NAUCNI RAD

Током 1905. године, у своје слободно време, он је написао четири чланка која су послужила за заснивање модерне физике, без много научне литературе на коју би се могао позвати, или много колега научника са којима би о томе могао продискутовати. Већина физичара се слаже да су три од ових чланака (о Брауновом кретању, фотоелектричном ефекту и специјалној релативности заслуживали да буду награђени Нобеловом наградом. Али само рад о фотоелектричном ефекту био је споменут од стране Нобеловог комитета приликом додељивања награде, јер је у то време само иза њега стајало много неоспорних, експерименталних, доказа, док је за друге Ајнштајнове радове Нобелов комитет изразио мишљење да би они требало да буду потврђени у току будућег времена.

Неко би могао да сматра ироничним што је награда додељена за фотоелектрични ефекат, не само зато што је Ајнштајн највише познат по теорији релативности, већ такође и зато што је фотоефекат квантни феномен, а Ајнштајн је, због нечега, касније постао разочаран курсем који квантна теорија заузела у своме даљем развоју. Ајнштајн је објавио серију ових научних радова у ”Аналима физике” (Annalen der Physik). Уобичајено је да се они данас називају Annus Mirabilis научни радови (од латинске фразе Annus mirabilis што на латинском значи “Година чуда”). Међународна унија за чисту и примењену физику (The International Union of Pure and Applied Physics, IUPAP) обележила је 100. годину од објављивања његових опсежних научних радова у 1905. као Светску годину физике 2005 (World Year of Physics 2005).

Први рад, назван "О једном хеуристичком гледању на произвођење и трансформацију светлости" ("On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light", или у оригиналу на немачком, "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt") био је посебно цитиран у саопштењу поводом доделе Нобелове награде. У овом раду, Ајнштајн проширује Макс Планкову хипотезу (E = hν) о дискретним делићима енергије, на своју властиту хипотезу да се електромагнетна енергија (светлост) такође емитује из материје или апсорбује у дискретним делићима-квантима чији је износ hν (где је h Планкова константа, a ν je фреквенција светлости, предлажући тако нови закон

E_{\mathrm{max}} = h\nu - P\,

као објашњење фотоелектричног ефекта, једнако као и својстава других појава фотолуминисценције и фотојонизације. У каснијим радовима, Ајнштајн користи овај закон да опише Волтин ефекат (1906), настанак секундарних катодних зракова (1909) и високофреквентну границу закочног зрачења (1911). Кључни Ајнштајнов допринос је у његовом тврђењу да је квантизација енергије уопште, суштинско својство светлости, а не само, као што је Макс Планк веровао, нека врста ограничења у интеракцији између светлости и материје. Један други, често превиђани, допринос овога рада представља Ајнштајнова изванредна процена (6.17 \times 1023) Авогадровог броја (6.02 \times 1023). Међутим, како Ајнштајн у овом раду „није“ предложио да је светлост састављена од честица, концепт светлости као снопа „фотона“ неће ни бити предложен све до 1909 (видети испод). Његов други чланак 1905, под називом "О кретању—захтевано од стране Молекуларне кинетичке теорије топлоте—малих честица суспендованих у непокретној течности" ("On the Motion—Required by the Molecular Kinetic Theory of Heat—of Small Particles Suspended in a Stationary Liquid", или на немачком, "Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen"), покрива његову студију Брауновог кретања и обезбеђује емпријске доказе за постојање атома. Пре појаве овог чланка, атом је био прихваћен као користан концепт, али физичари и хемичари су се ватрено расправљали да ли су атоми реални ентитети или нису. Ајнштајново статистичко разматрање понашања атома дало је експериментаторима начин да броје атоме гледајући кроз обични микроскоп. Вилхелм Освалд (Wilhelm Ostwald), један од вођа анти-атомске школе, касније се поверио Арнолду Зомерфелду (Arnold Sommerfeld) да се његова сумња у атоме преобратила у веровање захваљујући Ајнштајновом потпуном објашњењу Брауновог кретања. .Брауново кретање било је такође објашњено и од стране Луја Башелијера (Louis Bachelier) 1900. године. Ајнштајнов трећи рад исте године, "О електродинамици покретних тела" ("On the Electrodynamics of Moving Bodies", или у оригиналу, "Zur Elektrodynamik bewegter Körper"), био је објављен јуна месеца 1905. Овај рад представља увод у Специјалну теорију релативности, као теорију времена, простора, масе и енергије, која је у сагласности са теоријом електромагнетизма, али не описује појаву гравитације. Док је развијао овај свој чланак, Ајнштајн је о њему писао Милеви као о „нашем раду о релативном кретању“, и ово је навело неке да претпоставе да је и Милева имала своју улогу у стварању овог чувеног научног рада.

Неколицина историчара науке верују да су и Ајнштајн и његова жена обоје били упознати са тиме да је чувени француски математички физичар Анри Поенкаре био већ објавио релативистичке једначине, пар недеља пре него што је Ајнштајн пријавио свој рад за објављивање. Али многи верују да је њихов рад независан и да се разликује од Поенкареовог рада у много преломних момената, наиме, у погледу „етера“, Ајнштајн одриче постојање етера, док га Поенкаре сматра сувишним. Слично томе, још увек је дискутабилно да ли је он знао за рад из 1904 Хендрика Антона Лоренца, који садржи у себи већи део једначина ове теорије и на кога се Поенкаре позива у свом раду. Већина историчара, међутим, верује да се ајнштајновска релативност разликује на много кључних начина од других теорија релативности које су кружиле у то време, и да многа питања у вези са приоритетом овог открића израстају из обмањиве слике Ајнштајна као генија који је радио у потпуној изолацији. [10] Мада је сигурно да је Ајнштајн дискутовао о физици са Милевом, не постоје солидни докази о томе да је она учинила неки значајан допринос његовом раду.

У четвртом раду, "Да ли инерција тела зависи од његовог енергетског садржаја?" ("Does the Inertia of a Body Depend Upon Its Energy Content?", или у оригиналу "Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?"), објављеном крајем 1905, он показује да је из релативистичких аксиома могуће извести чувену једнакост која изражава еквиваленцију између масе и енергије. Енергетски еквивалент (E) неког износа масе (m) једнак је маси помноженој са квадратом брзине светлости (c): E = mc2. Међутим, Поенкаре је био први који је објавио ову “енергетску једнакост” 1900. године, у незнатно другачијој форми, наиме као: m = E / c2 — видети такође Оспоравање приоритета открића релативности.

Средње године

Ајнштајн 1911. на Солвеј конференцији                .

Године 1906, Ајнштајн је промовисан у звање техничког испитивача друге класе. У 1908., добио је лиценцу за рад у Берну, Швајцарска, као Приватдоцент (Privatdozent) (неплаћени наставник на универзитету). Током тог времена, Ајнштајн описује зашто је небо плаво у своме раду о појави критичне опалесценције, који показује кумулативне ефекте расипања светлости на појединачним молекулима у атомосфери.

У 1911. години, Ајнштајн постаје најпре ванредни професор на Универзитету Цирих, а убрзо после тога и редовни професор на немачкој говорној секцији Карловог универзитета у Прагу. Док је био у Прагу, Ајнштајн објављује рад у коме позива астрономе да провере два предвиђања његове Опште теорије релативности која је још у развоју, а ради се о савијању светлости у гравитационом пољу, мерљивом за време помрачења Сунца, и о гравитационом црвеном помаку Сунчевих спектралних линија у односу на одговарајуће спектралне линије произведене на површини Земље. Млади немачки астроном Ервин Фројндлич (Erwin Freundlich), започиње сарадњу са Ајнштајном и узбуњује друге астрономе широм света у вези са овим Ајнштајновим астрономским проверама.[12] 1912. године, Ајнштајн се враћа у Цирих у намери да постане редовни професор на ЕТХ Цирих. У то време, он тесно сарађује са математичарем Марселом Гросманом, који га упознаје са Римановом геометријом. У 1912., Ајнштајн почиње да назива време четвртом димензијом (мада је Х.Г. Велс (H.G. Wells) урадио то исто раније, у своме делу “Временска машина”' (“The Time Machine”) из 1895. године) Године 1914., одмах пред почетак Првог светског рата, Ајнштајн се настањује у Берлину као професор на локалном универзитету и постаје члан Пруске академије наука. Он узима пруско држављанство. Од 1914 до 1933, он је на дужности директора Кајзер Вилхелм института за физику у Берлину. Он такође задржава место ванредног професора на Лајденском универзитету од 1920 до 1946, где редовно одржава гостујућа предавања. Године 1917, Ајнштајн објављује "О Квантној механици зрачења" ("On the Quantum Mechanics of Radiation", или у оригиналу,"Zur Quantentheorie der Strahlung," Physkalische Zeitschrift 18, 121–128). Овим чланком уводи се концепт стимулисане емисије, физичког принципа који омогућава појачавање светлости у ласеру. Такође исте године, он објављује и рад у којем користи Општу теорију релативности да би изградио модел целог свемира, припремајући тако позорницу за наступање модерне физичке космологије. У том раду он уводи и познату космолошку константу, коју је касније, како Џорџ Гамов тврди, у једном њиховом разговору назвао “највећом погрешком у његовом животу” (“the biggest blunder of his life”).[13][14]


14. маја 1904, родио се Албертов и Милевин први син, Ханс Алберт Ајнштајн, (Hans Albert Einstein). Њихов други син, Едуард Ајнштајн, (Eduard Einstein) , рођен је 28. јула, 1910. Ханс Алберт ће касније постати професор хидрауличког инжињеринга на Универзитету Калифорније, Беркли, имајући веома мало контаката са својим оцем, али делећи његову љубав ка једрењу и музици. Млађи брат, Едуард, желео је да развије праксу фројдовског психоаналитичара, али је институцијализован због шизофреније и умро је у једном азилу. Ајнштајн се развео од Милеве 14. фебруара, 1919., да би оженио Елзу Ловентал (Elsa Löwenthal), рођену Ајнштајн, (Ловентал је било презиме њеног првог мужа, Макса) 2. јуна, 1919.. Елза је била Албертова прва рођака са мајчине стране, и његова рођака у другом колену са очеве стране. Била је три године старија од Алберта, и неговала га је као болничарка, након што је претрпео делимични слом живаца комбинован са јаким стомачним боловима. У овом браку није било деце.