פריצות הדרך העיקריות של אלברט איינשטיין

משנת 1905, השנה בה קיבל את הדוקטורט שלו, עד שנות העשרים של המאה העשרים, אלברט איינשטיין גילה סדרה של תגליות וניסוחים ששינו מהותית את הבנת האדם את הזמן, את החומר ואת היסודות של מְצִיאוּת. אף על פי שאיינשטיין הקדיש את העשורים המאוחרים שלו לאקטיביזם פוליטי, פריצות הדרך המדעיות הבולטות ביותר שלו זיכה אותו במקום קבוע בתולדות ההיסטוריה והוליד התפתחות תחומים חדשים לגמרי של לימוד.

ניתן לטעון שהנוסחה המדעית המפורסמת והמוכרת ביותר בכל הזמנים, E = mc ^ 2 הופיעה ב"תיאוריית היחסות המיוחדת "של איינשטיין, שפורסמה לראשונה בשנת 1905. הנוסחה מראה כיצד מסת האובייקט נגזרת מחלוקת האנרגיה הקינטית שלו בריבוע מהירות האור. המסקנה פורצת הדרך של הנוסחה מציגה אנרגיה ומסה כישויות מתחלפות ומאחדת שלושה אלמנטים טבעיים שונים ככל הנראה. למשוואה יש השלכות עמוקות על התפתחות מקורות כוח חדשים ומראה כיצד הלחץ והחום בלב השמש ממירים מסה ישירות לאנרגיה.

"היחסות הכללית" של איינשטיין, שפורסם בשנת 1915, התחלף במקום בו "תורת היחסות המיוחדת" הפסיקה. התפיסה הבסיסית של תורת היחסות הכללית מתפתחת מהכללת האצה לתאוריה הקודמת. ההיבט המשמעותי ביותר של תורת היחסות הכללית מתאר את העיוות שמעצמים עצמים מסיביים במרחב-זמן. עיוות זה מושך עצמים קטנים יותר לעבר הגדול יותר, מה שמסביר את קיומה של כוח המשיכה. הצגת הזמן-מרחב כגמישה פירושה שהזמן עצמו אינו קבוע. תורת היחסות הכללית של איינשטיין גרפה אישור מתופעה שנצפתה, כמו עדשות כוח משיכה ושינויים במסלול של מרקורי. תורת היחסות הכללית מכילה גם את ההשלכות הראשונות של חומר אפל. טעות שהעירו איינשטיין ועמיתו, וילם דה סיטר, תרמה לגילוי החומר האפל בתצפיות של יאן אורט על תנועות הכוכבים.

תיאוריות היחסות של איינשטיין נשענות במידה רבה על תפיסתו את מהירות האור כמוחלט. לפני כן, הידע המקובל קבע כי מרחב וזמן משמשים כמושגים המוחלטים עליהם התבססה הפיזיקה. איינשטיין קבע כי מהירות האור נותרה זהה בכל מצב, אפילו בחלל ריק, ולעולם אינה יכולה לעלות. לדוגמא, חפץ שנזרק במהירות האור מרכב שנע באותה מהירות לא יתקדם מעבר לרכב. איינשטיין גם הציג את האור כאוסף של חלקיקים, ולא כגל. תיאוריה זו, שזיכתה את איינשטיין בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1921, תרמה להתפתחות הפיזיקה הקוונטית.

במאמר משנת 1905 הציג איינשטיין משוואה שהסבירה את התנועות האקראיות של חלקיקים, המכונות בראוניאן תנועה, כתוצאה מהשפעות עם מולקולות לא ידועות עד כה, אשר היוו את היסוד לחלקיק תֵאוֹרִיָה. בשנת 1910 פרסם איינשטיין מאמר בנושא גוון קריטי קריטי, המסביר את תופעת פיזור האור שמעניקה לשמיים את צבעם. בשנת 1924, איינשטיין שאב השלכות מתיאוריה של סטיאנדרה בוס על הרכב האור כדי להסביר את מבנה האטומים. הסטטיסטיקה כביכול של Bose-Einstein מספקת כעת תובנה להרכבת חלקיקי בוזון.