Από το 1905, τη χρονιά που απέκτησε το διδακτορικό του, μέχρι τη δεκαετία του 1920, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν έκανε μια σειρά ανακαλύψεων και διατυπώσεις που άλλαξαν ριζικά την κατανόηση του χρόνου, της ύλης και των θεμελίων της ανθρωπότητας πραγματικότητα. Αν και ο Αϊνστάιν αφιέρωσε τις μετέπειτα δεκαετίες του στον πολιτικό ακτιβισμό, οι πιο αξιοσημείωτες επιστημονικές ανακαλύψεις του του κέρδισε μόνιμη θέση στα ιστορικά της ιστορίας και δημιούργησε την ανάπτυξη εντελώς νέων πεδίων της μελέτη.
Η διάσημη διατύπωση
Αναμφισβήτητα ο πιο διάσημος και αναγνωρίσιμος επιστημονικός τύπος όλων των εποχών, το E = mc ^ 2 εμφανίστηκε στην «Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας» του Αϊνστάιν, που δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά το 1905. Ο τύπος δείχνει πώς προέρχεται η μάζα ενός αντικειμένου από τον διαχωρισμό της κινητικής του ενέργειας από το τετράγωνο της ταχύτητας του φωτός. Το πρωτοποριακό συμπέρασμα του τύπου παρουσιάζει ενέργεια και μάζα ως εναλλάξιμες οντότητες και ενώνει τρία φαινομενικά ανόμοια φυσικά στοιχεία. Η εξίσωση έχει βαθιές επιπτώσεις στην ανάπτυξη νέων πηγών ενέργειας και δείχνει πώς η πίεση και η θερμότητα στην καρδιά του ήλιου μετατρέπουν τη μάζα απευθείας σε ενέργεια.
Γενική Σχετικότητα
Η «Γενική Σχετικότητα» του Αϊνστάιν, που δημοσιεύθηκε το 1915, ξεκίνησε από εκεί που σταμάτησε η «Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας». Η βασική έννοια της γενικής σχετικότητας αναπτύσσεται από τη συμπερίληψη της επιτάχυνσης στην προηγούμενη θεωρία. Η πιο σημαντική πτυχή της γενικής σχετικότητας περιγράφει την παραμόρφωση που αποδίδουν τεράστια αντικείμενα στον χωροχρόνο. Αυτή η παραμόρφωση προσελκύει μικρότερα αντικείμενα προς το μεγαλύτερο, γεγονός που εξηγεί την ύπαρξη βαρύτητας. Η παρουσίαση του χωροχρόνου ως εύπλαστη σημαίνει ότι ο ίδιος ο χρόνος δεν είναι σταθερός. Η θεωρία γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν έχει συγκεντρώσει επιβεβαίωση από παρατηρούμενο φαινόμενο, όπως ο βαρυτικός φακός και οι αλλαγές στην τροχιά του Ερμή. Η γενική σχετικότητα περιέχει επίσης τις πρώτες επιπτώσεις της σκοτεινής ύλης. Ένα σφάλμα που παρατηρήθηκε από τον Αϊνστάιν και τον συνάδελφό του, Willem de Sitter, συνέβαλε στην ανακάλυψη της σκοτεινής ύλης στις παρατηρήσεις του Jan Oort για αστρικές κινήσεις.
Η απόλυτη φύση του φωτός
Οι θεωρίες σχετικότητας του Αϊνστάιν βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην ιδέα του για την ταχύτητα του φωτός ως απόλυτο. Πριν από αυτό, η συμβατική γνώση υποστήριζε ότι ο χώρος και ο χρόνος χρησίμευαν ως οι απόλυτες έννοιες στις οποίες βασίστηκε η φυσική. Ο Αϊνστάιν υποστήριξε ότι η ταχύτητα του φωτός παραμένει η ίδια υπό οποιεσδήποτε συνθήκες, ακόμη και σε κενό, και δεν μπορεί ποτέ να αυξηθεί. Για παράδειγμα, ένα αντικείμενο που εκτοξεύτηκε με την ταχύτητα του φωτός από ένα όχημα που κινείται με την ίδια ταχύτητα δεν θα προχωρούσε πέρα από το όχημα. Ο Αϊνστάιν παρουσίασε επίσης το φως ως συλλογή σωματιδίων, παρά ως κύμα. Αυτή η θεωρία, που κέρδισε τον Αϊνστάιν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής του 1921, συνέβαλε στην ανάπτυξη της κβαντικής φυσικής.
Άλλα σημαντικά επιτεύγματα
Σε ένα έγγραφο του 1905, ο Αϊνστάιν παρουσίασε μια εξίσωση που εξήγησε τις τυχαίες κινήσεις των σωματιδίων, γνωστές ως Brownian κίνηση, όπως προκύπτει από κρούσεις με μέχρι τώρα άγνωστα μόρια, τα οποία παρείχαν τα θεμέλια για σωματίδια θεωρία. Το 1910, ο Αϊνστάιν δημοσίευσε ένα άρθρο σχετικά με την κριτική αδιαφάνεια, η οποία εξηγεί το φαινόμενο της διασποράς του φωτός που δίνει στον ουρανό το χρώμα του. Το 1924, ο Αϊνστάιν αντλεί επιπτώσεις από τη θεωρία του Satyendra Bose στη σύνθεση του φωτός για να εξηγήσει τη δομή των ατόμων. Η λεγόμενη στατιστική Bose-Einstein παρέχει τώρα εικόνα για τη συναρμολόγηση σωματιδίων βοσών.