Fra 1905, året hvor han fik sin doktorgrad, gennem 1920'erne, gjorde Albert Einstein en række opdagelser og formuleringer, der fundamentalt ændrede menneskehedens forståelse af tid, stof og fundamentet for virkelighed. Skønt Einstein viet sine senere årtier til politisk aktivisme, hans mest bemærkelsesværdige videnskabelige gennembrud tjente ham en fast plads i historiens annaler og skabte udviklingen af helt nye felter af undersøgelse.
Den berømte formulering
Formentlig den mest berømte og genkendelige videnskabelige formel nogensinde, E = mc ^ 2 optrådte i Einsteins "Special Relativeity Theory", der først blev offentliggjort i 1905. Formlen viser, hvordan et objekts masse stammer fra delingen af dets kinetiske energi med kvadratet af lysets hastighed. Formelens banebrydende konklusion præsenterer energi og masse som udskiftelige enheder og forener tre tilsyneladende forskellige naturlige elementer. Ligningen har dybe konsekvenser for udviklingen af nye strømkilder og viser, hvordan trykket og varmen i hjertet af solen omdanner masse direkte til energi.
Generel relativitet
Einsteins "Generelle relativitet", udgivet i 1915, fortsatte, hvor "Special relativitetsteori" slap. Den underliggende forestilling om generel relativitet udvikler sig fra optagelsen af acceleration i den tidligere teori. Det mest betydningsfulde aspekt af generel relativitet beskriver den forvrængning, som massive genstande gengiver på rumtid. Denne forvrængning trækker mindre objekter mod det større, hvilket forklarer eksistensen af tyngdekraften. Præsentationen af rumtid som formbar betyder, at tiden i sig selv ikke er konstant. Einsteins generelle relativitetsteori har fået bekræftelse fra observeret fænomen, såsom tyngdekraftlinse og ændringer i Kviksølvs bane. Generel relativitet indeholder også de første konsekvenser af mørkt stof. En fejl bemærket af Einstein og hans kollega, Willem de Sitter, bidrog til opdagelsen af mørkt stof i Jan Oorts observationer af stjernebevægelser.
Den absolutte natur af lys
Einsteins relativitetsteorier er i vid udstrækning afhængige af hans forestilling om lysets hastighed som en absolut. Forud for dette fastslog konventionel viden, at rum og tid tjente som de absolutte begreber, som fysik blev grundlagt på. Einstein mente, at lysets hastighed forbliver den samme under alle forhold, selv i vakuum, og kan aldrig øges. For eksempel vil en genstand, der kastes med lysets hastighed fra et køretøj, der bevæger sig med samme hastighed, ikke bevæge sig forbi køretøjet. Einstein præsenterede også lys som en samling af partikler snarere end en bølge. Denne teori, der vandt Einstein Nobelprisen i fysik i 1921, bidrog til udviklingen af kvantefysik.
Andre vigtige præstationer
I et papir fra 1905 præsenterede Einstein en ligning, der forklarede tilfældige bevægelser af partikler, kendt som Brownian bevægelse som følge af stød med hidtil ukendte molekyler, som udgjorde grundlaget for partikler teori. I 1910 udgav Einstein et papir om kritisk opalens, som forklarer fænomenet med lysdispersion, der giver himlen sin farve. I 1924 trak Einstein implikationer fra Satyendra Boses teori om sammensætningen af lys for at forklare strukturen af atomer. Den såkaldte Bose-Einstein-statistik giver nu indsigt i samlingen af bosonpartikler.