SOKERIMOLEKYYLIN KOON MÄÄRITTÄMINEN 30.4.1905

Einsteinin väitös auttaa juustolassakin

"Välityöhön" viitataan Einsteinin töistä eniten - sementinsekoittaja tarvitsee laskelmia myös 2005

 Albert Einsteinin ihmevuoden 1905 toinen näytös alkaa 30. huhtikuuta.

Sveitsin Bernissä asuva nuori patenttivirkailija sai valmiiksi "välityön", jolla hän pääsi tohtoriksi. Väitöksessään Einstein laski taitavasti, mikä on pienenpienen sokerimolekyylin koko.

Molekyylien suuruuden uusi määrittely on ehkä vain pikkunäppärä väitös, jos sitä vertaa Einsteinin 1905 lopulla julkaisemaan suppeaan suhteellisuusteoriaan.

Vuoden 1905 töistä väitös mullisti maailmaa vähiten – mutta fyysikot ja kemistit viittaavat siihen edelleen paljon.

Einstein tutki, kuinka nesteet käyttäytyvät, kun niihin liukenee hiukkasia; kun vaikkapa hiekanjyvät sekoittuvat sementissä, tai kun meijerin työntekijä laskee, miten maito juoksettuu juustoksi.

Einsteinin laskelmat väijyvät taustalla myös, kun ilmastotutkija haluaa tietää, minkä kokoisia ovat pilvien pienhiukkaset eli aerosolit.

Kesällä 1905 Einsteinillä oli varaa valita väitöstyöksi lähes täyskäsi, neljä valmista tai lähes valmista työtä.

Aiemmin Einsteinilla oli aiheita väitöksiksi nolla. Takana oli näet tohtorinhaaveisiin liittyvä farssi.

"En aio väitellä, koska siitä on minulle vain vähän hyötyä. Tämä koko komedia tuntuu minusta ikävystyttävältä", hän kirjoitti tammikuussa 1903 läheiselle ystävälleen Michele Bessolle.

Komedialla hän tarkoitti sitä, että hänen väitöksensä oli jo kerran hylätty. Vuonna 1900 Einstein oli yrittänyt tehdä väitöksen lämpösähköisistä ilmiöistä. Hän jätti työn Heinrich Weberin laboratorioon Zürichin teknilliseen korkeakouluun.

Se ei onnistunut. Ensimmäisestä väitöksen yritelmästä ei ole kopiota, joten historia ei tiedä, mikä siinä oli vialla. Myöhemmin Einstein kuvaili yritelmäänsä sanalla "arvoton".

Einsteinin mieli väitöksen naurettavuudesta oli muuttunut vuoden 1905 aikana. Väitöksestä saattaisi olla hyötyä Bernin patenttivirastossa, jossa vasta 26-vuotias Einstein edelleen työskenteli kuusi päivää viikossa, kolmannen luokan virkamiehenä.

Ja olihan tohtorin titteli akateemisen uran edellytys, vaikka sitä ei ollut näköpiirissä. Ehkä tohtorius toisi apua kotiinkin. Fyysikkovaimo Mileva Maric huolehti kodista ja lähes yksivuotiaasta Hans-lapsesta.

Einsteinin kerrotaan keinuttaneen jalallaan kätkyttä, kun hän luki tiiviisti papereitaan 1905. Ulkoillessa Einsteinilla oli lastenvaunujen päällä lisää tekstejä, joihin saattoi kirjata jotain mieleen tulevaa.

Einstein oli ilman tohtorinhattuakin jo kyllä päässyt alan piireihin. Ennen ihmeellistä vuottaan 1905 hän oli vuosina 1902–1904 kirjoittanut kolme hyvää paperia. Ne oli julkaistu arvostetussa Annalen der Physik -lehdessä.

Väitöskirja antaisi kuitenkin toiveita paremmasta. Einstein lähetti sen Zürichiin vasta 20. heinäkuuta, lähes kolme kuukautta työn valmistumisesta.

Viivästys johtui siitä, että Einsteinilla oli monta rautaa tulessa, ainakin neljä uutta tutkimusta. Näistä Einstein päätyi "helppoon" väitökseen.

Näin hän ei aiheuttaisi liiaksi päänvaivaa professoreille tai Zürichin teknillisen korkeakoulun johdolle. Se ei juuri arvostanut teoreettisia tieteitä, joten Einstein päätti tarjota professoreille turvallista matematiikkaa, kertoo John Ridgen Einsteinin suurvuotta käsittelevässä kirjassaan.

Einstein painotti kokeita, mutta taaskaan hän ei ollut tehnyt kokeita itse. Hän vain johti tuloksia aiemmista tutkimuksista, ajatteli ja päätteli.

Väitös lähti tarkastuskierrokselle ja sai kehuja. Arvioinnissa professorit totesivat useaan otteeseen, että nuori herra Einstein osoitti työssään "matemaattisten menetelmien perusteellista hallintaa".

Seurasi väitöskomedian viimeinen näytös. Työ palautettiin Zürichistä Einsteinille, koska se oli liian lyhyt, vain 17-sivuinen.

Kuin uhmaten Einstein lisäsi työhön vain yhden lauseen.

Tekstin tyyliä ja kirjoitusvirheitä piti korjata ennen painamista. Siihen ei mennyt kauaa – väitöshän oli lyhyt. Viisivuotinen tohtorikokelaan hupinäytelmä päättyi elokuussa, kun väitös hyväksyttiin. Einstein nimitettiin tohtoriksi kuitenkin vasta 15. tammikuuta 1906, koska muodollisuudet viivästyttivät arvonimeä. Lopultakin Einsteinista tuli tohtori, Herr Doktor, arvostettu sanapari tittelinkipeissä saksaa puhuvissa maissa. Annalen der Physik -lehti julkaisi väitöksen vasta 1906, koska työtä päivitettiin hieman uuden tiedon valossa. Annalenin toimituskunnassa fyysikko Paul Drude tiesi, että jotkut laskelmat nesteiden juoksevuudesta olivat maailmalla tarkentuneet. Hän pyysikin Einsteinia tarkistamaan laskujaan.

Jälkikaiku väitöksestä kuului vielä 1909. Molekyylien kokoa tarkastellut fyysikko Jean Perrin väitti, että Einsteinin laskelmissa oli virhe. Einstein laski taas, mutta ei löytänyt syytä laskelmien eroihin.

Sen sijaan fyysikko Ludwig Hopf löysi Einsteinin laskelmista pienen virheen. Korjaus johti siihen, että työ julkaistiin vielä uudelleen Annalenissa 1911, kuusi vuotta Einsteinin tohtoriksi tulon jälkeen.

Väitöksen jälkeen Einstein yltyi yhä hurjempaan vauhtiin 1905. Seuraava aihe oli jo Einsteinin päähän kirjoitettu, lähes paperillekin. Huhtikuun lopusta 1905 meni vain toista viikkoa, kun Einstein julkaisi taas mullistavan tutkimuksen.

Toukokuun 11. päivän työ molekyylien ns. brownilaisesta liikkeestä oli suoraa jatkoa väitöstyön laskelmille molekyylien koosta.

Siitä oli tuleva sensaatio. Juustomestarin avuksi päätynyt väitöstyö sokerivedestä jäi sen varjoon.

Väitöskirja tuli uudestaan päivänvaloon vasta 1950-luvun lopulla Einsteinin kuoltua. Yllättäen sen tuloksia tarvittiin teollisuudessa ja uudella tieteenalalla, ekologiassa.

Tutkijat Tony Cawkell ja Eugene Garfield selvittivät Einsteinin edellisenä juhlavuonna 1979, kuinka paljon tieteen kaikkiin vuotta 1912 edeltäviin töihin oli viitattu maailmassa vuosina 1961–1975.

Yhdestätoista kaikkein suosituimmasta neljä oli Einstein töitä. Yllättäen Einsteinin "arkinen" väitöstyö oli kaikkein viitatuin.

Albrecht Fölsing: Albert Einsteinin elämäkerta (1999); John S. Ridgen: Einstein 1905 (2005);

John Gribbin & Mary Gribbin. Annus Mirabilis (2005).

Muualla HS.fi:ssä:

Helsingin Sanomat | hs.online@hs.fi