Od 1905. godine, godine kada je doktorirao, do 1920-ih, Albert Einstein napravio je niz otkrića i formulacije koje su iz temelja promijenile čovjekovo razumijevanje vremena, materije i temelja stvarnost. Iako je Einstein svoja kasnija desetljeća posvetio političkom aktivizmu, svoja najznačajnija znanstvena dostignuća stekao mu je stalno mjesto u analima povijesti i iznjedrio razvoj posve novih područja studija.
Poznata formulacija
Vjerojatno najpoznatija i najprepoznatljivija znanstvena formula svih vremena, E = mc ^ 2 pojavio se u Einsteinovoj "Posebnoj teoriji relativnosti", prvi put objavljenoj 1905. godine. Formula pokazuje kako masa objekta proizlazi iz podjele njegove kinetičke energije kvadratom brzine svjetlosti. Koračni zaključak formule predstavlja energiju i masu kao zamjenjive cjeline i ujedinjuje tri naizgled različita prirodna elementa. Jednadžba duboko utječe na razvoj novih izvora energije i pokazuje kako tlak i toplina u srcu sunca pretvaraju masu izravno u energiju.
Opća relativnost
Einsteinova "Opća relativnost", objavljena 1915. godine, nastavila je tamo gdje je "Posebna teorija relativnosti" stala. Temeljni pojam opće relativnosti razvija se uključivanjem ubrzanja u prethodnu teoriju. Najznačajniji aspekt opće relativnosti opisuje iskrivljenje koje masivni objekti stvaraju u prostoru-vremenu. Ovo izobličenje privlači manje predmete prema većima, što objašnjava postojanje gravitacije. Prikazivanje prostora-vremena kao podatnog znači da vrijeme samo po sebi nije konstanta. Einsteinova teorija opće relativnosti dobila je potvrdu od promatranog fenomena, poput gravitacijskog sočiva i promjena u Merkurovoj orbiti. Opća relativnost također sadrži prve implikacije tamne materije. Pogreška na koju su primijetili Einstein i njegov kolega Willem de Sitter doprinijela je otkrivanju tamne tvari u promatranjima zvjezdanih kretanja Jana Oorta.
Apsolutna priroda svjetlosti
Einsteinove teorije relativnosti velikim se dijelom oslanjaju na njegov pojam brzine svjetlosti kao apsolutne. Prije toga, konvencionalno znanje smatralo je da su prostor i vrijeme služili kao apsolutni koncepti na kojima se temeljila fizika. Einstein je smatrao da brzina svjetlosti ostaje ista pod bilo kojim uvjetima, čak i u vakuumu, i nikada se ne može povećati. Na primjer, objekt izbačen brzinom svjetlosti iz vozila koje se kreće istom brzinom ne bi prošao dalje od vozila. Einstein je također predstavio svjetlost kao kolekciju čestica, a ne kao val. Ova teorija, koja je Einsteinu 1921. godine donijela Nobelovu nagradu za fiziku, pridonijela je razvoju kvantne fizike.
Ostala važna postignuća
U radu iz 1905. godine Einstein je predstavio jednadžbu koja je objasnila slučajna kretanja čestica, poznatu kao Brownian kretanje, kao rezultat udara do tada nepoznatim molekulama, koji su predstavljali temelj čestici teorija. 1910. Einstein je objavio rad o kritičnoj opalescenciji, koji objašnjava fenomen disperzije svjetlosti koji nebu daje boju. 1924. Einstein je izvukao implikacije iz teorije Satyendre Bose na sastav svjetlosti kako bi objasnio strukturu atoma. Takozvana Bose-Einsteinova statistika sada pruža uvid u sklop čestica bozona.