Paul Ehrenfest
Ο καλύτερος δάσκαλος της Φυσικής

Άρθρο, Ιανουάριος 2003

Αυστριακός φυσικός, γεννημένος στις 18 Ιανουαρίου του 1880. Ανήκε στη μεσαία γενιά των φυσικών (Einstein, Born, Bohr, Schrödinger), που πήραν στα σοβαρά κι ανέπτυξαν την κβαντική θεωρία του Max Planck. Προσπάθησε να καθορίσει τη σχέση της νεώτερης με την παλαιότερη φυσική και αναδείχθηκε ένας ενεργητικός, λαμπρός, και εμπνευσμένος δάσκαλος της Φυσικής. Ο Einstein ήταν αυτός που είπε ότι "Ο Ehrenfest είναι ο καλύτερος δάσκαλος στο επάγγελμά μας που έχω γνωρίσει". Οι οξείες κριτικές του και η ερμηνεία του για την αδιαβατική αρχή -που έκαναν το Niels Bohr να τον τοποθετήσει μεταξύ των θεμελιωτών του οικοδομήματος της κβαντικής θεωρίας- είχαν μια σημαντική συμβολή στην προώθηση της σύγχρονης φυσικής. Είχε όμως ένα τραγικό τέλος, απόρροια του ευαίσθητου χαρακτήρα του.

Ο Paul Ehrenfest, που ήταν Εβραϊκής καταγωγής, υπέφερε πολύ από το αντισημιτικό κλίμα της εποχής του. Τα αδέλφια του μετά τον θάνατο των γονιών του τον στήριξαν αρκετά έτσι ώστε να λάβει μια καταπληκτική μόρφωση πάνω στα Μαθηματικά και τη Θεωρητική Φυσική.

Στα δώδεκα του χρόνια όμως απαρνήθηκε κάθε οργανωμένη θρησκεία γιατί έβρισκε ότι είχαν μεγάλη θολούρα στις απόψεις τους.

Διάβασε αρκετά. Από Νίτσε, Σοπεναούερ και Μπέργκσον μέχρι τον Μαρξ. Από τότε είχε μια προοδευτική αντίληψη για τον κόσμο όπως και ο φίλος του Αϊνστάιν.

Παρόλο το πλούσιο ταλέντο του ο Ehrenfest ήταν δυστυχισμένος για πολλούς λόγους. Ο ένας λόγος ήταν γιατί οι γονείς του πέθαναν νωρίς, ύστερα γιατί ήταν φιλάσθενος και τέλος λόγω της μεγάλης του ευαισθησίας βρισκόταν σε πλήρη διαφωνία με το γύρω κόσμο του.

Οι σπουδές και το έργο του

Ο Paul Ehrenfest σπούδασε στο Technische Hochschule στη Βιέννη και κατά τη διάρκεια του 1899-1900 παρευρέθηκε στις διαλέξεις του Boltzmann σχετικά με τη μηχανική θεωρία της θερμότητας.

Το 1901 μελέτησε στο Göttingen κάτω από την καθοδήγηση των σπουδαίων μαθηματικών Klein και Hilbert. Εκεί παρακολούθησε και μια σειρά μαθημάτων από τον Max Abraham για την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του φωτός. Ακολούθως παρακολούθησε τους Stark, Walther Nernst, Schwarzschild και Zermelo, παίρνοντας έτσι μια βαθιά μόρφωση στην θεωρητική φυσική.

Ο Ehrenfest έλαβε το διδακτορικό του στη Βιέννη το 1904, κάτω υπό την επίβλεψη του Αυστριακού Boltzmann, πάνω σε ένα θέμα της κλασσικής μηχανικής. Επέστρεψε σε Göttingen το 1906 και επηρεάστηκε από τους διάσημους μαθηματικούς Klein, Hilbert, Minkowski και τον Ελληνικής καταγωγής Καραθεοδωρή.

Το 1907 ο Ehrenfest πήγε στην Αγία Πετρούπολη. Διαδέχθηκε το Lorentz στο Πανεπιστήμιο του Leiden το 1912. Ο Einstein μάλιστα ήταν ένας από αυτούς που επηρέασαν θετικά τον διορισμό του Ehrenfest. Είχαν συναντηθεί αρχικά στην Πράγα το 1912 (ας μην ξεχνάμε ότι ο Einstein δίδαξε για ένα μικρό χρονικό διάστημα και στην Πράγα) και από τότε ξεκίνησε μια βαθιά φιλία που  διάρκεσε μέχρι το θάνατο του Ehrenfest.

Για να διαδεχθεί όμως τον Αϊνστάιν στην έδρα της Πράγας, έπρεπε να είχε μια αναγνωρισμένη θρησκεία. Ήταν ένα τυπικό ζήτημα, που ο Αϊνστάιν το έλυσε δηλώνοντας στο θρήσκευμα Ιουδαίος.

Ο Ehrenfest όμως, που ήταν ουσιαστικά άθρησκος επί μια δεκαετία, αρνήθηκε να κάνει έστω και αυτή την τυπική δήλωση. Το θεωρούσε ανέντιμο μόνο και μόνο για να γίνει καθηγητής. Το γεγονός αυτό δείχνει την ακεραιότητα του χαρακτήρα του και την ευαίσθητη ψυχή του, που τον καθοδηγούσε σε όλη του τη ζωή και στην εργασία του αλλά και στη ζωή του.

Ο Ehrenfest ήταν επίσης στενός φίλος του Niels Bohr και πολλών άλλων φυσικών που ανέπτυξαν την Κβαντική Θεωρία.

Ο Ehrenfest δούλεψε πάνω στην κβαντική θεωρία εφαρμόζοντάς την στα περιστρεφόμενα σώματα. Αναγνώρισε ότι τα μοριακά ρεύματα Αμπέρ είναι ασυμβίβαστα με την κλασσική στατιστική μηχανική. Πρότεινε ένα μοντέλο της διάχυσης στις αρχές του 20ου αιώνα προκειμένου να φωτιστεί η στατιστική ερμηνεία του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής, κατά τον οποίο η εντροπία ενός κλειστού συστήματος μπορεί μόνο να αυξάνεται. Η σύγχρονη θεωρία της θερμοδυναμικής σε καταστάσεις μη ισορροπίας συγκεντρώνει τις ιδέες του Boltzmann για τις συγκρούσεις των μορίων με τις στατιστικές ιδέες του Ehrenfest για να δοθεί έτσι μια μη γραμμική, στατιστική θεωρία.

Το 1917 και το 1920 ο Ehrenfest δημοσίευσε εργασίες πάνω στην έρευνα του προβλήματος του βαθμού στον οποίο η τρισδιάστατη φύση του φυσικού χώρου καθορίζεται από τη δομή των βασικών φυσικών εξισώσεων ή ανακλάται σε αυτές τις βασικές εξισώσεις. Τα επιχειρήματα του Ehrenfest ήταν βασισμένα και στην Ουράνια μηχανική του Νεύτωνα αλλά επίσης και στη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Ο Ehrenfest συνέβαλε στην ανάπτυξη της κβαντικής στατιστικής, κατανοώντας τη φύση των φωτονίων, και τις ιδιότητές τους όπως δόθηκαν από το νόμο της ακτινοβολίας του Πλανκ.

Το 1916 μαθηματικοποιεί την αδιαβατική υπόθεση ενώ το 1927 δημοσιεύει το «Θεώρημα του Ehrenfest» που εγκαθιστά τη σχέση ανάμεσα στη Κβαντική Θεωρία και την Κλασσική Φυσική.

Ο Ehrenfest λόγω της κατάθλιψής του σκεπτόταν πολλές φορές να αυτοκτονήσει. Σαν λύση στα προσωπικά του αδιέξοδα επέλεγε να μελετάει πολύ χρόνο, σαν μέθοδο αυτο-προστασίας.

Μετά τα μαθήματα που παρακολούθησε πάνω στην Μηχανική Θεωρία της Θερμότητας, στο Technische Hochschule της Βιέννης την περίοδο  1899-1900, χάρις στον Boltzmann, ο Ehrenfest βρήκε ένα νόημα στη ζωή του. Οι αρνητικές του σκέψεις, που ξεκίνησαν από τότε που ήταν στο σχολείο, αντικαταστάθηκαν με μια μεγάλη αγάπη για τα μαθηματικά και τη φυσική.

Όπως ήταν η συνήθεια τότε, οι σπουδαστές στην Αυστρία και τη Γερμανία δεν έμειναν συνήθως σε ένα Πανεπιστήμιο για ολόκληρη την προπτυχιακή σειρά μαθημάτων τους. Το 1901 ο Ehrenfest μετακινήθηκε προς το Göttingen όπου εκεί γνώρισε τη μέλλουσα γυναίκα του Τατιάνα Alexeyevna Afnassjewa.

Αναρωτήθηκε τότε γιατί η Τατιάνα δεν ερχόταν στις συνεδριάσεις της λέσχης των μαθηματικών αλλά τότε ανακάλυψε ότι ο λόγος ήταν ότι οι γυναίκες δεν είχαν άδεια για να παρευρίσκονται. Ο Ehrenfest έδωσε μάχη για να ανατρέψει αυτόν τον κανόνα και η φιλία του με την Τατιάνα τον οδήγησε τελικά να την παντρευτεί. Για να την παντρευτεί όμως, λόγω των διαφορετικών θρησκευτικών πεποθήσεων τους, αρνήθηκαν και οι δύο την θρησκεία τους.

Μάλιστα μαζί έγραψαν κι ένα κλασσικό έργο πάνω στη στατιστική μηχανική.

Στις 6 Σεπτεμβρίου του 1906, όταν έμαθε την αυτοκτονία του δασκάλου του Boltzmann, συγκλονίστηκε και ο Ehrenfest ήταν αυτός που έκανε τη νεκρολογία του.

Το 1907 ο Ehrenfest πήγε στην Αγία Πετρούπολη. Εκεί έμεινε μελετώντας επί πέντε χρόνια θεωρητική φυσική. Ήρθε σε επαφή με τους φημισμένους Tamarkin, Friedmann, Steklov καθώς και άλλους μαθηματικούς και φυσικούς. Στην προσπάθεια του να βρει μια Ακαδημαϊκή θέση οπουδήποτε, ακόμη και στην Αμερική, δεν τα κατάφερε.

Το 1911 ο Ehrenfest δημοσίευσε ένα σημαντικό έργο στο διάσημο περιοδικό Annalen der Physik πάνω στα ουσιαστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα της κβαντικής θεωρίας. Στα ταξίδια που έκανε τότε έμαθε ότι και ο Poincare είχε γράψει μια εργασία για την κβαντική θεωρία που έδινε παρόμοια αποτελέσματα με αυτόν. Όμως ο Poincare δεν ήξερε για τη συμβολή του Ehrenfest και επομένως δεν είχε αναφερθεί στην εργασία του.

Ο Ehrenfest λυπήθηκε για τη μη αναφορά του ονόματός του παρόλο που η εργασία του  είχε δημοσιευτεί πρώτα. Εντούτοις, του χαμογέλασε η τύχη όταν ο Ολλανδός φυσικός Lorentz έψαχνε κάποιον για να τον διαδεχθεί στο Leiden, στην έδρα της θεωρητικής φυσικής. Παρέμεινε στο Leiden μέχρι τον θάνατο του.

Οι  διαφωνίες του

Το 1925 όταν άρχισε να κυριαρχεί η κβαντική μηχανική στη θεωρητική φυσική, ο Ehrenfest αισθάνθηκε ότι είχε προβλήματα με αυτήν. Για το θέμα αυτό ο Uhlenbeck πίστευε ότι:

...πάντα μισούσε την Κβαντομηχανική. Θεωρούσε ότι οι νεαροί φυσικοί που, με μεγάλη ευκολία, είχαν κάνει αυτούς τους υπολογισμούς μάλλον δεν έπρεπε να την καταλαβαίνουν και πολύ. Ήταν, επομένως, ένα μαθηματικό κατασκεύασμα, που φτιάχτηκε με βάση τους τελεστές του Hilbert, η οποία είχε κάποια αφαιρετικότητα. Ήταν έτσι ενάντια στη πεποίθησή του για την ουσία της φυσικής πραγματικότητας και έπασχε για αυτό.

Στους φυσικούς της μεσαίας γενιάς υπήρχε τότε μια σαφής διάκριση για τις επιστημολογικές τους απόψεις. Από τη μια ήταν οι Einstein, Ehrenfest, Schrödinger, που πίστευαν σε μια αντικειμενική πραγματικότητα, κατανοήσιμη από τον άνθρωπο, καθώς και σ' αιτιακούς νόμους. Από την άλλη ήταν οι Born, Bohr, της σχολής της Κοπεγχάγης, που απέρριπταν την αιτιότητα και το κατανοήσιμο της φυσικής πραγματικότητας.

Η πορεία όμως της Κβαντικής Θεωρίας οργανώθηκε και περιχαρακώθηκε από την σχολή της Κοπεγχάγης, όπου ανήκε και ο Heisenberg κι όχι από την πρώτη ομάδα παρόλη την μεγάλη συμβολή της σε αυτήν.

Στην περίπτωση όμως του Ehrenfest τα πράγματα δεν ήταν απλά. Η άρνησή του να αποδεχθεί την πιθανοκρατική ερμηνεία της Κβαντομηχανικής ήταν σφοδρή και πιθανώς να συνέβαλε στο τραγικό του τέλος.

Ο Ehrenfest ήταν δυστυχισμένος για τη διαφωνία που υπήρχε μεταξύ του Bohr και του Einstein πάνω στην κβαντική θεωρία. Τους έφερε μαζί στο σπίτι του στο Leiden τον Δεκέμβριο του 1925 σε μία προσπάθεια να συμφωνήσουν πάνω σε μια κοινή θέση. Φυσικά αυτοί δεν το έκαναν και ο Ehrenfest ήταν πολύ δυστυχισμένος που αναγκάστηκε να πάρει αποστάσεις με τον ένα από τους δύο στενούς φίλους του. Το 1927, κλαίγοντας, είπε ότι αναγκάστηκε, να κάνει μια επιλογή που θα έπρεπε να συμφωνεί με τον Bohr.

Το Μάιο του 1931 ο Ehrenfest έγραψε στον Bohr:

Έχω χάσει εντελώς την επαφή με τη θεωρητική φυσική. Δεν μπορώ να διαβάσω τίποτα άλλο και αισθάνομαι τελείως ανίκανος για να πάρω έστω και το ελάχιστο από αυτή την πλημμύρα των άρθρων και των βιβλίων. Ίσως να μη μπορώ καθόλου να κερδίσω από οτιδήποτε πια.

 Σε όλη του τη ζωή ο Ehrenfest έπασχε από τη χαμηλή αυτοεκτίμηση, η οποία ήταν τελείως αντίθετη με την υψηλή εκτίμηση που έτρεφαν για αυτόν οι επιστήμονες φίλοι του.

Εκτός από τα γεγονότα της παιδικής του ηλικίας (φτωχή οικονομική κατάσταση, θάνατος των γονιών του σε μικρή ηλικία, αντισημιτικό περιβάλλον κλπ) αργότερα προστέθηκαν κι άλλα γεγονότα όπως η γέννηση ενός αγοριού με σοβαρά διανοητικά προβλήματα (είχε το σύνδρομο Down).

Αν λάβουμε υπ' όψιν ότι για πολύ καιρό αγωνιζόταν να πάρει κάποια έδρα σε Πανεπιστήμιο, την παράλειψη του ονόματός του στην εργασία του Poincare και τέλος την αποξένωσή του από την πιθανοκρατική ερμηνεία της κβαντομηχανικής,  μαζί με τον ευαίσθητο χαρακτήρα του βλέπουμε καθαρά σε τι περιβάλλον ψυχολογικής έντασης ζούσε.

Χαρακτηριστικά ο Αϊνστάιν έγραψε για αυτόν:

"Ήταν όχι μονάχα ο καλύτερος δάσκαλος στη δουλειά μας απ΄' όσους έχω γνωρίσει, αλλά ενδιαφερόταν με πάθος για την εξέλιξη και τη μοίρα των ανθρώπων, ιδιαίτερα των μαθητών του. Το να κατανοεί τους άλλους, να κερδίζει την εμπιστοσύνη και τη φιλία τους, να βοηθάει όποιον είχε εμπλακεί σε εξωτερικό ή εσωτερικό αγώνα, να ενθαρρύνει ένα νέο ταλέντο όλα αυτά αποτελούσαν τον πραγματικό του εαυτό, σχεδόν περισσότερο και από την αφοσίωση του στα επιστημονικά προβλήματα."

Ενώ μια άλλη φορά ο Αϊνστάιν του έγραφε:

"Είσαι από τους λίγους θεωρητικούς που δεν έχασαν την φυσική τους ευφυΐα από την μαθηματική επιδημία" 

 Το τέλος του

Η τελευταία επιστολή του (που δεν εστάλη ποτέ) είναι ένα γράμμα προς τους φίλους του, όπου φαίνεται η άθλια ψυχολογική του κατάσταση.

Προς τους αγαπητούς μου φίλους: Bohr, Einstein, Franck, Herglotz, Joffe, Kohnstamm, και Tolman!

Με κανένα τρόπο δεν ξέρω πια πώς να μεταφέρω το φορτίο της ζωής μου, που μου έχει γίνει αφόρητο. Δεν μπορώ να διδάξω στο Leyden με αυτές τις συνθήκες. Πρέπει να εγκαταλείψω τη θέση μου τώρα Ίσως να μπορέσω να συνεχίσω με όποια δύναμη μου απέμεινε στη Ρωσία .. Εάν, εντούτοις, αυτό δεν συμβεί σύντομα τότε είναι ξεκάθαρο ότι θα σκοτωθώ. Και εάν αυτό θα συμβεί μια μέρα τότε θα ήθελα να ξέρω ότι έχω γράψει, ήρεμα και χωρίς βιασύνη, σε σας που η φιλία μας έχει διαδραματίσει έναν μεγάλο ρόλο στη ζωή μου...

Τα τελευταία χρόνια γίνεται συνεχώς δυσκολότερο σε μένα να παρακολουθήσω τις εξελίξεις στη φυσική. Αφού προσπάθησα πολύ έχω τελικά φθάσει στην απογοήτευση. Αυτό με κουράζει αφάνταστα στη ζωή μου...

Αισθανόμουν ότι ήμουν καταδικασμένος να ζήσω κυρίως λόγω των οικονομικών απαιτήσεων που είχαν τα παιδιά μου. Δοκίμασα κι άλλα πράγματα αλλά αυτό με βοηθά μόνο για λίγο. Επομένως επικεντρώνομαι όλο και περισσότερο στις ακριβείς λεπτομέρειες της αυτοκτονίας. Δεν έχω καμία άλλη πρακτική δυνατότητα από την αυτοκτονία, και μάλιστα αφού έχω σκοτώσει πρώτα τον γιο μου Wassik.

Να με συγχωρέσετε ...

Αυτή η επιστολή, και μια παρόμοια επιστολή που έγραψε στους σπουδαστές του, δεν εστάλησαν ποτέ. Ο Ehrenfest πυροβόλησε τον Wassik στο δωμάτιο όπου ο γιος του βρισκόταν για θεραπεία. Κατόπιν αυτοπυροβολήθηκε. Ήταν 25 Σεπτεμβρίου του 1933.

Ο Langevin έγραψε για αυτόν, μετά το θάνατό του,  ότι ήταν "η συνείδηση της φυσικής και βρέθηκε στο κέντρο του δράματος της σύγχρονης φυσικής".

Ενώ ο Αϊνστάιν δεν είχε ενδοιασμούς για την αιτία της τραγωδίας του:

"Η κατάστασή του Ehrenfest  στα τελευταία του χρόνια χειρότερεψε από την παράξενη ταραγμένη εξέλιξη που έπαιρνε η θεωρητική φυσική. Το να διδάσκει κανείς πράγματα που ουσιαστικά δεν τα αποδέχεται είναι πάντα κάτι δύσκολο, και είναι διπλά δύσκολο για ένα πνεύμα φανατικής εντιμότητας, ένα πνεύμα που η σαφήνεια ήταν το παν. Δεν ξέρω πόσοι από αυτούς που διαβάσουν τις γραμμές αυτές θα μπορέσουν να συλλάβουν το νόημα αυτής της τραγωδίας. Και όμως αυτή ήταν η κύρια αιτία που τον έκανε να φύγει από τη ζωή"

Οι Ολλανδικές εφημερίδες ανέφεραν μόνο τον ξαφνικό θάνατό του και έδωσαν μεγάλες περιγραφές για τα επιτεύγματά του.