كان أينشتاين يبلغ من العمر واحدا وعشرين عاما في مارس ١٩٠٠. وقد تقلَد وظيفته الشهرية في مكتب براءات الاختراع السويسري في صيف سنة ١٩٠٢، وقد كرس معظم اهتماماته العلمية في تلك السنوات الأولى من القرن العشرين للمسائل المتعلقة بالديناميكا الحرارية والميكانيكا الإحصائية. وكانت أولى المقالات العلمية المنشورة له تقليدية في َ أسلوبها وفي المسائل التي عالجتها، على غرار المقالات المنشورة للجيل السابق بمن فيهم بلانك. ولكن نجد أنه في أول بحث نشره أينشتاين وأشار فيه إلى أفكار بلانك حول طيف الجسم الأسود (نُشر سنة ١٩٠٤)، شق أينشتاين طريقا جديدا ووضع أسلوبا مبتكرا لحل المفارقات الفيزيائية خاصا به وحده. ويصف مارتن كلاين كيف أن أينشتاين كان أول شخص يأخذ الآثار الفيزيائية لأبحاث بلانك على محمل الجد، ويتعامل معها على أنها أكثر من مجرد حيلة رياضية، (3) وفي غضون عام واحد أدى قبول تلك المعادلات بوصفها لها أساس في الواقع الفيزيائي إلى وجهة نظر جديدة ومثيرة، وهي إعادة إحياء النظرية الجسيمية للضوء.

كانت نقطةُ الانطلاق الأخرى لأبحاثه المنشورة سنة ١٩٠٤، وكذلك أبحاث بلانك، هي دراسةَ الظاهرة الكهروضوئية على يد فيليب لينارد وجيه جيه طومسون، اللذين عملا كل ٍ منهما على نحو مستقل عن الآخر، في نهاية القرن التاسع عشر. حصل لينارد، المولود سنة ١٨٦٢ في ذلك الجزء من المجر الذي أصبح الآن جمهورية التشيك، على جائزة نوبل في الفيزياء سنة ١٩٠٥ عن أبحاثه حول أشعة الكاثود. وقد أثبت سنة ١٨٩٩، من خلال التجارب التي أجراها في هذه الأبحاث، أن أشعة الكاثود (الإلكترونات) يمكن أن تتولد بإسقاط ضوء على سطح فلز في الفراغ. وتتسبب طاقة الضوء بطريقة أو بأخرى في جعل الإلكترونات تقفز خارج الفلز.

تضمنت تجارب لينارد استخدام أشعة ضوء أحادي اللون (ضوء متجانس)، بمعنى أن كل موجات الضوء لها التردد نفسه. وقد فحص الكيفية التي تؤثِّر بها شدة الضوء على الطريقة التي تنطلق بها الإلكترونات خارج الفلز، وتوصل إلى نتيجة مفاجئة. باستخدام

ضوءٍ أشد سطوعا (حرك في الواقع مصدر الضوء بحيث يقترب أكثر من سطح الفلز ليحدث التأثري نفسه) تسقط طاقة أكثر على كل سنتيمتر مربع من سطح الفلز. وإذا امتص الإلكترون طاقة أكثر، فإنه ينطلق خارجا من الفلز بمعدل أسرع، وينفصل عنها بسرعة أكبر. غير أن لينارد قد اكتشف أنه ما دام الطول الموجي للضوء ثابتًا، فإن كل ِ الإلكترونات المقذوفة تنطلق بالسرعة ِ نفسها. وبتقريب مصدر الضوء من الفلز ينطلق عددِ أكبر من الإلكترونات، غير أن كل إلكترون منها سينطلق بالسرعة نفسها التي تنطلق بها الإلكترونات المتولدة عن إسقاط ِ شعاع ضوء أضعف من اللون نفسه. ومن جهة أخرى، تحركت الإلكترونات بسرعة أكبر عندما استخدم شعاع ضوء ذا تردد أعلى — الأشعة فوق البنفسجية مثلا — بدلا من الأشعة الزرقاء أو الحمراء. وتوجد طريقة بسيطة جدا لشرح ذلك، بشرط أن تكون مستعدا للتخلي عن أفكار الفيزياء الكلاسيكية المتأصلة، وأن تأخذ معادلات بلانك على أنها ذات مغزى فيزيائي. وتتضح أهمية هذه الشروط من حقيقة أن أحدا لم يتخذ هذه الخطوة البسيطة فيما يبدو على مدى السنوات الخمس التي أعقبت أبحاث لينارد الأولى على الظاهرة الكهروضوئية َ وتقديم بلانك مفهوم الكم وفي الواقع، كان كل ما فعله أينشتاين هو تطبيق المعادلة E = hv على الإشعاع الكهرومغناطيسي، بدلا من تطبيقها على المذبذبات الصغرى داخل الذرة. قال أينشتاين إن الضوء ليس موجةً مستمرة — كما كان يعتقد العلماء على مدى مائة سنة — ولكنه يجيء بدلا من ذلك في صورة ِحزم محددة أو كموم. فكل الضوءِ ذي التردد المحدد ν؛ أي الذي له لون محدد، يجيء في صورة حزم لها الطاقة نفسها E. وفي كل مرة يصطدم فيها واحد من هذه الكموم الضوئية بإلكترون، تمنحه المقدار نفسه من الطاقة؛ ومن ثَم المقدار نفسه من السرعة. ويعني الضوء الأكثر شدة أن هناك المزيد من الكموم الضوئية (وندعوها اليوم فوتونات) لها جميعا الطاقة نفسها، غير أن تغيير لون الضوء يغير من ترددها؛ ومن ثَم يغير مقدار الطاقة التي يحملها كل فوتون. كان ذلك هو البحث الذي حصل بموجبه أينشتاين في النهاية على جائزة نوبل سنة 1921. ومرة اخرى، كان لا بد للإنجاز النظري أن ينتظر الاعتراف الكامل به. لم تحظ فكرة الفوتونات بقبول فوري، ومع أن تجارب لينارد جاءت متفقة مع النظرية بشكل عام، فإن الأمر قد استغرق أكثرمن عقد للتنبؤ الدقيق بالعلاقة بين سرعة الإلكترونات والطول الموجي للضوء واختبارها وإثباتها. وتحقق ذلك على يد ِعالم الفيزياء التجريبية الأمريكي روبرت ميليكان، الذي أرسى خلال هذه الفترة طريقةً في غاية الدقة لقياس قيمة h، ثابت بلانك. وقد حصل ميليكان بدوره سنة ١٩٢٣ على جائزة نوبل في الفيزياء عن هذه الأبحاث ولدقَّة قياساته لمقدار شحنة الإلكترون.

وهكذا قضى أينشتاين عاما حافلا للغاية. فهناك البحث الذي فاز عنه بجائزة نوبل،

وبحث آخر أثبت فيه بشكل قاطع ٍ حقيقة وجود الذرات، وبحث ثالث شهد ميلاد النظرية التي كانت من أكثر ما اشتهر به أينشتاين؛ وهي النسبية. وفي الوقت ِ نفسه من عام ١٩٠٥، وعلى سبيل المصادفة تقريبًا، كان أينشتاين على وشك استكمال جزءٍ آخر من أبحاثه بخصوص حجم الجزيئات، وهو ما قدمه في شكل أطروحة لنيل الدكتوراه من جامعة زيورخ. وقد منح درجة الدكتوراه نفسها في يناير ١٩٠٦. ومع أن درجة الدكتوراه لم تكن تمثل نقطة انطلاق لحياة حافلة بالبحث النشط على غرار ما تمثله الآن، فلا يزال من اللافت للنظر أن الأبحاث الثلاثة الكبرى لعام ١٩٠٥ منشورة لرجل لا يسعه التوقيع في ذلك الوقت إلا بلقب مستر ألبرت أينشتاين.

هوامش

(3) See Klein’s contribution to Some Strangeness in the Proportion, edited by Harry Woolf. In the same volume, Thomas Kuhn, of MIT, goes even further than most authorities in arguing that Planck “had no concept-tion of a discrete energy spectrum when he presented the first derivations of his blackbody distribution law” and that Einstein was the first to appre-ciate “the essential role of quantization in blackbody theory”. Kuhn says that “it is Einstein rather than Planck who first quantized the Planck oscillator”. That debate we can leave to the academics; but there is no doubt that Einstein’s contributions were crucial to the development of quantum theory