Einstein en Lemaître

Georges Lemaître (1894-1966) ontmoette Albert Einstein voor  het  eerst in  oktober  1927,  tijdens het Vijfde  Solvay  Congres  van  de Natuurkunde in Brussel. Deze  Congressen speelden , zoals we  weten,  een belangrijke  rol  in de geschiedenis  van  de natuurkunde. Op dit Congres  van 1927 waren  o.a.    aanwezig : Marie Curie, Bohr, Born, Dirac, de  Broglie, Schrödinger, Heisenberg, ... De  uitnodiging van Lemaître op  dit  Congres  werd  waarschijnlijk  voorgesteld  aan  de  organisatoren  door  professor  Théophile    de Donder, van  de "Université  Libre de Bruxelles"  die  een  van de eerste  boeken, in het Frans,  had  geschreven over  de  Algemene  Relativiteitstheorie. De Donder  kende  de  jonge  Abbé,  omdat hij in de jury  zat  die hem  een  beurs  gaf  om naar Cambridge (VK)  te  gaan  nadat Lemaître een  wedstrijdhad gewonnen, nadat hij een manuscript had ingediend met de titel  "The  Physics of  Einstein". Trouwens,    De Donder zei, om hem aan te  bevelen  aan  Eddington,  dat hij "vond M. Lemaître een  zeer  briljante  student,  heerlijk  snel  en  helderziend,  en  van grote  wiskundige  vaardigheid".  


In 1926 was Lemaître net    gepromoveerd aan  het  MIT  enin 1927 had hij  ook  zijn  beroemde  artikel  gepubliceerd getiteld, "A homogeneous  universe of constant  mass  and  increasing radius accounting  for  the  radial  velocity of extra-galactic  nebulae" waarin hij uitlegt  wat we nu  de  "Hubble-wet  "  noemen.  Uitgaande    van een oplossing van Einstein-vergelijkingen   die overeenkomen met    een uitdijend   universum, leidde Lemaître  rigoureus af  en  voor  het  eerst het feit  dat  de  snelheid van  de  verre  sterrenstelsels  ( op  dit moment  nevelgenoemd ) evenredigis  met    hun  afstand  (de  evenredigheidsconstante  wordt  nu  de  "Hubble-constante" genoemd). Dit baanbrekende  artikel,  waarin  men de berekening  van   de  Hubble-constante kan  vinden (twee  jaar  voor de publicatie van de  Hubble-wet  !), werd  gepubliceerd  door  het  Belgisch  Tijdschrift: Les Annales de la Société  Scientifique de Bruxelles. Dit  tijdschrift was in  feite de herziening van  de  Société  Scientifique  de Bruxelles, een vereniging die katholieke  wetenschappers bijeenroept  en  die aan het einde  van  de  negentiende  eeuw    een  centrale  rol  speelde  in  de  organisatie  van   de Internationale  Wetenschappelijke

 

Congressen van de  Katholieken . Het  gebeurt  datEinstein,    dankzij  een van zijn  vrienden, Lemaître's krant had  gelezen.   Wandelend langs  de  steegjes  van  het  "Parc  Léopold" in Brussel, vlakbij    het  gebouw  waar  het  Congres    plaatsvond, bespraken Einstein  en Lemaître  het artikel uit 1927. Einstein had  de  jonge  Abbé  niets te    zeggen  over  het  wiskundige deel van zijn artikel, technisch gezien was het perfect, maar hij was  het volledig  oneens  met  hem  over de fysieke  interpretatie ervan . Einstein  zei  heel  grof: "vanuit het oogpunt van  de fysica  lijkt    me  dit afschuwelijk". Wat is  de  reden  van  zo'n  brute  reactie? In  feite gaf  Einstein  op  dit  moment   geen  uitdijend  universum toe.  Waarschijnlijk  beïnvloed  door  zijn  impliciete  Spinozistische  filosofie, accepteerde hij  niet   het  feit  dat het  universum een echte geschiedenis had . Men  herinnert zich  dat Einstein zijn sterke  verzet    had  getoond tegen de  artikelen van Alexander  Friedmann,  deze  Russische  wiskundige  en  meteoroloog die in 1922-1924  oplossingen    ontdekte van Einsteins vergelijkingen  die  overeenkomen met  het uitbreiden  en  samentrekken  van  universa. Volgens    Einstein moet  het     universum  als geheel  voor altijd  onveranderlijk blijven.  Einsteins  eerste  kosmologische  model,  gepubliceerd in 1917, was inderdaad een  bolvormig en  perfect  statisch  universum. Het is    vermeldenswaard dat Georges Lemaître, op  het  moment  dat hij zijn artikel schreef  over  de recessie  van  de  nevels,  friedmanns  ontdekkingen niet kende   . In 1929 vertelde Lemaître    dat  het Einstein zelf  was  die  hem informeerde  over  het  bestaan  van  de  "Friedmann  (expanding  and  contracting)  universums".


Tijdens de  wandeling in  het "Parc  Léopold" werd Einstein  ook  vergezeld  door  professor Auguste  Piccard  (   de  grootvader van Bertrand  Piccard,  de  initiatiefnemer  en  piloot van  het    zonnevliegtuig  : Solar Impulse; je  weet  misschien  niet  dat  de  cartoonist ergé zijn "Professor Calculus" modelleerde in The Adventures of  Kuifje  op Professor  Piccard  !). De  reden  was     dat  deze  laatste   einstein zijn  laboratorium in de Université Libre de  Bruxelles  (U.L.B.  wilde    laten zien.  Piccard  was  ook  een  bekende  fysicus  met een   reputatievan wereldklasse.  Hij was  geïnteresseerd  in  de  studie van Kosmische  Stralen,in  de test van  de  Relativiteitstheorie  , en in 1931  zal hij de  activiteit  meten  van  de  Kosmische  Stralen die zelf  in  de  stratosfeer  gaan in een  capsule onder druk genomen door  een  zeer grote ballon. Piccard,  voorgesteld  aan  Lemaître om dit  bezoek  met Einstein te  maken.   Op   de campusvan  de Université  Libre de  Bruxelleszette Lemaître  zijn  discussie voort.  Hij  sprak  over  de  astronomische gegevens (de  sterrenstelsels geïndexeerd  in  de zogenaamde Strömberg's  catalogus) diehij  gebruikte om de "Hubble-constante" af te    leiden.  Lemaître was verbaasd  over het feit  datEinstein op dit moment niet  echt op  de  hoogte  was  van  dergelijke  astronomische  gegevens.


Aan het  einde van  het  jaar  1932 ging Lemaître  naar  het  California  Institute of  Technology  (de  beroemde  Caltech) in Pasadena bij   Los Angeles,  op   uitnodiging  van   de  Nobelprijswinnaar    Robert  Millikan,  die zeer  geïnteresseerd  was  in  de  aard  en eigenschappen van Kosmische  Stralen. In  januari  1933 is Lemaître  nog steeds  op  de  Caltech  toen  Einstein  daar   aankwam  vanuit Los Angeles. De  laatste  was  zeer  geïnteresseerd  in  de  recente  kosmologische  ideeën van Lemaître  in  de context van zijn "Oeratoomhypothese" uit 1931. Einstein woonde op 11  januarieen seminar bij,   gegeven  door  de  Abbé  over  kosmische  stralen  in mount Wilson  Observatory in de buurt van  Pasadena,  de  beroemde  plaats  waar Edwin Hubble  werkte. We  weten  dat  Lemaître  die stralingen beschouwde als een soort "fossiele  straling"  die  ons  iets  kon  vertellen  over  de  eerste  momenten  van  het  universum. Na het seminar zou  Einstein   naar   een seminarie van  theoretische  fysica moeten gaan.  Maar,  vergetend het laatste, hij gaf er de voorkeur  aan om  met  Lemaître  te  blijven  praten over  kosmologie! In  feite liet Einstein  hem tijdens  deze  discussies weten  dat  hij de "Oeratoomhypothese"  niet leuk  vond, omdat,  zeihij, "het suggereert  te  veel het    (theologische)  idee  van de schepping". Nieuwsgierig en  misschien  een  beetje   ironisch had Einstein  gezegd  na een lezing van Lemaître in Pasadena  waar  de  laatste zijn oeratoom kosmologie  uitlegde: "Dit  is de mooiste  en  meest  bevredigende  verklaring  van  de schepping  waar ik ooit  naar heb geluisterd"! Lemaître  begon  nooit een echte  filosofische  discussie  met  Einstein. Maar natuurlijk,  dankzij    zijn thomistische opleiding in  Leuven, identificeerde Lemaître  perfect  de  verwarring die   zijn  vriend,  en  ook  een  groot  aantal   kosmologen  na  hem,  maakte  tussen "creatie"  en  "begin".  Volgens  Lemaître  was  de   aanvankelijke  singulariteit niet  "de  schepping" (in    theologische  zin) maar  slechts het  "natuurlijke  begin" zoalshij  vaak zei .


Op dit moment had Einstein het  idee  van  een  uitdijend  universum  geaccepteerd,    maar hij  kan geen   initiële  singulariteit accepteren een  begin  van  het  universum. Hij  stelde    Lemaître voor om zijn      kosmologische model, dat isotroop  en  homogeen    was,  een   beetje  aan te  passen , in de hoop  dat het  universum    door    die  verandering  de  aanvankelijke  singulariteit zou vermijden. Al snel bewees  de  Abbé  dat  dit  anisotrope  universum  (wat  we  vandaag een Bianchi-universum   noemen )  ook de  singulariteit  niet   zou vermijden. Sommige aanwijzingen geven aan  dat  Lemaître  tijdens  hun  besprekingen in Pasadena van de  gelegenheid gebruik maakte om  een    beetje te weten te  komen over  de  aannames  die aan de basis liggen van  Einsteins   visie  op  het  universum.  Lemaître was bijvoorbeeld sterk voorstander  van een  eindig  universum  omdat  hij  zei  dat  een  oneindige    niet  echt  in  verhouding  kon  staan  tot het  menselijk  denken. Hij  probeerde  zo  te  begrijpen of    Einstein  echt geloofde  in  de  mogelijkheid  van  een  oneindige  kosmos.      
Op 17 januari gaf Lemaître een seminar over  de  rol   van   de  beroemde  "kosmologische  constante" (die  in  de Einstein-vergelijkingenverband houdt met een soort  afstotende     zwaartekracht,   verantwoordelijk  voor  de  huidige  versnelling  van  het universum)  en  Einstein  nam deel aan  de discussie samen  met  Paul  Epstein  en  Richard  Tolman,  beide  professoren in de natuurkunde  aan  de  Caltech. We  zullen  terugkomen  op   het probleem  van  de  kosmologische  constante,  omdat  Einstein,  die deze constante echter  in 1917  had  geïntroduceerd om zijn bolvormige  en  statische  universum  te  krijgen, het niet  eens was  met  de  Abbé over  het  fysieke  belang  van een dergelijke  constante. Er  is  een  anekdote  uit    deze  tijd. Veel  journalisten  probeerden wat informatie  te  krijgen  van    Einstein-Lemaître  discussies. De  kosmologische  constante  werd  in  Einsteins vergelijkingen geschreven als een   griekse  letter "lambda", een "kleine  lambda",  en  sommige  journalisten maken  grapjes   over  dat verwijzend  naar    het "kleine  lam"!   en  dit  zorgde voor veel  amusement  voor  de  altijd  joviale  Canon. In  februari  1933 ging Lemaître terug naar    Leuven om een nieuw academisch semester te  beginnen.  


Het jaar  1933,  de  twee  fysici  hadden  het  genoegen om elkaar weer te  ontmoeten   . Einstein,  die door  de  nazi's niet  terug kan naar Duitsland, werd  in België  welkom gejuicht  en  beschermd door  de  Belgische  koninklijke familie: koning Albert  en  koningin Elisabeth die  goede  vrienden waren   geworden.  Hij  kreeg een villa in De Haan (Le  Coq-sur-Mer) een  kleine  badplaats  aan   de  Belgische kust en  Lemaître  bezocht  hem  daar een keer. Tijdens  zijn  verblijf in België gaf Einstein  drie  seminars  over  SpinorTheorie    aan  de "Fondation  Universitaire"in  het centrum van Brussel. Théophile  De Donder  organiseerde  een van deze seminars. Het is     vermeldenswaardig dat De   Donder  Lemaître  aan  het  begin van zijn  carrière diep heeft beïnvloed  met betrekking tot    zijn  begrip  van de relativiteitstheorie  . Zijn eerste  wetenschappelijke  artikel is in  feite  gewijd  aan  een  versie  van  de berekening van  variaties gebouwd  door De Donder. Lemaître werd  door  Einstein  uitgenodigd om ook te  spreken  over  Spinor  Theory. Sommige  journalisten vroegen  Einstein  of  iemand  in  het  publiek  iets  had  begrepen  tijdens  zijn  gesprekken? En  lachend antwoorddeEinstein: "De Donder misschien, Abbé Lemaître  zeker!" Spinortheorie    is een  zeer  belangrijke  theorie die wordt gebruikt om het  relativistische  elektron te beschrijven . Sir Arthur  Eddington,     een  van  de  professoren van Lemaître in Cambridge (VK) introduceerde  hem  in  het algebraïsche formalisme  van  een  dergelijke theorie. Lemaître leverde  ook  bijdragen  aan  deze  theorie,  vooruitlopend op enkele  werken  van  de beroemde  Italiaanse  natuurkundige  Ettore  Majorana,  en nog steeds  aan  het einde van zijn leven besteedde  Lemaître  aandacht  aan deze  theorie,  onderwees  het in zijn  Leuvense  lezingen  en  besprak  over  dit  gebied  met  de  beroemde  Franse  wiskundige  Elie Cartan.


Lemaître ging in  januari  1935 terug naar  de  VS,  omdat hij was  uitgenodigd  door  de School of Mathematics   van  het Institute for Advanced  Study, inPrinceton,  waar Einstein was benoemd tot  professor. Tijdens  zijn  verblijf organiseerde Lemaître  een bijeenkomst van  enkele  hoogleraren van  het  Instituut  over  de  laatste  ideeën van Einstein  over  zijn  theorie  van  unitair  veld. Maar in  feite realiseerde Lemaître  zich  dat de ideeën van die  Einsteins  ideeën  niet  goed werden geaccepteerd,  omdat  velen van mening waren   dat  hij  in een doodlopende weg ging.  Lemaître  bewonderde  de  werken van Einstein, maar hij was zich volkomen  bewust  van  de grenzen  van  enkele van zijn laatste  theoretische  pogingen. Hij  ver verwijt   hem    bijvoorbeeld vriendelijk de  neigingte hebben  om in zijn  theorie  van een  unitair  veld  de  concepten  uit  te  sluiten  die niet in zijn eigen  esthetische  ideaal passen . Dit  is  erg  belangrijk omdat  dit  iets  onthult  over  de  filosofie van Lemaître. De  laatste was van mening  dat  een  wetenschapper altijd  de  smalle weg   moet  volgen die op dezelfde  afstand  van  twee  struikelblokken   passeert : "het  bijziend  positivisme  dat niet veel verder kan  gaan dan de  ervaring  en  het  dromerige  idealisme  dat  elk  contact  ermee   verliest ". Lemaître  realiseerde zich  dat  sommige  werken van zijn vriend, die zijn  zwaartekrachttheorie   probeerden  te  veralgemenen ,  evolueerden    naar  dit  laatste  struikelblok.  Lemaître  verlaat  de VS in  juni  1935. In feite was  het de laatste keer dat hij Einstein ontmoette.


In 1949 stelde P.A. Schilpp  Canon Lemaître  voor   om een  hoofdstuk te  schrijven  in een  boek dat Albert Einstein  Filosoof  en Wetenschapper  bewerkte om Einsteins  70ste  verjaardag te  vieren.  In Pasadena  en  Princeton  was een groot  deel van  de  Einstein-Lemaître-discussies   gewijd aan    het  probleem  van  de  kosmologische  constante. Einstein  wilde    het  onderdrukken  en  Lemaître vond    het  een  zeer  belangrijke,  maar  misschien  nog  niet  goed  geformuleerdetermvan  het  relativistische  kosmologie  formalisme. In een brief van 30  juli  1947  aan Einstein zei    Canon dat hij van mening was dat    de  introductie  van de kosmologische constante een van zijn  grootste  bijdragen  aan de  wetenschap was!    Daarom besloot  Lemaître  een  tekst  over  deze constante te  sturen,  als een manier om de  Pasadena-discussies  voort te  zetten . Tegenwoordig  is  het interessant  om te  beseffen  dat  Lemaître in  feite  een  zeer diepe  en  juiste  intuïtiehad. In  feite tonen de  recente  astronomische  gegevens aan  dat  de  kosmologische  constante  niet kan worden  geëlimineerd  omdat  deze  verband houdt met    de  waargenomen  versnelling  van  het  universum  en  met  de  beroemde "donkere  energie". Om  de  betekenis  van  deze constante duidelijk   te  begrijpen, hebben we  waarschijnlijk  een kwantumveldentheorie nodig  en  Lemaître  dacht  hetzelfde     . Lemaître  heeft     Einstein nooit  overtuigd van  zijn  interpretatie  van  de  kosmologische constante. En  de  Canon  bekende zelfs dat hij niet  altijd  de argumenten had begrepen  die  de  vader  van  de   relativiteitstheorie     gebruikte om van  de  beroemde constante af  te   komen.   Tot  het  einde van zijn leven was Einstein van mening  dat  het  "afschuwelijk" zou  zijn (zoals hij  zei  in zijn  antwoord op    de  hierboven geciteerde brief van 1947 )  om aan te  nemen  dat  gravitatie bestaat uit twee logisch  onafhankelijke termen:  een  die aantrekkelijk is (zoals in  het  klassieke  geval)  en  de  andere    die  weerzinwekkend  is  en wordt beschreven  door  de  kosmologische   constante. We  kunnen  hier een  verschil  benadrukken  tussen  beide  fysici. In  de theoretische  natuurkundelietLemaître zich  niet  eerst  leiden door  esthetische  of  logische  overwegingen. Hij  weigerde   vaak te ver te gaan in wiskundige  speculaties  en  hij  probeerde  in de buurt te  blijven  van  waarnemingen die onvolledige of  benaderende formalismen accepteerden.   Einsteins  standpunt  over  de  kosmologische  constante is  zeer  belangrijk.   In 1945,  na   het bijwonen van een conferentie van Lemaître in  Fribourg  (Zwitserland),  besprak Einsteins  goede  vriendMichele  Besso  met  hem het feit  dat   de Canon  weigerde de  constante  op nul te    zetten.       


We kunnen  concluderen    dat  Lemaître  zeker  een  van  de  wetenschappers was die  de  algemene  relativiteitstheorie diep  begreep . Ondanks   hun  theoretische  en  filosofische  discrepanties  onthullen de  discussie  en  de  brieven  dat  Einstein  lemaître's kosmologische  bijdragen waardeerde . In het bijzijn van Einstein heeft Canon Lemaître nooit     de  posities veranderd die hij  als fundamenteel   beschouwde.      Integendeel,hij  probeerde de beroemde  vader  van  de   relativiteitstheorie    te  overtuigen  van  de relevantie van zijn  ideeën  over  de  uitbreiding  van  het  universum,  de  initiële  singulariteit  en  de  kosmologische  constante. We weten  dat  Einstein  zijn  positie veranderde door het  idee  van  een  uitdijend  universumte accepteren.  De  reden  is  niet  direct gerelateerd  aan  een  gesprek  met  Georges Lemaître, maar we  kunnen  aannemen  dat  Lemaître's artikel uit 1927  een  rol had kunnen  spelen    in  deze  theoretische  bekering. Lemaître heeft een  grote  bewondering  voor  Albert Einstein,  de  wetenschapper  en de  denker,  die  door  hem  werd  beschouwd  als  een van "de edelste  geesten  van de mensheid"