* Η ειδική θεωρία της σχετικότητας. Η υπόθεση ότι η μάζα μεταβάλλεται ανάλογα με την ταχύτητα δεν έγινε για πρώτη φορά από τον Αϊνστάιν. Είχαν προηγηθεί το πείραμα Μάικελσον – Μόρλι (1887) και οι θεωρίες του Φιτζέραλντ (1892) και του Λόρεντς (1895). Ωστόσο όλες αυτές οι εικασίες έμεναν «στον αέρα», χωρίς καμιά ολοκληρωμένη θεωρία να τις υποστηρίζει. Ο Αλβέρτος Αϊνστάιν, όταν το 1905 «κωδικοποιούσε» και δημοσιοποιούσε τις δικές του παρατηρήσεις, δήλωσε ότι αγνοούσε τις προηγούμενες θεωρίες και τα πειράματα. Πού βασίστηκε; Στην παραδοχή ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό παραμένει πάντα σταθερή, ανεξάρτητα από την κίνηση της φωτεινής πηγής σε σχέση με τον παρατηρητή. Αυτό μας υποχρεώνει να βγάλουμε το συμπέρασμα περί μειώσεως του μήκους και αυξήσεως της μάζας συναρτήσει της ταχύτητας. Οπως και το συμπέρασμα ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι ένα απόλυτο όριο ταχύτητας ή ότι η ταχύτητα ροής του χρόνου μειώνεται όσο αυξάνεται η ταχύτητα της κίνησης. Αυτή είναι η «ειδική θεωρία της σχετικότητας» «σχετικότητας» επειδή η ταχύτητα έχει νόημα μόνο σε σχέση με τον παρατηρητή. Σύμφωνα με τη θεωρία του Αϊνστάιν, δεν υπάρχει επίσης «απόλυτος χώρος» ούτε «απόλυτος χρόνος», αφού και τα δύο αυτά μεγέθη εξαρτώνται από την ταχύτητα επομένως και αυτά έχουν νόημα μόνο σε σχέση με τον παρατηρητή. Απόλυτοι είναι μόνο οι νόμοι της φυσικής. Η θεωρία αυτή ονομάστηκε «ειδική» γιατί περιορίζεται στην ειδική περίπτωση των αντικειμένων που κινούνται με σταθερή ταχύτητα. Επίση, έχει επαληθευθεί από τότε απόλυτα, μέσω πάμπολλων δοκιμών και παρατηρήσεων.
* Η γενική θεωρία της σχετικότητας. Το 1916 ο Αϊνστάιν διηύρυνε την ειδική θεωρία της σχετικότητας σε συστήματα που κινούνται με οποιαδήποτε ταχύτητα η οποία μπορεί να μεταβάλλεται ποικιλοτρόπως. Αυτή είναι και η γενική θεωρία της σχετικότητας, που διατύπωσε δεχόμενος ότι η μάζα που προκύπτει από μετρήσεις της επιτάχυνσης (αδρανειακή μάζα) και η μάζα που προκύπτει από μετρήσεις της βαρυτικής έντασης (βαρυτική μάζα) είναι ταυτόσημες. Σύμφωνα με τη νέα, διευρυμένη θεωρία του Αϊνστάιν, η ύλη προκαλεί καμπύλωση του χώρου. Η δε βαρύτητα δεν είναι δύναμη, αλλά αποτέλεσμα του γεγονότος ότι τα κινούμενα σώματα ακολουθούν τη συντομότερη οδό μέσα στον καμπυλωμένο χώρο.
* Διαστελλόμενο Σύμπαν. Οι αρχαίοι φιλόσοφοι θεωρούσαν το Σύμπαν αμετάβλητο. Ο Αϊνστάιν διατυπώνοντας τις εξισώσεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας διαπίστωσε ότι για να περιγράψουν οι εξισώσεις ένα στατικό Σύμπαν έπρεπε να γίνει η προσθήκη της «αυθαίρετης σταθεράς». Μόνο έτσι θα έφθαναν στο επιθυμητό αποτέλεσμα. Αργότερα δήλωνε ότι ήταν το μεγαλύτερο επιστημονικό λάθος της ζωής του. Οταν το 1917 ο δανός αστρονόμος Βίλεμ ντε Σίτερ προχώρησε εκεί όπου οδηγούσαν οι εξισώσεις του Αϊνστάιν αλλά χωρίς την προσθήκη της σταθεράς, περιγράφοντας ένα διαστελλόμενο Σύμπαν. Η θεωρία τότε έμοιαζε ακόμη αλλόκοτη.
* Η περίφημη εξίσωση Ε=mc2. Η μάζα, σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας, είναι μια εξαιρετικά συμπυκνωμένη μορφή ενέργειας. Ο συλλογισμός αυτός αποτυπώνεται στην εξίσωση Ε=mc2, όπου Ε=ενέργεια, m=μάζα και c=ταχύτητα του φωτός. Σε κάποιες διεργασίες έκλυσης ενέργειας χάνεται λίγη μάζα. Αντιθέτως, όταν απορροφάται ενέργεια αποκτάται λίγη επιπλέον μάζα. Η ποσότητα όμως αυτή είναι τόσο μικρή ώστε δεν γίνεται αντιληπτή. Αυτό δεν σήμαινε ότι οι νόμοι της βαρύτητας του Νεύτωνος παρήγαν πολύ διαφορετικά αποτελέσματα από αυτά που παρατηρούσε ο Αϊνστάιν. Με τη νέα θεωρία, η οποία επέτρεπε την εξαγωγή γενικότερων συμπερασμάτων για το Σύμπαν, θεμελιώθηκε η επιστήμη της κοσμολογίας.
* Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και κβάντα. Το 1900 ο Γερμανός Μαξ Καρλ Ερνστ Λούντβιχ Πλανκ (βραβείο Νομπέλ Φυσικής 1918) τις ποσότητες ενέργειας που εκπέμπει ένα «μέλαν σώμα» (ένα σώμα δηλαδή που απορροφά όλη την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία την οποία δέχεται) όταν θερμανθεί τις ονόμασε «κβάντα» (από τη λατινική λέξη quantum – quanta στον πληθυντικό, δηλαδή «πόσο») θεωρώντας την ενέργεια αυτή «τεμαχισμένη» σε μικρά ισομεγέθη κομμάτια. Το 1905 ο Αϊνστάιν συνδύασε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο με την κβαντική θεωρία καταδεικνύοντας ότι το φως έχει σωματιδιακή φύση. Σήμερα τα σωματίδια του φωτός και των ηλεκτρομαγνητικών ακτινοβολιών γενικότερα ονομάζονται φωτόνια.
* «Κίνηση Μπράουν». Το 1905 ο Αϊνστάιν ανέλυσε διεξοδικά το φαινόμενο του «μοριακού βομβαρδισμού». Διαπίστωσε ότι κάθε μεγάλου μεγέθους αντικείμενο που βυθίζεται σε υγρό βομβαρδίζεται από όλες τις πλευρές του από τα μόρια του υγρού και ότι ο αριθμός των ατόμων που προσκρούουν σε κάθε πλευρά του σώματος αυξομειώνεται. Με βάση αυτή την παρατήρηση διατύπωσε μία εξίσωση για τα υγρά και τα αέρια, με την οποία είναι δυνατόν να υπολογισθεί το μέγεθος των μορίων και των ατόμων που τα συγκροτούν. Την εξίσωση αυτή την ονόμασε «κίνηση Μπράουν».
* Συσκευή MASER (Μέιζερ, από τα αρχικά των λέξεων Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation = Ενίσχυση Μικροκυμάτων με Διηγερμένη Εκπομπή Ακτινοβολίας). Πρόκειται για μια εφεύρεση του αμερικανού φυσικού Τσαρλς Τάουνς, ο οποίος σκέφθηκε να παραγάγει μια δέσμη μικροκυμάτων μεγάλης έντασης. Παράλληλα με τον Τάουνς οι σοβιετικοί φυσικοί Αλεξάντρ Μιχαήλοβιτς Πρόχοροφ και Νικολάι Γκενάντιεβιτς Μπάσοφ διατύπωσαν τις θεωρητικές βάσεις του MASER και τιμήθηκαν από κοινού το 1964 με το βραβείο Νομπέλ Φυσικής. Ωστόσο η αρχική ιδέα ανήκει στον Αλβέρτο Αϊνστάιν, ο οποίος είχε επισημάνει το εξής: αν ένα φωτόνιο συγκεκριμένης ενέργειας προσκρούσει σε ένα μόριο, το μόριο θα απορροφήσει το φωτόνιο και θα αναχθεί σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο. Αν τώρα ένα τέτοιο «υψηλού ενεργειακού επιπέδου» φωτόνιο προσκρούσει με τη σειρά του σε ένα μόριο που βρίσκεται ήδη σε υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο, το μόριο θα επιστρέψει στο χαμηλό ενεργειακό επίπεδο εκπέμποντας («γεννώντας» σαν να λέμε) ένα φωτόνιο και θα κινείται προς την ίδια ακριβώς κατεύθυνση με αυτό, ενώ το αρχικό φωτόνιο θα συνεχίζει τη διαδρομή του. Ετσι θα υπάρχουν δύο φωτόνια. Αν η διαδικασία επαναληφθεί, σε σύντομο διάστημα θα υπάρξει τεράστια ποσότητα φωτονίων που θα έχουν το ίδιο μήκος κύματος (μονοχρωματική ακτινοβολία) και θα κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση (σύμφωνη ακτινοβολία).
Φωτογραφίες: HELLAS PRESS, ASSOCCIATED PRESS
