Od roku 1905, roku, kdy získal doktorát, provedl Albert Einstein ve 20. letech řadu objevů a formulace, které zásadně změnily chápání času, hmoty a základů lidstva realita. Ačkoli Einstein věnoval svá pozdější desetiletí politickému aktivismu, jeho nejpozoruhodnějším vědeckým průlomům mu vyneslo trvalé místo v análech historie a plodil vývoj zcela nových oborů studie.
Slavná formulace
Pravděpodobně nejslavnější a nejznámější vědecký vzorec všech dob, E = mc ^ 2 se objevil v Einsteinově „Speciální teorii relativity“, která byla poprvé publikována v roce 1905. Vzorec ukazuje, jak hmota objektu pochází z dělení jeho kinetické energie druhou mocninou rychlosti světla. Průkopnický závěr vzorce představuje energii a hmotu jako zaměnitelné entity a spojuje tři zjevně nesourodé přírodní prvky. Rovnice má hluboké důsledky pro vývoj nových zdrojů energie a ukazuje, jak tlak a teplo v srdci slunce přeměňují hmotu přímo na energii.
Obecná relativita
Einsteinova „Obecná relativita“ publikovaná v roce 1915 pokračovala tam, kde „Speciální teorie relativity“ skončila. Základní pojem obecné relativity se vyvíjí od začlenění zrychlení do předchozí teorie. Nejvýznamnější aspekt obecné relativity popisuje zkreslení, které masivní objekty vykreslují v časoprostoru. Toto zkreslení přitahuje menší objekty k větším, což vysvětluje existenci gravitace. Prezentace časoprostoru jako tvárné znamená, že čas sám o sobě není konstanta. Einsteinova teorie obecné relativity získala potvrzení z pozorovaného jevu, jako je gravitační čočka a změny na oběžné dráze Merkuru. Obecná relativita také obsahuje první důsledky temné hmoty. Chyba, na kterou upozornil Einstein a jeho kolega Willem de Sitter, přispěla k objevu temné hmoty v pozorování hvězdných pohybů Jana Oorta.
Absolutní podstata světla
Einsteinovy teorie relativity se z velké části spoléhají na jeho představu o rychlosti světla jako absolutní. Před tím si konvenční znalosti myslely, že prostor a čas sloužily jako absolutní pojmy, na nichž byla založena fyzika. Einstein si myslel, že rychlost světla zůstává stejná za jakýchkoli podmínek, dokonce i ve vakuu, a nikdy se nemůže zvýšit. Například objekt vrhaný rychlostí světla z vozidla pohybujícího se stejnou rychlostí by se neprošel kolem vozidla. Einstein také prezentoval světlo jako soubor částic, spíše než vlnu. Tato teorie, která získala Einsteina v roce 1921 Nobelovou cenou za fyziku, přispěla k rozvoji kvantové fyziky.
Další důležité úspěchy
V článku z roku 1905 představil Einstein rovnici, která vysvětlovala náhodné pohyby částic, známé jako Brownian pohyb, jako důsledek nárazů s dosud neznámými molekulami, které poskytly základ pro částice teorie. V roce 1910 Einstein publikoval článek o kritické opalescenci, který vysvětluje fenomén rozptylu světla, který dává obloze jeho barvu. V roce 1924 Einstein vyvodil důsledky teorie Satyendry Bose o složení světla, aby vysvětlil strukturu atomů. Tzv. Bose-Einsteinova statistika nyní poskytuje pohled na sestavu bosonových částic.