیسی تولید کننده‌ی نور نیز باید با ارتعاش یا نوسان ذرّه‌ای باردار در اتم تولید شوند. همین فرض، راهگشای کشف الکترون شد. مکانیک نیوتنی پیش‌بینی می‌کرد که ذرّه‌ی باردار باید یکباره مقدار زیادی انرژی را با طول موج کوتاه در منطقه‌ی آبی و فرابنفش طیف نور، آزاد کند. این حالت «فوران فرابنفش» نام داشت. در آستانه‌ی قرن بیستم میلادی (اواخر قرن سیزدهم شمسی) ماکس پلانک نادرستی این فرضیه را گوشزد کرد. وی معتقد بود که انرژی نور فقط می‌تواند مضربی از مقداری معیّن باشد. پلانک این مقدار معیّن را «کوانتم» نامید. این فرضیه، تشعشع اشعه‌ی فرابنفش را تأیید نمی‌‌کرد.
ماکس پلانک، با وجود مطرح کردن نظریه‌ی کوانتمی نور، همچنان نور را پدیده‌ای موجی نمی‌‌دانست. در 1900م. (1279ش.) کسی فکر نمی‌کرد که نور بسته‌های کوچک انرژی باشد؛ بسته‌هایی که امروز فوتون نام دارند. اینشتین در چنین شرایطی پا به صحنه‌ی فیزیک گذاشت.

زندگی و کار اینشتین

آلبرت اینشتین در 14 مارس 1879م. (23 اسفند 1257ش.) در «اولم»، آلمان به دنیا آمد. خانواده‌اش پس از مدّت کوتاهی در تابستان 1880م. (1259ش.) به مونیخ رفتند. هرمان، پدر آلبرت، امیدوار بود که بتواند در مونیخ کار بهتری پیدا کند. او با سرمایه‌ی خانواده‌ی همسرش پاولین، در زمینه‌ی الکتروشیمی کار می‌کرد و در اولم تجربه‌ی ناموفّقی داشت. یاکوب، برادر کوچک‌تر هرمان او را برای جست و جوی کاری بهتر در مونیخ ترغیب کرده بود. یاکوب بعدها شریک هرمان شد و همگی در حومه‌ی مونیخ در خانه‌ای بزرگ که باغی زیبا داشت، زندگی می‌کردند.
آلبرت، بچّه‌ی آرامی بود و والدینش فکر می‌کردند کند ذهن است.او خیلی دیر زبان باز کرد، امّا وقتی به حرف آمد مثل بچّه‌های دیگر «من‌من» نمی‌کرد و کلمه‌ها را در ذهنش می‌ساخت. مایا، خواهر اینشتین، در نوامبر 1881م. (آبان 1260ش.) به دنیا آمد. آن زمان آلبرت هنوز سه سالش تمام نشده بود. خاطره‌های مایا بهترین سندی است که کودکی آلبرت را به تصویر می‌کشد. این یادداشت‌ها در دانشگاه پرینستون، بخش اسناد اینشتین نگهداری می‌شود.
این خواهر و برادر خیلی با هم صمیمی بودند. البته رابطه‌ی آن‌ها گاهی به کدورت هم کشیده می‌شد. آلبرت کودکی ساکت و درونگرا بود، ولی بعضی اوقات خلق و خوی تندی از خود بروز می‌داد. مثلاً وقتی از خواب می‌پرید، هر چه به دستش می‌رسید به سوی مایا که اغلب نزدیک او بود، پرت می‌کرد. او یک بار سر خواهرش را با بیلچه شکسته بود. پاولین، آلبرت را به کلاس ویولن فرستاد. معلّمش که از کج خلقی او حیرت کرده بود، به ناگزیر واکنشی مشابه نشان می‌داد. آلبرت به نواختن ویولن علاقه‌ای نداشت، امّا تلاشی که برای یاد گرفتن آن می‌کرد، باعث علاقه‌مندیش شد.
هرمان و پاولین به بچّه‌های کوچک خود استقلال می‌دادند. آنان آلبرت چهار ساله را تشویق می‌کردند راهش را در خیابان‌های حومه‌ی مونیخ پیدا کند.
در پنج سالگی دو واقعه‌ی مهم برای اینشتین اتّفاق افتاد. اوّل این که به مدرسه - که خیلی از آن متنفر بود - رفت. خانواده‌ی آلبرت، یهودی بودند، امّا تعصب خاصی نداشتند. آنان برای این که رفت و آمد آلبرت راحت‌تر باشد، او را به مدرسه‌ی کاتولیک‌ها در همان حوالی فرستادند. مدرسه با شیوه‌ای قدیمی اداره می‌شد. آموزش از طریق تکرار بود. همه چیز با نظمی خشک تحمیل می‌شد و هر اشتباهی بی‌تنبیه نمی‌ماند.
واقعه‌ی دیگری که به آلبرت ثابت کرد بهتر است خودش چیزها را بررسی کند، روزی اتفاق افتاد که آلبرت مریض بود و در خانه استراحت می‌کرد. پدرش آن روز قطب‌نمای کوچک به او داد تا سرگرم باشد. اینشتین شیفته‌ی قطب‌نما شد. او قطب‌نما را به هر طرف که می‌چرخاند، عقربه جهت شمال را نشان می‌داد. این کشف که نیروی مرموزی وجود دارد که بر عقربه‌ی قطب‌نما اثر می‌گذارد، تأثیری عمیق و ماندگار بر وی گذاشت. در آن زمان این سؤال برای آلبرت مطرح شد که چرا در مدرسه چیز جالب و هیجان‌انگیزی مثل قطب‌نما نشان نمی‌دادند.
اینشتین ده ساله بود که در دبیرستان «لویت‌ پولت» ثبت نام کرد. در آن موقع علاقه‌ی بسیاری به ریاضی پیدا کرده بود. این علاقه را عمویش یاکوب و یک دانشجوی جوان پزشکی به نام ماکس تالمود در وی ایجاد کرده بودند. ماکس تالمود هر پنجشنبه به خانه‌ی آن‌ها می‌آمد و درباره‌ی آخرین موضوعات علمی با آلبرت حرف می‌زد. عمویش نیز او را با جبر آشنا کرده بود. اینشتین در دوازده سالگی از تالمود کتابی درباره‌ی هندسه هدیه گرفت. او بعدها آن را مهم‌ترین عامل دانشمند شدن خود می‌دانست. با این که اینشتین در خانه چنین علاقه‌ای به ریاضیات و فیزیک نشان می‌داد، در دبیرستان چندان درخششی نداشت. او در نظام خشک و کسل کننده‌ی دبیرستان علاقه‌اش را به علوم از دست می‌داد و نمراتش کمتر و کمتر می‌شد. بیشتر معلمانش معتقد بودند که او وقتش را تلف می‌کند و چیزی یاد نمی‌گیرد.
در 1894م. (1273ش.) خانواده‌ی اینشتین با بحران مالی مواجه شد و برای اینشتین مشکلاتی به وجود آمد. یاکوب، هرمان را متقاعد کرد که در ایتالیا آینده‌ی روشن‌تری دارند. از این رو، اموالشان را فروختند و به جنوب رفتند. در آن هنگام، آلبرت در مقطع حسّاسی از تحصیل بود، بنابراین قرار شد که همان جا بماند و به تحصیل خود ادامه دهد. او در پانسیونی در حوالی دبیرستان زندگی می‌کرد. یکی از افراد فامیل، مسئولیت مواظبت از آلبرت را بر عهده گرفته بود. تنها گذاشتن آلبرت پانزده ساله نشان می‌دهد که هرمان و پاولین تا چه اندازه بچّه‌هایشان را به استقلال ترغیب می‌کردند. مسلماً راز موفقیت اینشتین، آسایش خانوادگی یا موقعیت اجتماعی نیست.
اینشتین به این نوع زندگی عادت کرده بود و روزها را با تحمل نظام آموزشی آلمان سپری می‌کرد. بعد از شش ماه، پزشکی را متقاعد کرد تا گواهی بدهد که آلبرت موقعیت خطرناکی دارد و در آستانه‌ی بحران عصبی است. پزشک برای معلم ریاضی او نامه‌ای نوشت. معلّم ریاضی اینشتین از معدود معلمانی بود که بحران وی را درک می‌کرد. پس از این ماجرا، معلم ریاضی استعفا کرد و در استعفانامه‌اش نوشت چیزی ندارد تا به اینشتین بیاموزد. اینشتین با مدیر دبیرستان گفت و گو کرد و غافل از آن که قبلاً اخراج شده است، گفت که قصد دارد به دلایل پزشکی ترک تحصیل کند. به هر حال، اینشتین دبیرستان را ترک کرد و به جنوب رفت تا به «پاویا»، نزد خانواده‌اش برود.
ترک آلمان، دلایل دیگری هم داشت. اگر اینشتین تا هفده سالگی در آلمان می‌ماند، بایستی یک سال به خدمت سربازی می‌رفت و این چیزی بود که اینشتین خیلی از آن می‌ترسید. او از هر نوع تحکّم و انضباط خشک نفرت داشت. به رغم گواهی پزشک، وقتی آلبرت به پاویا رسید، نشانه‌ای از بحران عصبی در او دیده نمی‌شد. مایا می‌گوید وی شرایط روحی بسیار خوبی داشت. اینشتین، پدرش را متقاعد کرد که پیش از شروع کاری جدی، چند ماهی را در ایتالیا سفر کند. البته او احتمالاً در آن موقعیت، گواهی پزشک را بهانه کرده بود. بعد از پایان دوره‌ی نقاهت، اینشتین و پدرش بر سر آینده‌ی او بحثی طولانی کردند.
آلبرت دوست داشت معلم فلسفه شود. هرمان می‌خواست آلبرت مهارت‌های عملی را بیاموزد و به تجارت خانواده‌ کمک کند. به هر حال، اینشتین بایستی مدرکی دانشگاهی می‌گرفت. بالاخره آلبرت با فشار خانواده‌اش تصمیم گرفت در دانشگاه فنی زوریخ ثبت نام کند.
اینشتین در پاییز 1895م. (1274ش.) در امتحان ورودی دانشگاه فنی زوریخ شرکت کرد. آن موقع، کمتر از هفده سال داشت. سنّ معمول ثبت نام در دانشگاه فنی زوریخ هجده سال بود. با این حال، اینشتینِ مغرور از رد شدن خود متعجّب شد. اینشتین در علوم و ریاضی نمرات خوبی گرفته بود، امّا نمرات زبان، تاریخ، ادبیّات و هنر او خوب نبود. اگر اینشتین در مدرسه‌ای سوئیسی تحصیل می‌کرد و دیپلم دبیرستان را می‌گرفت، می‌توانست سال بعد بدون امتحان ورودی در دانشگاه فنی زوریخ ثبت نام کند.
اینشتین دلش نمی‌خواست به مدرسه برود. یکی از دوستانِ پدرِ اینشتین مدرسه‌ی کوچکی را در «آرائو» به آن‌ها معرّفی کرد. آن مدرسه شرایط نسبتاً آزادی داشت. آلبرت در آنجا راحت بود و با مدیر مدرسه، یوست وینتلر زندگی می‌کرد.
اینشتین در اوایل پاییز 1896م. (1275ش.) دیپلم گرفت. او در دروس تاریخ، هندسه، هندسه‌ی تحلیلی و فیزیک نمره‌ی کامل، در زبان‌های آلمانی و ایتالیایی و دروس شیمی و تاریخ طبیعی 80 درصد از نمره و در جغرافی، هنر و رسم فنی 60 درصد از نمره را آورد. اینشتین در 29 اکتبر 1896 م. (7آبان 1275ش.) به زوریخ رفت تا زندگی تازه‌ای را آغاز کند.
زندگیِ دانشجویی، دلخواه اینشتین بود. سر هر کلاسی که دوست داشت می‌رفت و وقت‌های آزادش را پر می‌کرد. هر چه دوست داشت می‌خواند. هر چه می‌خواست می‌پوشید و زمان زیادی را در رستوران‌ها می‌گذراند و با دوستانش درباره‌ی معنای زندگی یا آخرین اخبار فیزیک بحث می‌کرد. هرمان مینکوفسکی، یکی از معروف‌ترین معلمان اینشتین، او را سگ تنبلی می‌دانست که از ریاضی خسته نمی‌شد. البته اینشتین توجّه دیگران به «نسبیت خاص» را مدیون اوست.
در آن سال تنها پنج دانشجو در رشته‌ی علوم ثبت نام کرده بودند. یکی از آنان دختری به نام میلوا ماریچ بود. پس از مدّتی آن‌ها تصمیم گرفتند که با هم ازدواج کنند. مادر آلبرت مخالف ازدواج آن‌ها بود. از نظر او، اینشتین برای آغاز زندگی مشترک آمادگی نداشت.
امتحانات نهایی دانشگاه فنی زوریخ در پیش بود. و بالاخره اینشتین متوجّه شد که باید تمام درس‌ها را بخواند. او جزوه‌های دوستش، مارسل گروسمن را قرض گرفت و آن‌ها را به سرعت مرور کرد. در بین چهار دانشجویی که در 28 ژوییه 1900 م. (6 مرداد 1279ش.) فارغ‌التحصیل شدند، اینشتین کمترین نمره را آورد. فقط میلوا نمره‌ای کمتر از او گرفت و قبول نشد.
با توجه به نمرات پایین اینشتین و شیوه‌ی درس خواندن او، پیدا کردن کار، مشکلی بزرگ بود. کسی اینشتین را به دانشیاری قبول نمی‌کرد و آینده‌ی روشنی هم در انتظارش نبود. او تصمیم گرفت خودش تحقیق را ادامه دهد و رساله‌ای بنویسد تا بتواند از دانشگاه زوریخ دکترا بگیرد؛ کار سختی نبود. او ایده‌های تازه و زیادی داشت و تنها کاغذ، خودکار و کتابخانه‌ای مجهّز می‌خواست. حتّی دسترسی به کتابخانه هم چندان مهم نبود. اینشتین، مسائل را از اصول ابتدایی شروع می‌کرد و کارهای اساسی قبلی را هم در نظر نمی‌گرفت. البتّه هنگام مطالعه لازم بود که بعضی از آن‌ها را به خاطر بیاورد.
در پایان 1910م. (پاییز 1280ش.) آلبرت شغلی موقّت پیدا کرد و معلم شد، امّا هنوز وضعیت خوبی نداشت. اوّلین روزنه‌ی امید، کمک مارسل گروسمن بود که باعث ترقّی او شد. گروسمن از پدرش که دوستِ مدیر اداره‌ی ثبت اختراعات سوئیس در «برن» بود، خواست که در آن جا برای اینشتین، شغلی پیدا کند. البته تا ژوئن 1902م. (خرداد 1281ش.) کاری برای آلبرت پیدا نشد.
از ژوئن 1902م. (خرداد 1281 ش.) تا ژوئیه 1909م. (تیر 1288ش.) اینشتین در اداره ثبت اختراعات کار کرد. اینک دانشمند سرشناسی شده بود و مناصب دانشگاهی زیادی به او پیشنهاد می‌شد. از کار در اداره‌ی ثبت اختراعات راضی بود. اینشتین فوراً عیب دستگاه‌های تازه اختراع شده را پیدا می‌کرد و در ساعت اداری، وقت کافی داشت تا به فیزیک فکر کند. پدر اینشتین در پاییز 1902 م. (1281ش.) فوت کرد بعد از مرگ هرمان، مادر اینشتین دیگر با ازدواج او و میلوا مخالفتی نکرد و آن‌ها در 6 ژانویه 1903م. (16 دی 1281ش.) ازدواج کردند.
کارمند جوان اداره‌ی ثبت اختراعات و میلوا- که به سرعت با نقش زن خانه‌دار کنار می‌آمد- زندگی خوبی داشتند. اینشتین دوستانی مثل موریس سولوین، کُنراد هَبیخت و میکل آنجلو بِسو داشت که با هم درباره‌ی تازه‌های فیزیک بحث می‌کردند. آنان جمع خود را به شوخی «آکادمی المپیا» می‌نامیدند. این جمع جای خوبی برای طرح ایده‌های مهیّج اینشتین بود.
او در سال‌های ابتدای قرن بیستم میلادی (اواخر قرن سیزدهم شمسی) مقاله‌های متعددی منتشر کرد. از آن جا که او موقعیت دانشگاهی نداشت، به مقاله‌هایش که همگی خوب بودند، توجه چندانی نمی‌شد. اینشتین سعی داشت نشان دهد که اتم‌ها و ملکول‌ها واقعاً وجود دارند. رساله‌ی دکترای او که درباره‌ی همین مسئله نوشته شده بود، در سال 1905م. (1284ش.) تکمیل شد.
اینشتین در رساله‌اش رفتار مولکول‌های شکر حل شده در آب را بررسی کرده بود. محاسبات وی، رفتار چایِ شیرینِ داغ را توضیح می‌داد. او به کمک محاسبات خود قطر ملکول شکر را حدود 01/0 میکرون تخمین زده بود که در آن زمان تخمین بسیار خوبی به نظر می‌رسید. و می‌توانست موضوع مناسبی برای رساله‌ی دکترا باشد.
اینشتین از آوریل تا ژوئیه 1905 م. (فروردین تا تیر 1284ش.) در ارائه‌ی رساله‌اش تعلّل کرد، زیرا بسیار کوتاه بود و او می‌خواست آن را طولانی‌تر کند. او پس از پایان رساله، کارش را ادامه داد و در مقالات بسیاری فرضیه‌اش را بسط داد. اینشتین این مقالات را در حین کار روزانه در اداره‌ی ثبت اختراعات می‌نوشت. در 11 مه 1905م. (22 اردیبهشت 1284ش.) اینشتین مقاله‌ای درباره‌ی حرکت براونی برای مجلّه‌ی فیزیک آلمان فرستاد. حرکت براونی، حرکت زیگزاگ ذرّات کوچک و سختی است که در آن حل شده یا در هوا معلّق‌اند. در نیمه‌ی دوم قرن نوزدهم میلادی (اواسط قرن سیزدهم شمسی) اغلب فیزیک‌دانان معتقد بودند که حرکت براونی ناشی از بمباران ذرّات با ملکول‌های هوا یا آب است. آنان از این نکته غافل بودند که وقتی هر حرکت با برخورد یک ملکول با یک ذرّه ایجاد می‌شود، بنابراین اندازه‌ی ملکول‌ها نباید با اندازه‌ی ذرّه تفاوت چندانی داشته باشد.
اینشتین فهمید که حرکت براونی ناشی از بمباران دائمی، امّا نامتقارن ملکول‌هاست. وی در مقاله‌اش اندازه‌ی ملکول را محاسبه کرد و نشان داد که اگر ذرّه‌ای از اطراف بمباران شود، حرکت در جهتی است که بمباران قوی‌تر باشد. اینشتین در محاسباتش اعداد خاصّی را ارائه کرد و حرکت براونی را با معادله‌ی آماری دقیقی توصیف کرد. قاطعیتِ برهان ریاضی این مقاله، فیزیک‌دانان را متقاعد کرد که حرکت براونی ناشی از رقص ملکول‌هاست.
اینشتین این مقاله را بر اساس رساله‌ی خود نوشته بود. در واقع این دومین مقاله‌ای بود که برای مجلّه‌ی فیزیک آلمان فرستاده بود. وی اوّلین مقاله‌اش را در مارس 1905م. (اسفند 1283ش.) برای مجله فرستاده بود. در آن زمان در حال نوشتن رساله‌اش بود و صد البتّه در اداره‌ی ثبت اختراعات هم کار می‌کرد. احتمالاً اینشتین نخستین مقاله‌اش را کاری بی‌اهمیت می‌دانست. جالب است بدانید که همان مقاله‌ی بی‌اهمیت که درباره‌ی اثر فوتوالکتریک بود، جایزه‌ی نوبل فیزیک را نصیب او کرد.
اینشتین در آن مقاله، آزمایش‌های 1902م. (1281ش.) فیلیپ لنارد، محقّق مجاری را شرح داده بود. لنارد بر سطح خارجی فلزی، نور تابانیده و خروج الکترون‌ها را بررسی کرده بود. در این آزمایش وقتی نوری تک رنگ به کار می‌رفت، الکترون‌های آزاد شده انرژی یکسانی داشتند. با افزایش شدّت نور، الکترون‌های بیشتری آزاد می‌شد، امّا همه‌ی آن‌ها هم چنان دارای انرژی یکسانی بودند. انرژی الکترون‌ها فقط با تغییر رنگ نور تغییر می‌کرد.
اینشتین با محاسبات ریاضی قاطعی ثابت کرد نور کوانتمی که پلانک آن را برای حل مشکل فوران فرابنفش به کار برده بود، خاصیّت ذرّه‌ای دارد. الکترون‌های سطح فلز بر اثر پدیده‌ی فوتوالکتریک با ذر‌ه‌های نور برخورد می‌کنند. این ذرّه‌ها فوتون نام دارند. شعاع نوری که شدّت بیشتری دارد، فوتون‌های بیشتری دارد ولی انرژی این فوتون‌ها یکسان است. انرژی الکترونی که آزاد می‌شود با انرژی فوتونی که آن را آزاد می‌کند، برابر است. فوتون‌های نور تک رنگ، انرژی یکسانی دارند، امّا انرژی فوتون‌های نورهای متفاوت، یکسان نیست. با این توضیحات، اینشتین آزمایش لنارد را توجیه کرد. اما توجّه زیادی به این مقاله نشد. فیزیک‌دانان به موجی بودن نور عادت کرده و نظریه‌ی ذرّه‌ای بودن نور را کاملاً به فراموشی سپرده بودند. بعدها دوگانگی موج- ذرّه، اساس فیزیک کوانتم مدرن شد. در این فرضیه، چیزهای بسیار کوچکی مثل فوتون یا الکترون، هم رفتار موجی و هم رفتار ذرّه‌ای دارند.
عوض شدن ذهنیّت مردم و نوبل گرفتن اینشتین موضوع جالبی است. رابرت میلیکان فیزیک‌دان آمریکایی، از نظریه‌ی اینشتین خوشش نمی‌آمد. وی معتقد بود که نور فقط می‌تواند موج باشد. او آزمایش‌های عظیمی ترتیب داد نا نادرستی نظریه‌ی اینشتین را اثبات کند، امّا نتایج آزمایش‌ها درستی آن را تأیید می‌کرد. میلیکان به نتایج آزمایش‌ها گردن نهاد و نظرش را تغییر داد. او خاطره‌ی آن روزها را چنین تعریف می‌کند: «من ده سال را صرف آزمایش معادله‌ی 1905م. (1284ش.) اینشتین کردم و برخلاف انتظارم در 1915م. (1294ش.) ناگزیر شدم به صحّت قاطع آن اعتراف کنم.»
میلیکان در 1923م. (1302ش.) برای این آزمایش‌ها، جایزه‌ی نوبل گرفت. این جایزه بایستی وی را کمی تسکین داده باشد. البته اینشتین در 1299م. (1301ش.) جایزه‌ی نوبل را برای بررسی اثر فوتوالکتریک گرفته بود.
به سال 1905م. (1284ش.) هنگامی که اینشتین هنوز رساله‌اش را تمام نکرده بود، باز می‌گردیم. اینشتین در 30 ژوئیه (9مرداد) همان سال، چند هفته‌ای پیش از ارائه‌ی رساله‌ا‌ش، مقاله‌ای دیگر برای مجلّه‌ی فیزیک آلمان فرستاد. این مقاله درباره‌ی رفتار نور بود و به الکترودینامیک اجسام متحرک می‌پرداخت. اینشتین در این مقاله نظریه‌ی نسبیت خاص را مطرح کرده بود.
به کمک معادلات ماکسول، سرعت نور، مقداری ثابت به دست می‌آید. ثابت بودن سرعت نور، نقطه‌ی آغاز نظریه‌ی نسبیت خاص است. «خاص» در این جا به معنای محدود است، چون فقط حرکت مستقیم و یکنواخت را در نظر می‌گیرد و شامل حالت عام شتابدار نمی‌شود. در مکانیک نیوتنی اگر چشمه‌ای ساکن، نوری با سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه بتابانید، ناظری که با سرعت 100000 کیلومتر بر ثانیه به آن نزدیک می‌شود، سرعت نور را 400000 کیلومتر بر ثانیه اندازه می‌گیرد، امّا معادلات ماکسول، چنین امکانی را منتفی می‌داند. برطبق معادلات ماکسول، ناظر فوق نیز سرعت شعاع نور را 300000 کیلومتر بر ثانیه اندازه می‌گیرد.
در اوایل قرن بیستم میلادی (اواخر قرن سیزدهم شمسی) اشکال موجود را در نظریه‌ی ماکسول جست و جو می‌کردند و ایده‌های مقدّس نیوتن از هرگونه شکی در امان بود، امّا اینشتین ذهنی مستقل داشت و این نظریه را درست فرض می‌کرد. او با این که همان سال ثابت کرده بود نور جریانی از مادّه است، خود از نظریه‌ی موجی بودن نور استفاده کرد. نیلز بور همیشه با تأکید می‌گفت: «اینشتین را باید اوّلین کسی دانست که ایده‌ی دوگانگی موج- ذرّه را به کار برده است.»
یکی از اصول نسبیت خاص می‌گوید سرعت نور برای تمام ناظرهای ساکن و متحرک، اعم از این که منبع نور ساکن یا متحرک باشد، مقداری ثابت است. معادلات نسبیت خاص تصریح می‌کند که جرم اجسام متحرک، کم و زیاد می‌شود و ساعت‌های متحرک کندتر کار می‌کنند. مثلاً زمان در هواپیمای در حال پرواز از روی زمین کندتر می‌گذرد. اگر ناظری با سرعتی بسیار بالا به ستاره‌ای دوردست برود و بازگردد، به نظر خودش سفری چند ماهه رفته، در حالی که از نظر ناظر زمینی سفر او سال‌ها طول کشیده است.
وارد جزئیات معادلات نمی‌شویم، فقط یاد‌آوری می‌کنیم که تمام پیش بینی‌های نسبیت خاص در آزمایش‌های بسیاری امتحان شده‌اند. حتی مهندسان هم باید به آن توجّه داشته باشند. مثلاً وقتی مهندسی شتاب‌دهنده‌ی ذرّات را طراحی می‌کند، ناگزیر است به اثرات نسبیتی توجّه کند تا شعاع ذرّات، آن طور که فیزیکدانان می‌خواهند، حرکت کند. اگر نسبیت خاص غلط باشد، این شتاب دهنده‌ها کار نمی‌کنند و هزینه‌های چند میلیون‌ دلاری ساخت آن‌ها هدر می‌رود.
مدّتی بعد از انتشار نسبیت خاص، فکر دیگری به ذهن اینشتین رسید. او متوجّه شد که نسبیت خاص رابطه‌ای میان مادّه و انرژی ایجاد و آن‌ها را با هم یکی می‌کند. اینشتین این مطلب را دو ماه بعد از طرح نظریه‌ی نسبیت خاص، در نوامبر 1905م. (آبان 1284ش.) در مجلّه‌ی فیزیک آلمان مطرح کرد. در این مقاله، مهم‌ترین فرمول علوم نظری یعنی، معرّفی شد. در این فرمول سرعت نور در خلأ و انرژی ذخیره شده در مادّه‌ای به جرم است. البته در آن زمان، کمتر کسی به این مقالات اعتنا می‌کرد.
اینشتین زندگی آرامی داشت. میلوا نیز خوشحال به نظر می‌رسید. در سپتامبر 1904م. (شهریور 1283ش.) حقوق آلبرت افزایش یافت و به 3900 فرانک در سال رسید. آن‌ها از نظر مالی وضعیت بدی نداشتند و آلبرت می‌توانست به تفریح تازه‌اش - قایقرانی - بپردازد. در 1905م. (1284ش.)هنگامی که اینشتین ساختار فیزیک را در سوئیس تغییر می‌داد، اوّلین تراموای برقی در خیابان‌های لندن به راه افتاده بود. در روسیه نیز همزمان با انتشار مقالات نسبیت خاص، انقلابی ناموفّق رخ داده بود.
در میان مقالات سال 1905م. (1284ش. ) اینشتین، به نسبیت خاص اعتنایی نشد، امّا چارچوب کارهای آن سال نام وی را بر سر زبان‌ها انداخت. اینشتین با این که هم چنان به انتشار مقالات می‌پرداخت، سال‌ها مورد بی‌مهری بود. او در آوریل 1906م. (اردیبهشت 1285ش.) در بیست و هفت سالگی ترفیع گرفت و کارشناس فنی اداره‌ی ثبت اختراعات شد. حقوق وی نیز بالاتر رفت و به 4500 فرانک در سال رسید. دوستانش مُصر بودند که شغلی دانشگاهی دست و پا کند و برای همین منظور او را با افرادی بانفوذ معرّفی می‌کردند. اینشتین ابتدا می‌بایستی استاد حقّ‌التدریسی می‌شد. استاد حقّ التدریسی، عضو هیئت علمی دانشگاه نیست و می‌تواند هر درسی را که می‌خواهد تدریس کند و به عنوان حقوق از کسانی که در کلاس شرکت می‌کنند، شهریه بگیرد. اینشتین در 1907م. (1286ش.) از دانشگاه برن تقاضای چنین شغلی کرد، امّا خواسته‌ی او پذیرفته نشد و ریاست دانشکده‌ی فیزیک دانشگاه برن، مقالات نسبیت خاص را که ضمیمه‌ی تقاضای اینشتین بود، نامفهوم خواند. در ماه‌های بعد، او جست و جویش را ادامه داد، ولی کاری پیدا نکرد. در 1908م. (1287ش.) بالاخره او را در دانشگاه برن به عنوان استاد حق‌التدریسی پذیرفتند. البته دلیلی نداشت که برای چنین موقعیت متزلزلی، از کار در اداره‌ی ثبت اختراعات که حقوق خوبی هم داشت، استعفا کند. اینشتین اوّلین درسش را در زمستان 1908-1909م. (1287 ش.) شروع کرد. زمان کلاس‌های او ساعت 7 تا 8 صبح روزهای یکشنبه و سه‌شنبه بود. از آن کلاس‌ها استقبال زیادی نشد. اینشتین به رغم شهرتی که داشت، بسیار به آرامی از نردبان ترقّی دانشگاهی بالا می‌رفت.
مینکوفسکی در 1902م. (1281ش.) استاد ریاضیّات دانشگاه گوتینگن شد و تا زمان بازنشستگی در آن جا ماند. وی از اوّلین کسانی بود که اهمیّت نظریه‌ی نسبیت خاص را گوشزد کرد. توصیف اینشتین از فضا و زمان، توصیفی ریاضی بود و مینکوفسکی با استفاده از فضای چهار بعدی، دیدی هندسی از آن ارائه داد. مینکوفسکی که با آزمایش مایکلسون - مورلی آشنا بود، در سخنرانی دوم سپتامبر 1908م. (12 شهریور 1287ش.) در «کلن»، زمان را «بعد چهارم» معرّفی کرد و گفت: «من می‌خواهم از فضا و زمانی بگویم که پیش‌تر در فیزیک تجربی مطرح شده است. از این پس، فضا و زمان به تنهایی تصویری مبهم می‌سازد و فقط استفاده از هر دوی آن‌ها تصویری کامل از وقایع به ما می‌دهد.»
این سخنرانی در 1909م. (1288ش.) منتشر شد. اینشتین ابتدا با دید هندسی مینکوفسکی نسبت به نظریه‌اش کنار نیامد و آن را غیر لازم خواند، امّا تعبیر هندسی نظریه‌ی نسبیت خاص، اهمّیّت آن را برای مخاطبان زیادی روشن کرد. اینشتین هم دست کم به این علّت که تعبیر مینکوفسکی راه طرح نظریه‌ی نسبیت عام را پیش روی او گذاشت، با آن کنار آمد.
پس از انتشار سخنرانی مینکوفسکی، اینشتین استاد فیزیک دانشگاه زوریخ شد و در 6 ژوئیه‌ی (16 تیر) همان سال از اداره‌ی ثبت اختراعات استعفا کرد. او قبلاً به دنبال دانشگاهی بود که او را استخدام کند و حالا دانشگاه‌ها برای استخدام او سر و دست می‌شکستند.
اینشتین در هنگام کار، اغلب به فیزیک فکر می‌کرد. او در یکی از روزهای 1907م. (1286ش.) به این فکر افتاد که فردِ در حال سقوط نباید وزنش را حس کند. جاذبه، وزن را به وجود می‌آوَرَد و وزن نیرویی است که به دلیل جاذبه‌ی زمین حس می‌شود. ناظری که در حال سقوط آزاد است، بر اثر جاذبه شتاب می‌گیرد، امّا وزنی احساس نمی‌کند. به همین دلیل، سقوط به کسی آسیب نمی‌رساند، بلکه قطع ناگهانی سقوط سبب آسیب‌دیدگی می‌شود. شتاب، وزن را حذف می‌کند. به این ترتیب، اینشتین متوجه شد که جاذبه و شتاب هم‌ارزند. اگر نظریه‌ی نسبیت شامل شتاب هم می‌شد، خود به خود نظریه‌ی جاذبه نیز به دست می‌آمد.
هشت سال طول کشید تا اینشتین به هدفش دست بیابد. تا آن زمان، او صاحب سه فرزند شده بود. وی بارها برای کسب موقعیت علمی بهتر، سفر کرد. در 1911 م. (1290ش.) به پراگ رفت. در 1912م. (1291ش.) دوباره به زوریخ بازگشت و استاد دانشگاه فنی زوریخ شد. بعد از آن، پیشرفت سریعی کرد و در بهار 1914م. (1293ش.) به برلین رفت.
شغل او در برلین بسیار عالی بود. با شرایطی که اینشتین به دانشگاه‌ها تحمیل می‌کرد، استخدام وی کار ساده‌ای به نظر نمی‌رسید. آلمان مهد فیزیک بود و به دست آوردن چنان شغلی در آن جا، هر کسی را وسوسه می‌کرد؛ هر چند که شاید اگر اینشتین در سوئیس می‌ماند، آسوده‌تر زندگی می‌کرد. سفرهای پی در پی، میلوا را خسته کرده بود. هر چه شهرت اینشتین افزایش می‌یافت، زندگی آن‌ها گسیخته‌تر می‌شد. میلوا پس از اقامتی کوتاه در برلین، همسرش را ترک کرد و بچّه‌ها را با خود به سوئیس برد.
اینشتین در برلین برای کارهایش آزادی و وقت کافی داشت. البته وی از حمایت خانواده‌اش محروم بود، اما همه چیز با جنگ جهانی اوّل تغییر کرد. اینشتین در برلین تنها زندگی می‌کرد و بیشتر درآمدش را برای خانواده‌اش به سوئیس می‌فرستاد. او در آن زمان، در زمینه نظریه‌ی نسبیت عام کار می‌کرد و اصلاً به فکر خودش نبود.
اینشتین در آن دوره، برای صرفه‌جویی در وقت و ادامه‌ی کارش، گاهی فقط می‌توانست تخم‌مرغی بپزد و آن را با عجله ببلعد و فوراً به دنبال مطالعه برود.
از نظر اینشتین، کارش ارزش این همه سختی کشیدن را داشت. وی نظریه‌ی خود را عام کرد و شتاب وجاذبه را در آن دخیل ساخت. اینشتین، طی سه سخنرانی، نسبیت عام را در فرهنگستان علوم پروس در سال 1915م. (1294ش.) مطرح کرد. نسبیت عام در 1916م. (1295ش.) منتشر شد.
نظریه‌ی نسبیت عام از ریاضی پیشرفته‌ای کمک می‌گیرد. البته با تعبیر هندسی مینکوفسکی از فضا و زمان، می‌توان تصویری ذهنی از آن داشت.
فکر نسبیت عام از آسانسوری که پایین می‌آید و شعاع نوری که در آن می‌تابد، ریشه گرفته است. چون آسانسور در حال سقوط آزاد است، ناظری که در آن قرار دارد، وزنی حس نمی‌کند. اینشتین استدلال کرد که اگر فرض کنیم شعاع نور در آسانسور معلّق، حرکتی در خط مستقیم دارد، باید در آسانسوری که سقوط می‌کند نیز حرکتی در خط مستقیم داشته باشد. امّا از دید ناظر خارجی (آسانسوری را با دیوارهای شیشه‌ای مجسم کنید) مسیر شعاع نور منحنی است. یعنی شعاع نور برای همراهی با شتابِ رو به پایین آسانسور، به سمت پایین متمایل می‌شود. اغلب فکر می‌کنند که اگر آسانسور از کنار شعاع نور بگذرد، ناظری که در آسانسور است، متوجّه سقوط آن می‌شود، امّا چنین اتّفاقی نمی‌افتد. شعاع نور به هنگام عبور از میان آسانسور، بدون توجّه به وجود آن رفتار می‌کند. به این ترتیب، اینشتین نتیجه گرفت که نور در میان جاذبه خم می‌شود. رفتار شعاع نور در آسانسور در حال سقوط تغییر نمی‌کند، چون همان جاذبه‌ای که باعث انحنای مسیر نور می‌شود، به آسانسور شتاب می‌دهد، امّا چنین چیزی چگونه ممکن است؟
برای توضیح، نمودار فضا - زمان را به کار می‌بریم. نمی‌توان چهار بعد را در یک صفحه نمایش داد. بنابراین فیزیک‌دانان اغلب دو بعد فضا را حذف می‌کنند. هر سه بعد فضا رفتاری مشابه دارند. صفحه‌ی پلاستیکی نامحدودی را که نشانگر جهان دوبعدی است، در نظر می‌گیریم. یک بعد آن فضا و بعد دیگر آن زمان است. چنین صفحه‌ای، نمودار فضا- زمانِ مکانی است که دور از اجرام است. گلوله‌ای که روی صفحه می‌غلتد، شعاع نوری است که در خطی مستقیم حرکت می‌کند. حال جسم سنگینی را روی صفحه‌ی پلاستیکی می‌گذاریم. صفحه در اطراف این جسم فرو می‌رود. گلوله‌ای که در اطراف این جسم می‌غلتد در نزدیکی فرورفتگی، مسیری منحنی را طی می‌کند. اگر سرعت حرکت گلوله کند باشد، در فرورفتگی می‌افتد. هر چه گلوله سریع‌تر حرکت کند، مسیرش به خط مستقیم نزدیک‌تر است، ولی همیشه مسیری منحنی را طی می‌کند. مسیر گلوله‌ای با سرعت بسیار بالا، شعاع نوری را نشان می‌دهد که در میدان جاذبه خم می‌شود. فضای منحنی، مسیر حرکت اجسام را تعیین می‌کند و خود اجسام نیز فضا را منحنی می‌سازند. نکته‌ی جالب در نظریه‌ی اینشتین، تخمین بسیار خوب مقدار انحنای فضاست. با نظریه‌ی نسبیت عام می‌توان مقدار انحنای مسیر شعاع نور را در نزدیکی جسمی سنگین محاسبه کرد.
در اوج جنگ جهانی، فرضیه‌ی اینشتین از برلین به هلند رفت و ویلهلم دی‌سِتیر آن را به منجّمی معروف به نام آرتور اِدینگتون در لندن رساند. بر طبق پیش‌بینی‌های علمی، در 29 مه 1919م. (9خرداد 1298ش.) می‌بایستی کسوفی رخ می‌داد. اگر جنگ تا آن موقع تمام می‌شد، ادینگتون قادر بود درستی نظریه‌ی اینشتین را بیازماید، زیرا هنگام کسوف می‌توانست از ستارگان نزدیک خورشید عکس بگیرد و آن‌ها را با عکس‌هایی که شش ماه قبل از همان ستارگان گرفته بود، مقایسه کند. در صورت درستی فرضیه‌ی اینشتین، اثر انحنای نور باید موقعیت ستاره‌ها را هنگام کسوف، اندکی تغییر می‌داد. کسوف 1919م. (1298ش.) در اروپا قابل رؤیت نبود. بنابراین باید هیئتی به جزیره‌ی «پِرینسپ» در سواحل غربی آفریقا اعزام می‌شد تا عکس‌های لازم را تهیه کند، اما اعزام چنین هیئی تنها در صورت تمام شدن جنگ ممکن بود.
جنگ به موقع پایان یافت. عکس‌ها تهیّه شد و نظریه‌ی اینشتین به اثبات رسید. در 6 نوامبر 1919م. (15 آبان 1298ش.) هنگام اعلام نتایج هیئت اعزامی در جلسه‌ی مشترک انجمن سلطنتی و انجمن منجّمان سلطنتی در لندن، اخبار قطع شد تا این خبر پخش شود. این خبر، رمز آشتی مجدّد ملّت‌های درگیر جنگ بود. به این ترتیب، نام اینشتین یک شبه بر سر زبان‌ها افتاد.
اینشتینی که در 1919م. (1298ش.) مشهور شد، اینشتین 1915م. (1294ش.) نبود. بی‌مبالاتی سال‌های گذشته او را شکسته کرده بود. وی بعد از تکمیل نظریه‌ی نسبیت عام و انجام کارهای اوّلیه‌اش درباره‌ی کیهان‌شناسی، فرو پاشید. سوء هاضمه‌اش به زخم معده تبدیل شد و در مدّت دو ماه 25 کیلوگرم وزن کم کرد. اینشتین بیماری عصبی خطرناکی هم داشت و در تابستان و پاییز 1917 م. (1296ش.) بستری بود. در آن زمان الزا دختر عمویش از او مراقبت می‌کرد. بالاخره در بهار 1918م. (1297ش.) پس از یک سال، بستر بیماری را ترک کرد.
اینشتین به کسی نیاز داشت که از او مراقبت کند. میلوا نیز از وی طلاق گرفته بود. البته اینشتین مبلغ جایزه‌ی نوبل خود را به او داده بود. جایزه حدود سی‌هزار کرون سوئد بود و میلوا می‌توانست با آن زندگی خوب و راحتی برای خود و فرزندانش تأمین کند.
اینشتین در ژوئن 1919م. (خرداد1298ش.) با الزا که سه سال از خودش بزرگتر بود، ازدواج کرد. در آن هنگام بیماری ظاهرِ اینشتین را تغییر داده بود. او پنج سال قبل چهره‌ای جوان و انبوهی از موهای سیاه داشت. در تابستان 1919م. (1298ش). موهایش خاکستری شده بود و چهره‌اش بیش از سنّش پیر نشان می‌داد. موهایش پس از مدّت کوتاهی سفید شد. اکثر مردم اینشتین را با موهای سفید می‌شناسند و در ذهنشان، او همیشه عاقل و پیر علم بوده است. در واقع، اینشتین مهم‌ترین کارهایش را در جوانی انجام داد و بعد از این که معروف شد و زیر چتر حمایت الزا قرار گرفت همه چیز تغییر کرد.
اینشتین در میان سالی به رغم بیماری عصبی و جسمی حاد و شهرت جهانی، هیچ وقت به آخر خط نرسید. وی در سنّی که اغلب دانشمندان از نظر علمی و تحقیقی بازنشسته می‌شوند، کمکی ماندگار به فیزیک کرد.
اینشتین کار بر روی ماهیت کوانتم نور - فوتون- را پس از بررسی اثر فوتوالکتریک در سال 1915م. (1294ش.) ادامه داد. در 1916م. (1295ش.) یک سال بعد از تکمیل نظریه‌ی نسبیت عام و اندکی پیش از بیماری سختش، به درک رابطه‌ی مادّه و انرژی کمک کرد. وی شرح داد که چگونه الکترون‌های اتمی که از سطحی از انرژی به سطحی دیگر از انرژی می‌روند، فوتون را جذب یا دفع می‌کنند. اینشتین فهیمد اگر اتمی در حالت پر انرژی مناسبی باشد، عبور فوتونی با انرژی مناسب (نوری با رنگ مناسب)، آن را تحریک می‌کند تا عیناً همان فوتون را آزاد کند. این پدیده «تشعشع تحریکی موج» نام دارد و اساس لیزر است.
اینشتین از 1919 م. (1298ش.) تا 1924م. (1303ش.) نسبت به سابق چندان خلّاق نبود. او به عنوان استاد مهمان سفر می‌کرد و در این مدت بسیاری از کشورهای اروپا را دید و به آمریکا، فلسطین و ژاپن رفت. وی به هر جا که می‌رفت، جایزه‌ای می‌گرفت. البته در آن دوره، آشوب آلمان پس از جنگ جهانی اوّل، نگرانش می‌کرد. آخرین فعّالیّتِ علمیِ بزرگ اینشتین در 1924م. (1303ش.) صورت گرفت و انگیزه‌ی آن مکاتبه با «ساتیاندرا بوس»، محقّق جوان هندی بود.
بوس، بدون در نظر گرفتن رفتار موجی نور، معادله‌ی پلانک را به دست آورده بود. وی نظریه‌ی ذرّه‌ای نور را به کار می‌برد و نور را جریانی از فوتون‌ها در نظر می‌گرفت. البتّه او از روش‌های آماری جدید استفاده می‌کرد.
روش‌های آماری، همیشه برای اینشتین وسوسه‌انگیز بود. وی در کارهای اولیه‌اش درباره‌ی حرکت براونی و تشعشع تحریکی و مطالعات دیگری مثل گرمای ویژه، از روش‌های آماری استفاده کرده بود.
اینشتین پس از ترجمه و انتشار مقاله‌ی بوس، نظریه‌ی او را به کار گرفت؛ آن را تصحیح کرد و برای مسائل دیگر به کار برد. رابطه‌ی آماری جدید، رابطه‌ی بوس - اینشتین نام دارد. ذرّاتی مثل فوتون که با رابطه‌ی بوس - اینشتین توصیف می‌شود. «بوسون» نام گرفته‌اند. این رابطه برای ذرّاتی مثل فوتون که فوتون شمارش ناپذیرند، به کار می‌رود. با روشن شدن لامپ، میلیاردها فوتون ایجاد می‌شود. با کار بوس و اینشتین، فیزیک‌دانان به واقعیت فوتون‌ها ایمان آوردند. یک سال بعد در 1926م. (1305ش.) مقاله‌ای از گیلبرت لوئیس آمریکایی منتشر شد که در آن برای اوّلین بار واژه‎‌ی فوتون به کار رفته بود.
در جهان کوانتمی، رابطه‌ی دیگری به کار می‌رود که انریکو فرمی و پل دیراک بعدها آن را کشف کردند و به همین دلیل آن را رابطه‌ی فرمی - دیراک می‌نامند. ذرّاتی که این رابطه در مورد آن‌ها صادق است، «فرمینوس» نام دارند.
از این رابطه نتیجه گرفته می‌شود اگر موج می‌تواند مثل ذرّه عمل کند، ذرّه هم می‌تواند مثل موج عمل کند. اینشتین هم قبلاً روی این موضوع کار کرده بود. در تابستان 1924م. (1303ش.) لانگوین، فیزیک‌دان فرانسوی، نسخه‌ای از رساله‌ی دکترای دوبروی را برای اینشتین فرستاد. وی در رساله‌اش گفته بود که الکترون می‌تواند رفتاری موجی داشته باشد. لانگوین نمی‌دانست این مطلب خارق‌العاده است یا کاملاً احمقانه؛ ولی اینشتین بر آن صحّه گذاشت و دوبروی دکترای خود را دریافت کرد. اینشتین طی مقاله‌ای که در 1925م. (1304ش.) منتشر کرد، رساله‌ی او را شایسته‌ی تقدیر دانست و باعث پیشرفت نظریه‌ی موجی بودن الکترون شد. این تقدیر آن قدر اهمیت داشت که باعث شد دوبروی در 1929م. (1308ش.) جایزه‌ی نوبل بگیرد. اگر دوبروی نظریه‌ی موجی بودن الکترون را مطرح نمی‌کرد، اینشتین احتمالاً قبل از پایان 1925م. (1304ش.) با بسط رابطه‌ی بوس- اینشتین به چیزی مشابه آن دست می‌یافت.
فیزیک کوانتمی به عنوان نظریه‌ای کامل و ثابت (و البته عجیب) در اواخر دهه‌ی 1920 م. (1300ش.) گسترش یافت. اینشتین از راهی که فیزیک در پیش گرفته بود، ناخشنود به نظر می‌رسید. ایده‌هایش، مثل رفتار آماریِ وقایع کوانتمی و انتشار امواج یا مفهوم عدم قطعیّت در دوگانگی موج ذرّه، او را نگران می‌کرد. وی سعی داشت به نظریه‌ی میدان واحد که شامل جاذبه و الکترومغناطیس می‌شد، دست یابد.
اینشتین در پنجاه سالگی دیگر سهمی در علم و نقش چندانی در شکل‌گیری نظریه‌ی کوانتم نداشت، امّا خطاهای استدلالِ دانشمندانی مثل نیلزبور را گوشزد می‌کرد. در دهه‌ی 1920 م. (1320ش.) به رغم رشد مشکلات جهان، زندگی شاد و بی‌دغدغه‌ای در برلین داشت. او در اوقات فراغت با نواختن ویولن و قایق‌رانی سرگرم بود. و در اوایل دهه‌ی 1930م. (1310ش.) ویلایی در نزدیکی روستای «کاپیوس» در چند کیلومتری «پاتسدم» خرید و در رودخانه‌ی «هافلسی» قایقرانی می‌کرد. اینشتین در 1928م. (1307ش.) دوباره دچار بیماری سختی شد. الزا متوجّه شد که به تنهایی نمی‌تواند از عهده‌ی پرستاری آلبرت برآید. بنابراین هلن دوکاس سی و دو ساله به کمک آن‌ها آمد.
اینشتین در 1930م. (1309ش.) برای اوّلین بار به کالیفرنیا رفت. یکی از استادان دانشگاه صنعتی کالیفرنیا از او خواست که هر سال زمستان به آن جا بیاید. اینشتین در مه 1931م. (اردیبهشت 1310ش.) به آکسفورد رفت. دانشگاه آکسفورد شغلی تحقیقی با حقوق سالانه 400 پوند به او پیشنهاد کرده بود. وی بایستی هر تابستان چند هفته‌ای به آن جا می‌رفت. در برلین ساعت کارش به دلخواه خودش بود. دیگر کسی از اینشتین انتظار کار علمی فوق‌العاده‌ای نداشت. او می‌توانست هر وقت که می‌خواست به کاپیوس برود و قایق‌رانی کند. وضعیت سیاسی آلمان وخیم بود و روز به روز قدرت نازی‌ها بیشتر می‌شد. با قدرت گرفتن نازی‌ها، مهاجرت اینشتین به امریکا امری واجب به نظر می‌رسید.
طراح این مهاجرت، آبراهام فِلکسنِر بود. او مرکز تحقیقات علمی جدیدی تأسیس کرده بود. و برای افتتاح آن به دنبال دانشمندان تراز اوّل می‌گشت. فِلکسِنر به سراغ اینشتین رفت و به او گفت هر موقع که بخواهد، می‌تواند به مؤسسه‌ی نوبنیاد او بیاید.
اینشتین خوشحال شد. البتّه هنوز به مهاجرت فکر نمی‌کرد و می‌خواست باز هم چیزی به افتخاراتش بیفزاید. دو ماه بعد، فِلکسِنر به کاپیوس رفت و با اینشتین قرارداد بست. اینشتین بایستی در پاییز 1933م. (1312ش.) به کالجی جدید که زیر مجموعه‌ی دانشگاه پرینستون بود، می‌پیوست و بعد از آن بین برلین و پرینستون رفت و آمد می‌کرد.
آلبرت و الزا در 10 دسامبر 1932م. (19 آذر 1311ش.) آلمان را برای دیدار سالانه از دانشگاه صنعتی کالیفرنیا ترک کردند. در 30 ژانویه 1933م. (10 بهمن 1311ش.) آدلف هیتلر در آلمان به قدرت رسید. اینشتین به عنوان فردی ضد جنگ و یهودی نمی‌توانست تا وقتی که قدرت در دست هیتلر است، به آلمان بازگردد. خانه‌اش را تفتیش کردند، کتابهایش را با کتاب‌های یهودیان دیگر سوزاندند و او را متّهم به کمونیست بودن کردند. اینشتین زمستان را در کالیفرنیا گذراند. بعد به اروپا بازگشت و دوباره به آکسفورد و سپس به مرکزی تفریحی در ساحل بلژیک رفت. او در ژوئیه‌ی 1933م. (1312ش.) با نطقی عمومی جهان را خیره ساخت. اینشتین خطر نازیسم را گوشزد کرد و گفت به عنوان صلح طلبی کهنه کار، بازوانش را به سوی خطر می‌گشاید تا تمدّن اروپایی را حفظ کند. وی در 7 اکتبر 1933م. (15 مهر 1312ش.) دوباره با کشتی به آمریکا رفت و در پرینستون اقامت گزید.
اینشتین در آمریکا شهرت زیادی داشت. حضور او فقط برای افزایش اعتبار مرکز تحقیقات بود و فعالیت علمی چندانی نمی‌کرد. اینشتین در آن دوره دو کار قابل توجّه انجام داد.
اوّل آن که به پیشنهاد اوژن ویگنر و لئو زیلارد، نامه‌ای به روزولت، رئیس جمهور آمریکا نوشت و به او توصیه کرد که ساخت بمب اتمی را جدّی بگیرد. البته اینشتین در «پروژه‌ی منهتن» کار نمی‌کرد و بعدها نیز از امضای نامه پشیمان شد.
الزا در 1936م. (1315ش.) از دنیا رفت و هلن دوکاس از اینشتین تا هنگام مرگش - 12 آوریل 1955م. (23 فروردین 1334ش.) - مراقبت کرد. دوکاس حتّی پس از مرگ اینشتین هم به اسناد او حسّاسیّت داشت و تصویر وی را از آن چه نمی‌پسندید، حفظ می‌کرد. جزئیات بسیاری از وقایع زندگی خصوصی اینشتین بعد از مرگ دوکاس در 1982م. (1361ش.) فاش شد.
اینشتین یک سال قبل از مرگ الزا، مسئله‌ی جالبی را مطرح کرد که غیرمستقیم در تحقیقات فیزیک کوانتم به کار می‌رود و هنوز هم فیزیک دانان سعی می‌کنند راهی منطقی برای اثبات نادرستی آن بیابند. اینشتین همراه با همکارانش، ناتان رزُن و بوریس پادُلسکی، آزمایشی فکری را طرح کردند که به پارادکس معروف است.
این مقاله در 1935م. (1314ش.) منتشر شد و آینده‌ی غریب جهان کوانتمی - لامکانی - را مطرح کرد. هسته‌ی اتمی را فرض کنید که همزمان دو ذرّه در خلاف جهت هم از آن خارج می‌شود. یکی از این دو ذرّه، الکترون و دیگری پوزیترون است، امّا معلوم نیست کدام الکترون و کدام پوزیترون است. بر اساس تعبیرِ کپنهاگیِ نظریه‌ی کوانتم نمی‌توان گفت ذرّه چیست، مگر این که اندازه گرفته شود یا با چیزی برخورد کند. ذرّه می‌تواند هم الکترون و هم پوزیترون باشد، امّا در یک لحظه نمی‌تواند هر دوی آن‌ها باشد. بنابراین، وقتی ذرّه‌ی «الف» را اندازه می‌گیریم و می‌بینیم الکترون است، ذرّه‌ی «ب» لزوماً پوزیترون است. فاصله‌ی این دو ذرّه اهمیّتی ندارد. آن چه به عنوان الکترون شناسایی شده است، همیشه الکترون نیست و می‌تواند در اندازه‌گیری مجدّد پوزیترون باشد. به نظر می‌رسد چیزی - به قول اینشتین تأثیر اشباح - از فضا می‌گذرد و به ذرّه‌ی دیگر می‌گوید که چگونه رفتار کند. این تأثیر، «سریع‌تر از نور» و می‌توان گفت «همزمان» است. به این ترتیب، روشن می‌شود چرا این پدیده را لامکانی می‌گویند.
این استدلال برای اینشتین و همکارانش ثابت می‌کرد نظریه‌ی کوانتم ناقص است. البته آن‌ها به آزمایش فکر نمی‌کردند. منطق بحث به اندازه‌ی کافی محکم بود. در دهه‌ی 1950 و 1960 م. (1330 و 1340ش.) بعد ازکارهای دیوید بوهم و جان بِل روشن شد که چنین آزمایشی عملی است. در دهه‌ی 1980م. (1360ش.) چندین بار این آزمایش انجام شد. البته آزمایش فقط به الکترون و پوزیترون محدود نبود. بالاخره لامکانی فرضیه‌ای درست از آب درآمد. تأثیر اشباح واقعاً وجود داشت و برای اولین بار اینشتین اشتباه کرده بود. در آن زمان، اینشتین نبود تا نتیجه‌ی چنین آزمایشی را ببیند. اگر او تا آن هنگام زنده می‌ماند، حتماً مثل میلیکان نتایج آزمایش‌ها را می‌پذیرفت.

سخن آخر

مسلماً جالب‌ترین مسئله‌ی فیزیک، دست کم از دید عوام، نظریه‌ی «انفجار بزرگ» است. همیشه این سؤال مطرح می‌شود که این عالم چگونه و چه زمانی به وجود آمده است. نظام عالم، امروز بر مبنای نسبیت عام اینشتین بنا نهاده شده است؛ نظریه‌ای که تمام فضا و زمان را توصیف می‌کند. وقتی اینشتین در سالهای 1916 و 1917 م. (1295 و 1296ش.) نسبیت عام را برای توصیف فضا به کار برد، متوجّه شد که فضا باید در حال انبساط باشد. او فکر می‌کرد چنین فرضی مسخره است. به همین دلیل، متغیر دیگری - ثابت کیهانی - را به معادلات اضافه کرد تا عالم را ثابت نگه دارد. در پایان دهه‌ی 1920م. (1300ش). منجّمان کشف کردند که عالم واقعاً در حال انبساط است. بعدها اینشتین تصحیح این معادلات را بزرگ‌ترین اشتباه زندگیش خواند. معادلاتی که عالمِ در حال انبساط را توصیف می‌کند، فروپاشی اجرام و شکل‌گیری سیاهچاله‌ها را نیز شرح می‌دهد.
هدف عمده در جهانِ اجسامِ ریز، یافتن نظریه‌ی میدان واحد است. اینشتین در دهه‌ی 1930 و 1940م. (1310 و 1320ش.) کوشش بسیاری در این راه کرد. وقتی وی تحقیق را شروع کرد، تنها دو نیروی طبیعت - جاذبه و الکترومغناطیس - را می‌ساختند. نیروهای جدید، نیروهای هسته‌ای قوی و ضعیفی هستند که در فاصله‌هایی به مقیاس هسته‌ی اتم عمل می‌کنند. تحقیق اینشتین برای نظریه‌ی میدان واحد، خطا نبود، ولی زمان آن تحقیق فرا نرسیده بود و او برای نتیجه‌گیری، اطلاعات کافی در اختیار نداشت.
با این تفاصیل، اینشتین در کجای عمارت فیزیک ایستاده است؟ کمتر کسی است که ایزاک نیوتن را قلّه‌ی رفیع فیزیک نداند. اینشتین در پیشگفتارِ ویرایش قرن بیستمی کتاب نور نوشته است: «طبیعت برای نیوتن کتابی گشوده است که حروفش بی‌هیچ زحمتی خوانده می‌شود. مفاهیمی که وی برای تجربه به کار می‌بَرَد، از خود تجربه یا آزمایش‌های زیبایی که ترتیب داده است، به دست می‌آید. آزمایش‌های او جزئیات بسیاری را شرح می‌دهد. او آزمایشگر، نظریه‌پرداز و مکانیک است و تعابیری هنرمندانه دارد. او تنها و یکه، پیش از همه ایستاده است. خلاقیت و دقّت بسیار وی در هر کلمه و تصویری دیده می‌شود.»
اینشتین آزمایشگر خوبی به شمار نمی‌آمد، امّا نظریه‌پرداز قابلی بود. اینشتین باید از این که در عمارت فیزیک، پس از نیوتن قرار گرفته است، به خود ببالد.
منبع مقاله :
جمعی از نویسندگان زیرنظر شورای بررسی، (1394)، آشنایی با مشاهیر علم، تهران: نشر و تحقیقات ذکر، چاپ اول