Neko bi mogao da smatra ironičnim što je nagrada dodeljena za fotoelektrični efekat, ne samo zato što je Ajnštajn najviše poznat po teoriji relativnosti, već takođe i zato što je fotoefekat kvantni fenomen, a Ajnštajn je, zbog nečega, kasnije postao razočaran kursem koji kvantna teorija zauzela u svome daljem razvoju. Ajnštajn je objavio seriju ovih naučnih radova u ”Analima fizike” (Annalen der Physik). Uobičajeno je da se oni danas nazivaju Annus Mirabilis naučni radovi (od latinske fraze Annus mirabilis što na latinskom znači “Godina čuda”). Međunarodna unija za čistu i primenjenu fiziku (The International Union of Pure and Applied Physics, IUPAP) obeležila je 100. godinu od objavljivanja njegovih opsežnih naučnih radova u 1905. kao Svetsku godinu fizike 2005 (World Year of Physics 2005).
Prvi rad, nazvan "O jednom heurističkom gledanju na proizvođenje i transformaciju svetlosti" ("On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light", ili u originalu na nemačkom, "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt") bio je posebno citiran u saopštenju povodom dodele Nobelove nagrade. U ovom radu, Ajnštajn proširuje Maks Plankovu hipotezu (E = hν) o diskretnim delićima energije, na svoju vlastitu hipotezu da se elektromagnetna energija (svetlost) takođe emituje iz materije ili apsorbuje u diskretnim delićima-kvantima čiji je iznos hν (gde je h Plankova konstanta, a ν je frekvencija svetlosti, predlažući tako novi zakon
E_{\mathrm{max}} = h\nu - P\,
kao objašnjenje fotoelektričnog efekta, jednako kao i svojstava drugih pojava fotoluminiscencije i fotojonizacije. U kasnijim radovima, Ajnštajn koristi ovaj zakon da opiše Voltin efekat (1906), nastanak sekundarnih katodnih zrakova (1909) i visokofrekventnu granicu zakočnog zračenja (1911). Ključni Ajnštajnov doprinos je u njegovom tvrđenju da je kvantizacija energije uopšte, suštinsko svojstvo svetlosti, a ne samo, kao što je Maks Plank verovao, neka vrsta ograničenja u interakciji između svetlosti i materije. Jedan drugi, često previđani, doprinos ovoga rada predstavlja Ajnštajnova izvanredna procena (6.17 \times 1023) Avogadrovog broja (6.02 \times 1023). Međutim, kako Ajnštajn u ovom radu „nije“ predložio da je svetlost sastavljena od čestica, koncept svetlosti kao snopa „fotona“ neće ni biti predložen sve do 1909 (videti ispod). Njegov drugi članak 1905, pod nazivom "O kretanju—zahtevano od strane Molekularne kinetičke teorije toplote—malih čestica suspendovanih u nepokretnoj tečnosti" ("On the Motion—Required by the Molecular Kinetic Theory of Heat—of Small Particles Suspended in a Stationary Liquid", ili na nemačkom, "Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen"), pokriva njegovu studiju Braunovog kretanja i obezbeđuje emprijske dokaze za postojanje atoma. Pre pojave ovog članka, atom je bio prihvaćen kao koristan koncept, ali fizičari i hemičari su se vatreno raspravljali da li su atomi realni entiteti ili nisu. Ajnštajnovo statističko razmatranje ponašanja atoma dalo je eksperimentatorima način da broje atome gledajući kroz obični mikroskop. Vilhelm Osvald (Wilhelm Ostwald), jedan od vođa anti-atomske škole, kasnije se poverio Arnoldu Zomerfeldu (Arnold Sommerfeld) da se njegova sumnja u atome preobratila u verovanje zahvaljujući Ajnštajnovom potpunom objašnjenju Braunovog kretanja. .Braunovo kretanje bilo je takođe objašnjeno i od strane Luja Bašelijera (Louis Bachelier) 1900. godine. Ajnštajnov treći rad iste godine, "O elektrodinamici pokretnih tela" ("On the Electrodynamics of Moving Bodies", ili u originalu, "Zur Elektrodynamik bewegter Körper"), bio je objavljen juna meseca 1905. Ovaj rad predstavlja uvod u Specijalnu teoriju relativnosti, kao teoriju vremena, prostora, mase i energije, koja je u saglasnosti sa teorijom elektromagnetizma, ali ne opisuje pojavu gravitacije. Dok je razvijao ovaj svoj članak, Ajnštajn je o njemu pisao Milevi kao o „našem radu o relativnom kretanju“, i ovo je navelo neke da pretpostave da je i Mileva imala svoju ulogu u stvaranju ovog čuvenog naučnog rada.
Nekolicina istoričara nauke veruju da su i Ajnštajn i njegova žena oboje bili upoznati sa time da je čuveni francuski matematički fizičar Anri Poenkare bio već objavio relativističke jednačine, par nedelja pre nego što je Ajnštajn prijavio svoj rad za objavljivanje. Ali mnogi veruju da je njihov rad nezavisan i da se razlikuje od Poenkareovog rada u mnogo prelomnih momenata, naime, u pogledu „etera“, Ajnštajn odriče postojanje etera, dok ga Poenkare smatra suvišnim. Slično tome, još uvek je diskutabilno da li je on znao za rad iz 1904 Hendrika Antona Lorenca, koji sadrži u sebi veći deo jednačina ove teorije i na koga se Poenkare poziva u svom radu. Većina istoričara, međutim, veruje da se ajnštajnovska relativnost razlikuje na mnogo ključnih načina od drugih teorija relativnosti koje su kružile u to vreme, i da mnoga pitanja u vezi sa prioritetom ovog otkrića izrastaju iz obmanjive slike Ajnštajna kao genija koji je radio u potpunoj izolaciji. [10] Mada je sigurno da je Ajnštajn diskutovao o fizici sa Milevom, ne postoje solidni dokazi o tome da je ona učinila neki značajan doprinos njegovom radu.
U četvrtom radu, "Da li inercija tela zavisi od njegovog energetskog sadržaja?" ("Does the Inertia of a Body Depend Upon Its Energy Content?", ili u originalu "Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?"), objavljenom krajem 1905, on pokazuje da je iz relativističkih aksioma moguće izvesti čuvenu jednakost koja izražava ekvivalenciju između mase i energije. Energetski ekvivalent (E) nekog iznosa mase (m) jednak je masi pomnoženoj sa kvadratom brzine svetlosti (c): E = mc2. Međutim, Poenkare je bio prvi koji je objavio ovu “energetsku jednakost” 1900. godine, u neznatno drugačijoj formi, naime kao: m = E / c2 — videti takođe Osporavanje prioriteta otkrića relativnosti.
Srednje godine
Godine
1906, Ajnštajn je promovisan u zvanje tehničkog ispitivača druge klase. U 1908.,
dobio je licencu za rad u Bernu, Švajcarska, kao Privatdocent (Privatdozent)
(neplaćeni nastavnik na univerzitetu). Tokom tog vremena, Ajnštajn opisuje zašto
je nebo plavo u svome radu o pojavi kritične opalescencije, koji pokazuje
kumulativne efekte rasipanja svetlosti na pojedinačnim molekulima u atomosferi.U 1911. godini, Ajnštajn postaje najpre vanredni profesor na Univerzitetu Cirih, a ubrzo posle toga i redovni profesor na nemačkoj govornoj sekciji Karlovog univerziteta u Pragu. Dok je bio u Pragu, Ajnštajn objavljuje rad u kome poziva astronome da provere dva predviđanja njegove Opšte teorije relativnosti koja je još u razvoju, a radi se o savijanju svetlosti u gravitacionom polju, merljivom za vreme pomračenja Sunca, i o gravitacionom crvenom pomaku Sunčevih spektralnih linija u odnosu na odgovarajuće spektralne linije proizvedene na površini Zemlje. Mladi nemački astronom Ervin Frojndlič (Erwin Freundlich), započinje saradnju sa Ajnštajnom i uzbunjuje druge astronome širom sveta u vezi sa ovim Ajnštajnovim astronomskim proverama.[12] 1912. godine, Ajnštajn se vraća u Cirih u nameri da postane redovni profesor na ETH Cirih. U to vreme, on tesno sarađuje sa matematičarem Marselom Grosmanom, koji ga upoznaje sa Rimanovom geometrijom. U 1912., Ajnštajn počinje da naziva vreme četvrtom dimenzijom (mada je H.G. Vels (H.G. Wells) uradio to isto ranije, u svome delu “Vremenska mašina”' (“The Time Machine”) iz 1895. godine) Godine 1914., odmah pred početak Prvog svetskog rata, Ajnštajn se nastanjuje u Berlinu kao profesor na lokalnom univerzitetu i postaje član Pruske akademije nauka. On uzima prusko državljanstvo. Od 1914 do 1933, on je na dužnosti direktora Kajzer Vilhelm instituta za fiziku u Berlinu. On takođe zadržava mesto vanrednog profesora na Lajdenskom univerzitetu od 1920 do 1946, gde redovno održava gostujuća predavanja. Godine 1917, Ajnštajn objavljuje "O Kvantnoj mehanici zračenja" ("On the Quantum Mechanics of Radiation", ili u originalu,"Zur Quantentheorie der Strahlung," Physkalische Zeitschrift 18, 121–128). Ovim člankom uvodi se koncept stimulisane emisije, fizičkog principa koji omogućava pojačavanje svetlosti u laseru. Takođe iste godine, on objavljuje i rad u kojem koristi Opštu teoriju relativnosti da bi izgradio model celog svemira, pripremajući tako pozornicu za nastupanje moderne fizičke kosmologije. U tom radu on uvodi i poznatu kosmološku konstantu, koju je kasnije, kako Džordž Gamov tvrdi, u jednom njihovom razgovoru nazvao “najvećom pogreškom u njegovom životu” (“the biggest blunder of his life”).[13][14]
14. maja 1904, rodio se Albertov i Milevin prvi sin, Hans Albert Ajnštajn, (Hans Albert Einstein). Njihov drugi sin, Eduard Ajnštajn, (Eduard Einstein) , rođen je 28. jula, 1910. Hans Albert će kasnije postati profesor hidrauličkog inžinjeringa na Univerzitetu Kalifornije, Berkli, imajući veoma malo kontakata sa svojim ocem, ali deleći njegovu ljubav ka jedrenju i muzici. Mlađi brat, Eduard, želeo je da razvije praksu frojdovskog psihoanalitičara, ali je institucijalizovan zbog šizofrenije i umro je u jednom azilu. Ajnštajn se razveo od Mileve 14. februara, 1919., da bi oženio Elzu Lovental (Elsa Löwenthal), rođenu Ajnštajn, (Lovental je bilo prezime njenog prvog muža, Maksa) 2. juna, 1919.. Elza je bila Albertova prva rođaka sa majčine strane, i njegova rođaka u drugom kolenu sa očeve strane. Bila je tri godine starija od Alberta, i negovala ga je kao bolničarka, nakon što je pretrpeo delimični slom živaca kombinovan sa jakim stomačnim bolovima. U ovom braku nije bilo dece.
