Powszechnie uważa się, że nauka jest ścisłą i racjonalną dziedzina życia. Ludzie którzy ją tworzą obserwują przyrodę i w drodze indukcji, logicznie i konsekwentnie dochodzą do swoich twierdzeń. Indukcja w nauce prowadzi nas od jednego wniosku do drugiego. Zbierając i analizując je wszystkie budujemy teorie tłumaczące jak działa świat.
W roku 1900 Max Planck, sławny i ceniony autorytet ówczesnej fizyki teoretycznej, pracując nad zagadnieniem emisji promieniowania elektromagnetycznego przez ciało doskonale czarne wprowadził do swoich matematycznych wyliczeń pewną stałą. Stała ta (nazwana później stałą Plancka) sprawiała, że jego wzór matematyczny dawał wyniki zgodne z obserwacją. Ciało doskonale czarne emitowało promieniowanie elektromagnetyczne którego intensywność zależała od temperatury tego ciała oraz długości fali rejestrowanego promieniowania. Planck traktował swoją stałą jako matematyczne narzędzie, pozwalające na to, aby jego wzór działał poprawnie. Jego prace naprowadziły wtedy na pewien trop młodego, nieznanego wówczas absolwenta politechniki w Zyrychu, który usiłował przebić się do świata nauki, jednocześnie nie bojąc się łamać konwencji jego wielkich umysłów, takich jak Planck. W marcu 1905 roku, w jednym ze swoich artykułów opublikowanych w czasopiśmie Annalen der Physik, zaproponował twierdzenie, że stała Plancka nie jest tylko działającym, matematycznym tworem, ale świadczy o naturze samego promieniowania elektromagnetycznego, które rozpatrywane było wtedy jako ciągła fala. Miało być ono strumieniem cząstek – osobnych porcji (kwantów) promieniowania niosących ściśle określoną energię równą częstotliwości fali elektromagnetycznej pomnożonej przez stałą Plancka. Planck dopuszczał myśl, że promieniowanie może być emitowane, bądź absorbowane w porcjach przez molekuły ciała doskonale czarnego, ale samo w sobie – sądził – rozprzestrzeniając się jest ciągłą falą. Młody, kontrowersyjny fizyk łamał ustalone szlaki myślowe, ale jego twierdzenie tłumaczyło jeszcze jeden dziwny fenomen. Przeprowadzane niedawno przez Philippa Lenarda badania nad efektem fotoelektrycznym wykazywały pewną zależność. Lenard świecił światłem (a więc promieniowaniem elektromagnetycznym) na metalową płytkę, która pod wpływem światła emitowała elektrony. Zgodnie z teorią falową, wraz z rosnącą intensywnością światła powinna rosnąć też jego energia, a więc także energia wybijanych przez światło elektronów. Tak się nie działo. Wraz z rosnącą intensywnością światła rosła liczba wybitych elektronów, ale ich energia się nie zmieniała. Energia elektronów zmieniała się natomiast gdy zmieniano częstotliwość światła. Artykuł z marca 1905 roku dobrze tłumaczył ten fakt, ale musiało upłynąć sporo czasu, aż finalnie został doceniony. W roku 1921 Albert Einstein otrzymał Nagrodę Nobla za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego.
Einstein Jako naukowiec był zwolennikiem dedukcji w nauce, choć prace nad kwantową teorią światła wskazywały ewidentnie na podejście indukcyjne. Bardziej dedukcyjnie niż indukcyjnie kierował się tworząc swoją inną teorię. Rok 1905 został nazwany przez historyków nauki „cudownym rokiem”. Od marca do czerwca tego roku do redakcji Annalen der Physik napłynęły cztery artykuły autorstwa Alberta Einsteina, z których jeden we wrześniu został dodatkowo rozwinięty o uzupełnienie. Artykuł z czerwca, zatytułowany „O elektrodynamice ciał w ruchu”, ujawnił światu – według wielu – najpiękniejsze idee zrodzone dla nauki przez człowieka.
Coś musi być na rzeczy, gdy prawa przyrody odkrywane są w umyśle stworzonym według tych praw. Jest w nim pewna droga, którą możemy dojść do abstrakcyjnych prawd, wykraczających poza jego własną percepcję. Tą drogą może być dedukcja, intuicja i wiara w uniwersalne prawa. Nie wszystko jest zatem względne.
Einstein jako nastoletni chłopiec eksperymentował myślowo i zastanawiał się nad tym, co zaobserwował by podczas hipotetycznej podróży wraz z promieniem świetlnym z odpowiednią jemu prędkością. Epizod ten znany jest w dziejach nauki jako Jazda na promieniu światła. Był to okres intensywnych poszukiwań eteru – substancji wypełniającej cały wszechświat, która miała być statyczną sceną dla wszystkich zjawisk przyrody, także dla światła. Przeprowadzono wtedy wiele eksperymentów mających na celu jej wykrycie. Najbardziej znanym było przeprowadzone w 1887 roku doświadczenie Alberta Michelsona i Edwarda Morleya. W doświadczeniu tym badali oni interferencję dwóch fal świetlnych poruszających się prostopadle względem siebie i skierowanych końcowo do interferometru. Ponieważ prędkość światła miała być stała względem eteru, ale ziemia przemieszczała się w nim, badane wiązki światła powinny mieć różne prędkości docierając do interferometru, a obrót aparatury pomiarowej powinien powodować przesunięcie prążków interferencyjnych. Tak się nie działo. Uczeni wpadli w zakłopotanie, ale dalej wierni byli przekonaniu, że tajemniczy eter istnieje. Einstein analizując swoją podróż świetlną zadawał sobie pytanie, czy zobaczy swoje odbicie w lusterku które zabrał ze sobą. Od początku kierował się intuicją. Podpowiadała mu ona, że absolutny spoczynek, a wraz z nim poszukiwany eter nie istnieją, w związku z czym wyniki prób jego wykazania były dla niego oczywiste – jak sam później mówił. Z czasem nabrał też przekonania do koncepcji innych wybitnych myślicieli. Wiara w zasadę względności Galileusza oraz poprawność równań Maxwella opisujących fale elektromagnetyczne okazały się kluczowe dla jego rozważań. Zasada względności mówi, że wszystkie prawa fizyki, a zatem też równania Maxwella – jak wierzył Einstein, są takie same w układach poruszających się po linii prostej, oraz ze stałą prędkością względem siebie. Natomiast z tych elektromagnetycznych równań wynika stała prędkość światła, która nie zależy od ruchu jego źródła. Wobec tych założeń, gdy Einstein w swojej wyobraźni poruszał się z prędkością światła, prawa Maxwella w jego układzie oraz wynikająca z nich prędkość światła nie mogły się zmienić. Światło biegnąc od jego twarzy poruszało się ze swoją niezmienioną prędkością, docierając do lusterka po to, aby odbić się od niego. Według dotychczasowych zasad sumowania prędkości Einstein w swej podróży powinien widzieć spoczywającą względem niego falę świetlną. Implikacje tych rozmyślań były rewolucyjne. Skoro światło miało mieć prędkość stałą, niezależnie od tego, czy mierzył ją obserwator poruszający się, czy spoczywający względem źródła, należało zmienić pogląd na czas i przestrzeń. Dla układu poruszającego się względem innego, czas płynął wolniej a przestrzeń skracała się w kierunku ruchu układu. Po raz pierwszy idea absolutnego czasu i przestrzeni, a także absolutnego spoczynku zostały oficjalnie podważone i uznane za nieprawdziwe. Einstein opublikował swoje wywody w czerwcowym wydaniu Annalen i tak narodziła się Teoria względności.
Myśl Einsteina wymagała od niego niemałej odwagi, jako że ówczesny status quo fizyki teoretycznej nie dopuszczał możliwości nieistnienia eteru i absolutnego spoczynku. Niektórzy wcześniej byli blisko rozwiązania przełomowej zagadki, lecz brakowało im buntowniczego ducha jakim charakteryzował się Albert Einstein. Henri Poincare w swoich rozważaniach dopuszczał koncepcję czasu względnego, jednak przekonanie i wiara w meta – fizyczny eter sprawiły, że odrzucił tą myśl. Podobnie Hendrik Lorentz, aby wyjaśnić efekty doświadczenia Michelsona – Morleya stwierdził, że przedmioty skracają się w kierunku ruchu, co powoduje, że prędkość światła się nie zmienia. Nawet jeśli jego matematyczne Transformacje Lorentza wskazywały na to, że czas jest względny, on głęboko wierzył w eter i bezwzględny spoczynek. W ten sposób wiara zaprowadziła jednych na jasną drogę w kierunku prawdy, innych zaś pozostawiła samych we mgle, w lesie pełnym drzew.
Marcin Gibas