Niet de relativiteitstheorie, maar de verklaring van het foto-elektrisch effect zorgt ervoor dat Albert Einstein in 1922 de Nobelprijs voor natuurkunde krijgt. Inmiddels is de theorie niet meer uit het dagelijks leven weg te denken. De cd-speler, de afstandsbediening en de automatische deur bij de supermarkt zouden zonder deze theorie nog steeds toekomstmuziek zijn.
Al vanaf 1910 dringen collega-wetenschappers er bij het Nobelcomité in Stockholm op aan om Einstein de Nobelprijs voor natuurkunde toe te kennen. Einsteins speciale relativiteitstheorie, schrijven de wetenschappers, onder wie de Nederlanders Hendrik Antoon Lorentz en Heike Kamerlingh Onnes, is zeer fundamenteel van aard en door metingen aangetoond; de Nobelprijs zeker waard.
De voorzitter van het comité, Svante Arrhenius, ziet Einstein als kandidaat niet zitten. Heeft het eeuwenoude begrip van tijd en ruimte volgens Einstein afgedaan? Onverantwoorde speculaties, zeker niet iets wat in aanmerking komt voor de Nobelprijs. De Duitse Nobelprijswinnaars Philipp Lenard en Johannes Stark, voormannen van de extreem nationalistische en antisemitische beweging, doen er nog een schepje bovenop: „De solide Duits-arische wetenschappen onwaardig.”
Als het Zweeds comité Einstein in 1922 toch de Nobelprijs van 1921 toekent, is de mening van de wetenschappers onveranderd. Dat Einstein de prijs nu wel in handen krijgt, heeft hij te danken aan de Zweedse hoogleraar Carl Wilhelm Oseen. Einstein moet volgens hem niet de prijs krijgen voor de speciale relativiteitstheorie, maar voor de verklaring van het foto-elektrisch effect. Het comité zwicht voor dit argument, tot woede van Lenard. Tegen alle regels in houdt Einstein op 11 juli 1923 voor het Nobelcomité toch een voordracht over de speciale relativiteitstheorie.
Revolutionair
Vanaf de 19e eeuw zijn natuurkundigen het erover eens: licht is een golfbeweging, een trilling in het elektromagnetische veld. De Schotse natuurkundige James Clerk Maxwell had het golfkarakter van licht onomstotelijk bewezen en geen serieuze natuurkundige waagt het nog aan deze theorie te twijfelen.
Probleem is echter dat licht als golfbeweging niet alle waarnemingen in de natuur kan verklaren. Welk mechanisme zorgt er bijvoorbeeld voor dat een heet voorwerp licht uitzendt? „Tussen de theoretische voorstellingen, die natuurkundigen over gassen en objecten hebben opgesteld, en de theorie van Maxwell (…) bestaat een belangrijk verschil”, schrijft Einstein in ”Over een heuristische opvatting betreffende de productie en transformatie van licht”, het artikel dat hij in maart 1905 publiceert.
Einstein neemt een gewaagde stap. In specifieke gevallen, schrijft hij, gedraagt licht zich als een stroom van ondeelbare deeltjes. De gedachte komt niet uit de lucht vallen. In 1900 bedenkt de Duitse natuurkundige Max Planck al een rekentruc -een wanhoopspoging noemt hij het zelf- waarin hij aanneemt dat atomen energie in aparte pakketjes, kwanta, uitzenden en niet in de continue golven die de theorie van Maxwell veronderstelt. Een aanname die geen enkele relatie lijkt te hebben met de werkelijkheid, maar in de theorieën wel werkt.
Einstein neemt Plancks aanname echter letterlijk. Licht bestaat uit aantoonbare energiebundeltjes, de fotonen, aldus Einstein. En hij bewijst dat met een verklaring van het foto-elektrisch effect. Valt een bundel licht op een metalen plaat, dan kunnen daaruit elektronen worden weggestoten. Het blijkt nu dat één foton altijd precies één elektron uit het metaal vrijmaakt.
„Revolutionair”, noemt Einstein deze vinding. Het artikel zet inderdaad de hele natuurkunde op z’n kop. Op grond van het feit dat licht zich gelijktijdig en onvoorspelbaar gedraagt als een golf en als een deeltje is de zogenaamde kwantummechanica ontwikkeld: een van de bases van de huidige natuurkunde.
Opvallend is dat juist Einstein weinig van het onzekerheidsprincipe van de kwantummechanica wil weten, omdat het in zijn ogen de grondslagen van de natuurkunde zelf aantast. „God dobbelt niet”, is zijn reactie op het onvoorspelbare gedrag. Maar in een poging het kwantumprincipe onderuit te halen, levert Einstein ongewild het bewijs dat het onverklaarbare verschijnsel bestaat. In 1933 moet hij zich tegenover de atoomgeleerde Niels Bohr gewonnen geven.
