Od roku 1905, v roku, keď získal doktorát, uskutočnil Albert Einstein v 20. rokoch 20. storočia sériu objavov a formulácie, ktoré zásadne zmenili chápanie času, hmoty a základov ľudstva realita. Aj keď svoje ďalšie desaťročia venoval Einstein politickému aktivizmu, jeho najvýznamnejším vedeckým prielomom mu vynieslo trvalé miesto v dejinách a priniesol vývoj úplne nových oblastí štúdium.
Slávna formulácia
Pravdepodobne najslávnejší a najuznávanejší vedecký vzorec všetkých čias, E = mc ^ 2, sa objavil v Einsteinovej „Špeciálnej teórii relativity“, ktorá bola prvýkrát publikovaná v roku 1905. Vzorec ukazuje, ako sa hmotnosť objektu odvodzuje z rozdelenia jeho kinetickej energie druhou mocninou rýchlosti svetla. Prelomový záver vzorca predstavuje energiu a hmotu ako zameniteľné entity a spája tri zjavne odlišné prírodné prvky. Rovnica má hlboké dôsledky pre vývoj nových zdrojov energie a ukazuje, ako tlak a teplo v srdci slnka premieňajú hmotu priamo na energiu.
Všeobecná relativita
Einsteinova „Všeobecná relativita“ publikovaná v roku 1915 pokračovala tam, kde „Špeciálna teória relativity“ skončila. Základná predstava všeobecnej teórie relativity sa vyvíja od zahrnutia akcelerácie do predchádzajúcej teórie. Najvýznamnejší aspekt všeobecnej relativity popisuje skreslenie, ktoré vytvárajú masívne objekty v časopriestore. Toto skreslenie priťahuje menšie objekty k tým väčším, čo vysvetľuje existenciu gravitácie. Prezentácia časopriestoru ako tvárna znamená, že čas sám o sebe nie je konštanta. Einsteinova teória všeobecnej relativity získala potvrdenie z pozorovaných javov, ako sú gravitačné šošovky a zmeny na obežnej dráhe Merkúra. Všeobecná relativita obsahuje aj prvé dôsledky temnej hmoty. Chyba, na ktorú upozornil Einstein a jeho kolega Willem de Sitter, prispela k objavu temnej hmoty v pozorovaniach hviezdnych pohybov Jana Oorta.
Absolútna podstata svetla
Einsteinove teórie relativity sa vo veľkej miere spoliehajú na jeho predstavu o rýchlosti svetla ako o absolútnej. Predtým si konvenčné poznatky mysleli, že priestor a čas slúžia ako absolútne pojmy, na ktorých bola založená fyzika. Einstein si myslel, že rýchlosť svetla zostáva rovnaká za akýchkoľvek podmienok, dokonca aj vo vákuu, a nikdy sa nemôže zvýšiť. Napríklad predmet vrhnutý rýchlosťou svetla z vozidla pohybujúceho sa rovnakou rýchlosťou by sa nedostal za vozidlo. Einstein tiež predstavil svetlo ako súbor častíc, a nie ako vlnu. Táto teória, ktorá získala Einsteina v roku 1921 Nobelovou cenou za fyziku, prispela k rozvoju kvantovej fyziky.
Ďalšie dôležité úspechy
V dokumente z roku 1905 Einstein predstavil rovnicu, ktorá vysvetľovala náhodné pohyby častíc, známe ako Brownian pohyb, ako dôsledok nárazov s doposiaľ neznámymi molekulami, ktoré poskytli základ pre častice teória. V roku 1910 Einstein publikoval prácu o kritickej opalescencii, ktorá vysvetľuje jav rozptylu svetla, ktorý dodáva oblohe farbu. V roku 1924 Einstein vysvetlil štruktúru atómov z teórie Satyendry Boseovej o zložení svetla. Takzvaná Bose-Einsteinova štatistika teraz poskytuje pohľad na zhromaždenie bozónových častíc.