0. Esbós biogràfic Albert Einstein neix el 1879 a Ulm, Alemanya. Estudia en un institut alemany sense gaire entusiasme, sofrint una educació que exigia aprendre de memòria el que es troba en els llibres. De caràcter independent; pels professors, és un inadaptat. El 1900 acaba els estudis superiors a Suïssa, al Polytechnicum de Zuric; l'any següent renuncia a la nacionalitat alemanya convertint-se en ciutadà suís. El 1902, després de força gestions sense èxit, aconsegueix feina de tècnic en l'Oficina de Patents de Berna; hi treballarà fins el 1909. És en aquest període, aprofitant intensament el temps lliure, que elabora i publica, en el miraculós any 1905, els cinc articles que li atorguen reconeixement de físic eminent. En un d'aquest articles presenta la relativitat especial; en un altre, la fórmula que relaciona massa i energia

Einstein dedicà tota la seva vida a la ciència, però també s'implica en diferents causes i problemàtiques polítiques. Fou un pacifista en una societat alemanya majoritàriament partidària de la guerra; acabada la Gran Guerra, promou la reconciliació. Defensa la causa jueva quan la situació d'aquests era insostenible; l'antisemitisme el porta descobrir que era jueu. Amb l'arribada de Hitler al poder, el 1933, es veu obligat a abandonar Alemanya. De les moltes ofertes que rep, opta per l'Institut d'Estudis Avançats de Princeton, EUA.

Si bé un dels articles de 1905 era sobre els quàntums i suposà un impuls a favor del que seria la física quàntica, Einstein s'oposa als treballs que Heisenberg publica el 1926 sobre mecànica quàntica i l'indetermisme a ella associat. En aquests anys, fins al final de la seva vida, es centra en la recerca d'una teoria unificada que reconciliï relativitat i física quàntica.

Des del 1940 és ciutadà dels Estats Units. Mor el 1955, després d'haver rebutjat la presidència de l'Estat d'Israel, després d'haver condemnat la intervenció militar nord-americana a Corea, després de lamentar haver propiciat la fabricació de la bomba atòmica: "Si hagués sabut que el meu temor no estava justificat, no hauria participat en l'obertura d'aquesta caixa de Pandora, perquè la meva desconfiança en els governs no es limitava a Alemanya".

1. El temps no corre igual. Relativitat especial

1.1 Un conflicte

En la cosmovisió newtoniana, l'espai és el receptacle on està col·locada la matèria; el temps, el receptacle dels esdeveniments o canvis. Ambdós són absoluts, és a dir, independents de les coses i dels esdeveniments. Aquesta teoria clàssica havia entrat en conflicte amb una altra teoria emergent, l'electromagnetisme. En la primera, es sumen velocitats (velocitat tren + desplaçament d'un observador a l'interior); en la segona, no. Les ones electromagnètiques, que són com pertorbacions a l'aigua quan s'hi tira una pedra, es propaguen a velocitat constant respecte a un suposat fons absolut o èter.

La preocupació dels físics del moment (voltants del 1900) era resoldre el conflicte. La teoria especial o restringida de la relativitat d'Albert Einstein (1905) és una solució que, a part de considerar supèrflua la hipòtesi de l'èter com a referent absolut, comporta renunciar a aspectes que es consideraven de sentit comú. La solució d'Einstein parteix de dos principis simples però de grans implicacions. En primer lloc, postula (generalitzant el principi de relativitat de Galileo) que les lleis de la natura han de ser les mateixes independentment de si l'observador està en moviment uniforme o està en repòs; la distinció entre repòs i moviment no té caràcter absolut sinó relatiu. En segon lloc, postula la constància absoluta de la velocitat de la llum (300.000 km/s), una velocitat insuperable.

Einstein. Berna, 1905

1.2 Pèrdua de referents absoluts La primera implicació del principis que Einstein anuncia el 1905 fou la no existència d'un temps absolut vàlid per a tots els observadors i, més globalment, la no existència de cap sistema de referència absolut: les descripcions dels fenòmens estudiats depenen sempre del sistema de referència en el qual es fa l'observació.

Així, segons la teoria de la relativitat especial, el temps d'un fenomen no és absolut sinó que està vinculat al moviment de l'observador i depèn de la seva velocitat respecte el fenomen. Des de punts d'observació i a velocitats diferents, els resultats també són diferents: el temps d'un observador a gran velocitat (astronauta) es dilata en relació al temps d'un observador situat a la Terra. Que el temps es dilata vol dir que els rellotges en moviment marxen més lentament; igualment, quant a l'espai, els objectes en moviment es contrauen o s'escurcen. El físic holandès Hendrik Lorentz trobà la fórmula precisa que permet concretar els temps i fer les corresponents transformacions.

1.3 No simultaneïtat Relativitat del temps vol dir no simultaneïtat en la descripció d'un mateix fenomen per part de dos observadors en sistemes de referència diferents (un suposadament aturat i l'altre en moviment). La simultaneïtat és expressió del temps; tota afirmació sobre el temps és una afirmació sobre esdeveniments simultanis.

Imaginem un tren relativista, és a dir, que viatja a velocitats properes a la de la llum. Suposem que dos llampecs cauen a pals a la via. L'espectador que es troba a l'exterior del tren, a la mateixa distància dels dos punts de l'impacte, enregistra com a simultanis els dos llampecs. Els dos esdeveniments simultanis per aquest espectador, seran simultanis pel passatger dins del tren? No. Els llampecs cauen i els senyals lluminosos necessiten un temps sempre constant per a propagar-se i arribar on es troba el passatger; però el tren s'allunya del llampec que ha caigut a la part posterior i s'apropa al que ha caigut a la part anterior. D'aquesta manera, el passatger enregistra primer el llampec caigut prop de la capçalera del tren i, posteriorment, el llampec caigut més a prop del final del tren: pel passatger, els dos esdeveniments no són simultanis.

Llampecs o esdeveniments simultanis?

Des de l'exterior: els esdeveniments són simultanis

Des del tren: els esdeveniments no són simultanis

Els efectes relativistes solen xocar amb el sentit comú. El físic francès Paul Langevin il·lustrà, amb la paradoxa dels bessons, l'existència de temps diferents en funció de la velocitat, una velocitat que dilata el temps i contrau l'espai.
Imaginem dos bessons, un dels quals empren un viatge a l'espai a velocitats properes a les de la llum i l'altre roman a terra. La nau torna vint anys després, vint anys passats pel germà que s'ha quedat a la Terra. Pel bessó astronauta, altrament, el temps s'ha dilatat i no han passat vint anys, per ell només haurà transcorregut un any.

1.4 Altres punts bàsics La teoria de la relativitat especial o restringida estableix que tot fenomen físic requereix, a fi de ser identificat, no només tres eixos de coordenades, sinó quatre, essent aquest el temps. Exigeix parlar d'un espai-temps quatridimensional, quatre nombres per identificar tot fenomen.
	La fórmula que estableix la relació entre massa i energia ha esdevingut una icona del segle XX: E =mc2. En la física clàssica, massa (material) i energia (immaterial) són dues realitats de categoria ben diferent. Ara són dues cares d'una mateixa cosa: a cada quantitat de massa correspon una certa quantitat d'energia; la massa és energia latent. A altes velocitats, massa i energia es fusionen.

Einstein donà a entendre que la unió de matèria i energia és la conseqüència més important de la relativitat especial. La conversió de la matèria en energia ha estat una predicció relativista confirmada en les centrals nuclears, en les bombes nuclears i en la producció d'energia en l'interior d'estrelles com el nostre Sol.

2. Un espai corbat. Relativitat general

2.1 Com actua la gravetat? Onze anys més tard de la relativitat especial, el 1916, Einstein fa front a un tema que no considera suficientment explicat: el problema de la gravetat. Com actua la força gravitacional? Què fa la Terra per atreure els objectes, els satèl·lits,...? La gravetat, que actua instantàniament a milions de quilòmetres de distància, no encaixa amb la relativitat especial, que parteix de velocitats limitades. La solució a aquesta problemàtica constitueix el punt bàsic de la relativitat general: la massa d'un cos, d'una estrella per exemple, corba l'espai-temps, i és aquesta curvatura el que determina tant el moviments dels planetes com la trajectòria de la llum. Einstein, 1920

La imatge que millor representa l'espai-temps corbat o deformat de la relativitat general és la d'una superfície flexible, com ara una tela tensa amb una bola gran que crea una depressió al voltant seu; és aquest pendent o depressió el que altera la trajectòria d'altres boles més petites, com si fossin atretes per la bola gran. Així, la massa del Sol corba l'espai-temps i la Terra es mou seguint aquesta curvatura. Igualment, la massa del Sol desvia, corbant-se l'espai-temps del seu voltant, raigs lluminosos d'altres estels; una predicció de la teoria que es confirmà en l'eclipsi solar de 1919.

2.2 Espai, temps, afectat

L'espai-temps no només no és un marc absolut on es troba la matèria i els esdeveniments, sinó que ell mateix pateix la influència d'aquests. Espai i temps estan afectats per la gravetat que produeixen la massa i l'energia. En camps gravitatoris diferents, el temps transcorre amb ritmes diferents.

2.3 Univers finit però il·limitat Einstein es resisteix a abandonar la visió clàssica d'un univers estàtic; introdueix en les seves equacions un factor anomenat constant cosmològica a fi de fer més acceptable la visió estàtica de l'univers. Més conseqüent amb la relativitat general, el físic rus Alexander Friedmann desenvolupà la idea d'un univers en expansió. L'univers estàtic d'Einstein és un univers finit però il·limitat; la gravetat és tan intensa que l'espai es corba com una esfera. Com la superfície de la Terra, que és finita (es pot calcular el seu valor) però a la vegada il·limitada (podem seguir avançant sempre), l'univers és finit, té un radi i, al mateix temps, mai trobarem una barrera o límit; si viatgem en la mateixa direcció tornarem al punt de partença.

3. Aspectes filosòfics

3.1 Conceptes i teories, creacions humanes Einstein es sentí atret per la filosofia de Kant, especialment per la seva epistemologia. Ressonàncies kantianes trobem quan escriu: "Els conceptes científics són creacions lliures de l'esperit humà. I, al contrari del que es podria creure, no són únicament determinats pel món exterior." Els conceptes científics, i encara més les teories, no s'obtenen per inducció o abstracció a partir de l'observació o d'experiències sensorials, sinó que exigeixen l'activitat imaginativa i creativa del pensament. Sovint repeteix, formulat d'una manera o altra que "el més incomprensible és que el món sigui comprensible". Fa seu el pensament de Kant segons el qual el món real exterior no tindria sentit si no tingués comprensibilitat. El món és intel·ligible: no és un caos que se'ns escapa, no és un pur atzar, és un ordre amagat. Però no deixa de ser miraculosa aquesta correspondència entre la ment humana i la lògica que governa la natura.

3.2 Epistemologia. Prediccions arriscades

L'actitud d'Einstein davant la confirmació d'una de les més arriscades prediccions de la teoria de la relativitat general donà pas a un nou model epistemològic. Havia predit la desviació dels raigs estel·lars per l'atracció de la massa del Sol; el maig de 1919, dos expedicions britàniques van contrastar amb èxit la predicció. Einstein, però, no considerà verificada la seva teoria, només no refutada. Un sol cas en contra -sostenia- és suficient per refutar i eliminar una teoria; molts casos a favor no l'estableixen de manera definitiva.

L'actitud científica és una actitud crítica. "La ciència és un intent d'aconseguir que la diversitat caòtica de les nostres experiències sensorials es correspongui amb un sistema de pensament lògicament uniforme". Però aquest sistema de pensament, amb les teories que en resulten, és un procés extremadament difícil: "hipotètic, mai definitiu, sempre subjecte a la crítica i al dubte".

La confirmació el 1919 de la predicció que Einstein havia fet suposà el seu llançament mediàtic esdevenint una icona del segle XX. Després de la Gran Guerra, la teoria semblava obrir noves i reconciliadores perspectives: s'havia acabat un món (suposadament el món de Newton), i un savi alemany i uns experimentadors britànics enunciaven una nova interpretació de la realitat.

3.3 Sense un marc de referència absolut

Amb la física relativista, espai i temps han perdut la categoria d'absolut o de marc universal de referència. La relativitat porta a abandonar la idea intuïtiva d'un marc de referència a l'interior del qual es produeixen els esdeveniments. La teoria suposa la fi de referències espacio-temporals fixes i independents, i porta a pensar que tot context (espai-temps) es troba sempre unit a allò (matèria i esdeveniments) del que és context.

La Gran Guerra, amb l'absurditat que l'acompanyà, féu trontollar i caure força referents absoluts. La relativitat científica fou trastocada i confosa amb el relativisme, especialment amb el relativisme d'ordre cultural. Potser el mateix Einstein propicià aquest desplaçament quan en un article de divulgació, publicat el 1919 i a petició del diari The London Times, escrigué: «Avui, a Alemanya, se'm descriu com "savi alemany" i a Anglaterra es diu que sóc un "jueu suís". Si el destí em convertís en un indesitjable, aleshores seria un "jueu suís" pels alemanys, i un "savi alemany" per als anglesos». Einstein a Barcelona, 1923

4. Déu no juga als daus amb l'univers

Si bé, doncs, fou un dels pioners de la quàntica, el 1927 entrà en debat i conflicte amb els físics que la van desenvolupar, especialment amb Werner Heisenberg i Niels Bohr, membres de l'Escola de Copenhaguen. Tant la cosmovisió clàssica o newtoniana com la relativista són deterministes. Què vol dir? Vol dir que el món físic és completament predictible, és a dir, que si es fan experiments idèntics, s'espera que els resultats també siguin idèntics.

4.2 Teoria unificada Els darrers anys de la seva vida es centraren en la recerca d'una teoria unificada que integrés la relativitat i la quàntica.

En el seu moment, i encara avui, la representació que dóna la ciència de la natura és doble: un macrocosmos determinista, imaginable i continu regit per la relativitat i, en contraposició, un microcosmos probabilista o indeterminista, inimaginable o abstracte i discontinu regit per la quàntica. Un dualisme que Einstein cerca superar i que molts coetanis seus consideraven una recerca impossible i infructuosa; avui, però, als inicis del segle XXI, aquesta recerca torna a ser un objectiu o aspiració de la cosmologia contemporània: una teoria "quàntica de la relativitat".