Cele mai multe dintre contribuţiile sale în fizică sunt legate de teoria relativităţii restrânse (1905), care unesc mecanica cu electromagnetismul, şi de teoria relativităţii generalizate (1915) care extinde principiul relativităţii mişcării neuniforme, elaborând o nouă teorie a gravitaţiei.
Alte contribuţii ale sale includ cosmologia relativistă, teoria capilarităţii, probleme clasice ale mecanicii statistice cu aplicaţii în mecanica cuantică, explicarea mişcării browniene a moleculelor, probabilitatea tranziţiei atomice, teoria cuantelor pentru gazul monoatomic, proprietăţile termice al luminii (al căror studiu a condus la elaborarea teoriei fotonice), teoria radiaţiei (ce include emisia stimulată), teoria câmpurilor unitară şi geometrizarea fizicii.
Una din formulele sale celebre este E=mc², care cuantifică energia disponibilă a materiei.
Cercetările sale au contribuit (nu în mod direct aşa cum se crede) la realizarea bombei atomice şi la evoluţia studiului energiei nucleare.
Einstein nu s-a manifestat doar în domeniul ştiinţei. A fost un activ militant al păcii şi susţinător al cauzei etniei evreieşti căreia îi aparţinea.
Einstein a publicat peste 300 de lucrări ştiinţifice şi peste 150 în alte domenii.
Copilăria
1879, 14 martie (orele 11:30 AM): La Ulm, Germania, se naşte Albert Einstein, într-o familie evreiască, fiul lui Hermann şi Pauline Einstein.
1880: Familia lui Einstein se mută la München. Aici, Einstein îşi va petrece copilăria. În marele oraş german, familia (de fapt, tatăl şi bunicul său) îşi deschide un mic atelier de produse electrice.
Încă de mic, Albert se manifestă ca un băiat neobişnuit. Nu a vorbit până la trei ani, dând chiar impresia că are probleme mintale. Era un copil retras, preocupat de anumite subiecte, pe care cei de vârsta lui nu le înţelegeau, astfel că ceilalţi copii îl dispreţuiau. Datorită dificultăţii cu care se adapta la şcoală, profesorii l-au considerat un copil-problemă, îndărătnic şi diferit, care nu vrea să înveţe.
1884: Micul Albert primeşte de la tatăl sau o busolă care îl fascinează în mod deosebit, producându-i, cum avea mai târziu să declare, "o impresie adâncă şi de durată", inspirându-i dorinţa de a cerceta misterele naturii, dorinţă care îl va urmări toată viaţa;
La insistenţele mamei, la 6 ani, Albert ia lecţii de vioară. Deşi nu era prea pasionat, interpreta cu mare plăcere lucrări ca Sonata pentru vioară a lui Mozart.
Pe măsură ce creştea, se manifesta tot mai clar înclinaţia sa către dispozitive mecanice, modele fizice şi pasiunea sa pentru matematică, abilitatea în a înţelege conceptele sale dificile.
1885 - 1888: Albert este trimis la şcoala elementară din München, şcoală catolică deşi părinţii sunt evrei (e drept că nu erau adepţi fervenţi ai iudaismului). Tânărul ia lecţii de iudaism acasă.
München
1888 - 1894: Frecventează gimnaziul Luitpold din München (tatăl său dorea să-l îndrume către electrotehnică).
Deşi aici erau promovate ideile progresiste ale pedagogiei, Einstein ura disciplina, rutina şi modelul militar pe baza căruia funcţionau şcolile în acea perioadă, unde profesorii, făcând abuz de putere, impuneau elevilor respect şi supunere absolută.
Mai târziu, în scrierile sale, sublinia faptul că, aici, gândirea creatoare era eliminată prin învăţarea bazată pe memorare mecanică şi lipsită de imaginaţie.
1889: Un prieten de familie, Max Talmud, student la medicină, îl iniţiază pe micul Einstein (10 ani) în domeniul cunoaşterii, împrumutându-i cărţile sale ştiinţifice şi filozofice şi prezentându-i, printre altele, filozofia lui Immanuel Kant (Critica raţiunii pure) şi Elementele lui Euclid.
Această ultimă lucrare îl impresionează în mod deosebit (ulterior o va denumi "cartea sacră a geometriei"). De la Euclid, viitorul mare savant va înţelege raţionamentul deductiv, ajungând ca la 12 ani să înveţe singur întreaga geometrie euclidiană. La scurt timp va continua cu studiul calculului infinitezimal. Autodidact, Einstein învaţă mai mult acasă decât la şcoală.
1889: La numai 10 ani, Albert începe să studieze singur matematica şi ştiinţele naturii. Încă de mic copil arătase interes pentru natură precum şi abilitate în a înţelege concepte matematice dificile.
Era capabil să înveţe mai mult de unul singur decât la şcoală. Metoda autodidactă, dezvoltată încă din copilărie, a continuat să îi folosească pe toată durata anilor de şcoală. În timp ce interesul său pentru anumite materii plictisitoare era simulat, el era captivat în mod real de fizică şi filozofie.
1891: La vârsta de 12 ani a învăţat geometria euclidiană.
1894: La 15 ani, rămâne la München pentru a-şi încheia anul şcolar, în timp ce familia se mută la Pavia, Italia datorită eşecurilor repetate ale afacerii. Dar după primul trimestru, îşi urmează familia la Pavia.
Elveţia
1895: Albert vrea să urmeze învăţământul superior dar ratează examenul de admitere la Universitatea Politehnică elveţiană, ETH (Eidgenössische Technische Hochschule), deşi avea note excepţionale la matematică şi la fizică. Aceste rezultate au fost remarcate de unii profesori care i-au promis că va fi admis la facultate în următorul an, pe baza notelor obţinute la examenul de maturitate.
Familia îl trimite tot în Elveţia, dar la Aarau, pentru a-şi completa studiile liceale şi pentru a-şi lua diploma necesară.
Spre deosebire de ceea ce se întâmpla în Germania, la această şcoală elveţiană, profesorii nu abuzau de putere, respectau personalitatea elevilor şi stimulau libertatea de gândire. Acest lucru a fost remarcat de Einstein, pentru care, anii petrecuţi în Elveţia au contribuit la socializarea şi la exteriorizarea sa (deşi avea un caracter introvertit şi singuratic)
Aici ia contact cu teoria electromagnetică a lui Maxwell. Einstein începe să viseze şi să se piardă în teoriile sale, formulând una din primele sale întrebări teoretice:
"Cum ar fi dacă am putea să controlăm lumina şi să călătorim prin intermediul acesteia?"
1896: La 17 ani, după încheierea studiilor la Aarau, se înscrie la Universitatea Federală Politehnică (ETH) din Zürich.
Deşi era una dintre instituţiile de învăţământ de elită din Europa şi dispunea de unul dintre cele mai dotate laboratoare, Einstein era dezamăgit deoarece nu-i plăceau metodele de instruire de aici. Majoritatea profesorilor nu erau la curent cu noile descoperiri ale epocii şi predau după vechile principii ale fizicii. Albert urmărea cursurile cu un interes scăzut, iar la orele de laborator citea reviste ştiinţifice, în care erau publicate cele mai recente descoperiri şi teorii. Lipsea adesea de la ore, folosindu-şi intregul timp pentru a studia fizica pe cont propriu sau pentru a cânta la vioară.
1898: Mileva Marić, o colegă sârboaică de la ETH (singura femeie de acolo, studentă la matematici), atrage atenţia lui Einstein şi acesta se îndrăgosteşte de ea.
1899: La 20 de ani, Albert îşi încheie cea mai mare parte a studiilor şi cercetărilor care vor sta la baza teoriilor sale.
1900: Einstein este absolvent al ETH, devenind profesor de matematică şi fizică.
Totuşi nu fusese un student prea strălucit, cel puţin din punctul de vedere la profesorilor care aveau o părere negativă despre Einstein (nu îi recomandaseră nici continuarea studiilor).
Elveţia
1901: Şomer fiind, caută de lucru. Găseşte de lucru ca tutore, meditator şi apoi ca profesor la o şcoală privată în Schaffhausen.
1902: Einstein primeşte o slujbă la Institutul de Patente din Elveţia (expert tehnic, clasa a III-a).
1905: Einstein primeşte titlul Doctor în Fizică în cadrul Universităţii din Zürich, în urma unei dizertaţii privind determinarea dimensiunilor moleculare.
1906: Einstein avansează profesional ajungând examinator (expert tehnic, clasa a II-a) la Biroul de Patente.
1908: Obţine un post de lector la Universitatea din Berna.
1909: Părăseşte postul de la Oficiul de Patente deoarece este numit profesor asociat de fizică teoretică la Universitatea din Zürich.
1911: Einstein se mută cu familia la Praga şi este numit profesor titular la Universitatea Germană de acolo (unde rămâne până în 1912).
1912 - 1914: Einstein se mută la Zürich şi obţine postul de profesor de fizică teoretică la Universitatea ETH. Aici găseste un mediu favorabil studiilor şi cercetărilor sale: i se permite să efectueze orice experiment doreşte.
Berlin
1914: Devine director la Institutul Kaiser Wilhelm din Berlin (secţia de cercetare în cadrul Academiei Prusiene), dar şi profesor de fizică teoretică la Universitatea din Berlin, toate acestea la recomandarea fizicianului german Max Planck.
1917: Este numit director la Institutul Kaiser Wilhelm din Berlin
1920: Einstein este numit profesor-invitat la Universitatea din Leiden.
1921: 5 mai: este ales membru străin al Royal Society
Princeton
1932: Numit profesor la The Institute for Advanced Study, Princeton.
1943: Primeşte funcţia de consultant la Divizia de Cercetare şi Dezvoltare, secţia Muniţii şi Explozibili în cadrul Armatei americane.
Contributii stiintifice
Prima sa lucrare ştiinţifică o scrie de la vârsta de 16 ani (1894 sau 1895).
În anul 1901, Einstein trimite, la revista de fizică Annalen der Physik, o lucrare având ca subiect capilaritatea.
"Annus mirabilis"
1905 - Acesta a fost anul miraculos al lui Einstein, când se naşte Teoria Relativităţii.
În acest an, Einstein îşi dă doctoratul la Universitatea din Zürich cu o teză asupra determinării dimensiunilor moleculare.
Dar ceea ce face ca acest an să fie un adevărat annus mirabilis sunt cele cinci scrieri trimise de Einstein la anuarul de fizică german Annalen der Physik:
17 martie: Einstein trimite spre publicare articolul Un punct de vedere euristic privind producerea şi transformarea luminii, în care sugerează (din considerente termodinamice) că lumina poate fi considerată ca fiind compusă din cuante de energie independente. Articolul avea să apară la sfârşitul lunii mai;
30 aprilie: Einstein trimite al doilea articol, în care arată cum se pot calcula Numărul lui Avogadro şi dimensiunea moleculelor, studiind mişcarea lor într-o soluţie. Acest articol a fost acceptat şi ca teza de doctorat, aparând în Annalen der Physik doar în ianuarie 1906. Este pe locul trei ca celebritate, dar pe unul din primele locuri privind numărul de citări de care s-a bucurat în acei ani. Einstein dedică teza de doctorat prietenului său Marcel Grosmann, fost coleg la ETH.
11 mai: Einstein trimite spre publicare articolul său despre mişcarea browniană – Despre mişcarea particulelor mici suspendate în lichide staţionare, conform cerinţelor teoriei cinetico-moleculare a căldurii;
30 iunie: Marele articol Asupra electrodinamicii corpurilor în mişcare, în care sunt expuse bazele teoriei speciale a relativităţii;
27 septembrie: Articolul trimis de data aceasta are doar trei pagini şi se intitulează Depinde inerţia unui corp de conţinutul său energetic? (Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energiegehalt abhängig?). Articolul conţine – conform unui obicei care avea sa se întâlneasca frecvent la Einstein - gândurile sale de după publicarea marelui articol despre relativitatea specială.
19 decembrie: al doilea articol dedicat mişcării browniene (va apărea în ianuarie 1906).
Teoria Relativităţii Restrânse
Cea de-a patra lucrare importantă publicată de Einstein în 1905, "Asupra electrodinamicii corpurilor în mişcare", conţinea ceea ce avea să fie cunoscută mai târziu ca Teoria relativităţii restrânse, una dintre cele mai celebre contribuţii ale sale, în care demonstrează că teoretic nu este posibil să se decidă dacă două evenimente care se petrec în locuri diferite, au loc în acelaşi moment sau nu. Ideile de bază au fost formulate de Einstein încă de când avea 16 ani (deci cu 10 ani în urmă).
Încă de la Newton, filozofii naturali (denumirea sub care erau cunoscuţi fizicienii şi chimiştii) încercaseră să înţeleagă natura materiei şi a radiaţiei, precum şi felul în care interacţionau într-o imagine unificata a lumii.
Ideea că legile mecanicii sunt fundamentale era cunoscută drept concepţia mecanicistă asupra lumii, în timp ce ideea că legile electricităţii sunt fundamentale era cunoscută drept concepţia electromagnetică asupra lumii. Totuşi, nici una dintre idei nu era capabilă să ofere o explicaţie coerentă asupra felului cum radiaţia (de exemplu lumina) şi materia interactionează atunci când sunt văzute din sisteme de referinţă inerţiale diferite, adică interacţiile sunt urmărite simultan de un observator în repaus şi un observator care se mişcă cu o viteză constantă.
În primavara anului 1905, după ce a reflectat la aceste probleme timp de 10 ani, Einstein şi-a dat seama ca esenţa problemei constă nu într-o teorie a materiei, ci într-o teorie a măsurării. Esenţa acestei teorii speciale a relativităţii era constatarea că toate măsurătorile timpului şi spaţiului depind de judecăţi asupra simultaneităţii a două evenimente diferite. Aceasta l-a condus la dezvoltarea unei teorii bazate pe două postulate:
Principiul relativităţii, care afirmă că legile fizicii sunt aceleaşi în toate sistemele de referinţă inerţiale
Principiul invariabilităţii vitezei luminii, care arată că viteza luminii în vid este o constantă universală.
Numai viteza luminii este constantă în orice sistem de referinţă, lucru preconizat şi de teoria lui Maxwell. Tot aici apare pentru prima data celebra sa formulă:
E=mc²(Echivalenţa masă-energie)
Această ecuaţie exprimă cantitate imensă de energie ascunsă într-un corp şi care poate fi eliberată atât în procesul de fisiune cât şi în cel de fuziune nucleară, procese care stau la baza funcţionării bombei atomice.
Iată câteva din consecinţele relativităţii restrânse:
Contracţia Lorentz sau contracţia lungimilor însoţită de dilatarea timpului: Micşorarea aparentă a dimensiunilor obiectelor care se deplasează faţă de observator cu viteze relativiste.
Efectul Doppler: În astronomie, constă în micşorarea frecvenţei (deplasarea spre roşu) radiaţiei emise de corpurile cereşti îndepărtate ca urmare a expansiunii Universului.
Aberaţia luminii: Imaginea unui obiect în mişcare (cu viteză apropiată de cea a luminii) apare comprimată asemeni unui con cu vârful indicând sensul deplasării. Masa nu mai este constantă şi nici timpul nu se mai scurge cu aceeaşi viteză, mai ales la viteze foarte mari.
Teoria relativităţii restrânse aduce o explicaţie clară celebrului experiment Michelson-Morley (1887) putând fi considerat chiar o generalizare a rezultatelor acestuia. Einstein a fost primul care a unit mecanica clasică cu electrodinamica lui Maxwell. Elaborând teoria relativităţii restrânse, Einstein a spart tiparele unor concepţii geniale, clădite cu peste două secole în urmă, de către Isaac Newton în a sa Philosophiae naturalis principia mathematica (1686), dovedind o intuiţie şi un curaj exemplar. Prin aceasta a fost capabil să ofere o descriere consistentă şi corectă a evenimentelor fizice din diverse sisteme de referinţă inerţiale fără a face presupuneri speciale cu privire la natura materiei sau a radiaţiei, sau a felului cum ele interacţionează.
Teoria relativităţii generalizate
Teoria relativităţii restrânse explică fenomenele ondulatorii, eliminând acţiunea instantanee de la distanţă. Electrodinamica lui Faraday şi Maxwell este compatibilă cu viteza finită de propagare a luminii. Prin generalizarea legilor mecanicii newtoniene şi a unor legi ale fizicii, electrodinamica devine relativistă. Dar pentru a pune gravitaţia in concordanţă cu relativitatea a fost nevoie de modificări mult mai profunde ceea ce l-a condus pe Einstein la Teoria relativităţii generalizate. În această teorie, orice viteză de propagare, inclusiv a gravitaţiei, este finită. Teoria Relativităţii Generalizate, asociază timpului spaţiul legând coordonatele evenimentelor de timp şi sudându-le în mod unitar, iar gravitaţia devine o proprietate a acestui reper spaţiu-timp, devenind de fapt o deformare a spaţiului şi a timpului.
Einstein nu desfiinţează concepţia newtoniană, ci o inlocuieşte cu una mai extinsă, valabilă pentru viteze apropiate de cea a luminii.
Teoria Relativităţii Generalizate a revoluţionat gândirea ştiinţifică prin negarea existenţei unui timp absolut, stârnind un ecou uriaş în toată lumea, fiind discutată în contradictoriu în cele mai prestigioase centre ştiintifice ca şi în cercuri mondene sau în săli de conferinţe pentru marele public. A fost combătută cu vehemenţă de unii, dându-se dovadă de cunoaştere superficială. Epoca ce a urmat a fost marcată de interesul pentru această teorie, considerată ca răsturnatoare a tuturor legilor mişcărilor şi fenomenelor fizice admise ca fundamentale.
Mecanica statistică
Unul din subiectele tratate în Annus Mirabilis 1905 se referă la mecanica statistică. Aceasta, spre deosebire de mecanica clasică, se ocupă de sisteme cu un număr foarte mare de particule, studiind comportamentul mediu al acestora şi reprezintă un domeniu care abia fusese studiat de Ludwig Boltzmann şi Josiah Willard Gibbs.
Teoria gravitaţiei
Una din consecinţele teoriei relativităţii generalizate o constituie Curbarea spaţiului.
Sesizând asemănarea dintre curbarea traiectoriei unui obiect aflat într-un sistem de referinţă care se mişcă uniform accelerat şi curbarea traiectoriei unui obiect lansat în câmpul gravitaţional, Einstein trage concluzia că fasciculele luminoase se curbează când se propagă în vecinătatea unui corp ceresc cu masă foarte mare, de unde reprezentarea mai greu de înţeles, cum că spaţiul însuşi ar fi curb. Pentru a-şi susţine teoria relativităţii generalizate, Einstein a atras atenţia că există fenomene care o confirmă. Astfel, el a afirmat că frecvenţa undelor luminoase se modifică atunci când acestea parcurg un câmp gravitaţional, pentru că orbitele planetelor şi sateliţilor suferă o rotire suplimentară şi că razele de lumină sunt deviate de la linia dreaptă în vecinătatea Soarelui.
Astronomie
Teoria relativităţii generalizate a fost confirmată prin diverse observaţii astronomice. Cea mai importantă dintre ele a fost studierea eclipsei totale de Soare din 29 mai 1919, la care a participat o echipă condusă de astronomul Sir Arthur Stanley Eddington (care avea să devină unul din susţinătorii acestei teorii) şi care confirmă devierea unghiulară a razelor de lumină în câmpul gravitaţional al Soarelui. Aceasta a confirmat, cu o precizie de 10 % efectul Einstein şi, o dată cu aceasta, a dovedit experimental justeţea teoriei lui Einstein.
O altă confirmare o constiutie deplasarea spre roşu (către frecvenţe mai joase) a liniilor spectrale emise de atomi într-un câmp gravitaţional intens: "efectul Einstein", similar efectului Doppler.
Universul configurat de teoriile lui Einstein nu mai este unul cu o metrică euclidiană. Semnificaţia devierii razelor de lumină în câmpuri gravitaţionale intense constă în acel nou model al Universului înzestrat cu un spaţiu cvadridimensional.
Contribuţiile lui Einstein determină transformarea rapidă cosmologiei (mai ales în perioada 1920 - 1970) într-o ramură a fizicii.
Astronomii Alexander Friedmann şi Georges Lemaître au demonstrat, prin anii 1920, că ecuaţiile lui Einstein conduc la ideea unui Univers aflat în plină expansiune. Încercând să obţină modelul unui Univers staţionar, Einstein introdusese, în cadrul celebrelor sale ecuaţii de câmp, o constantă cosmologică. Ulterior, observaţiile lui Edwin Hubble au dovedit contrariul. Einstein recunoaşte că a săvârşit o mare eroare şi acceptă modelul cosmologic al Universului în expansiune, pe care tot el îl preconizase. Ulterior, pe la jumătatea secolului al XX-lea, se va admite teoria Big Bang ca explicaţie a formării Universului.
Teoria unitară a câmpului
Totuşi teoria relativităţii nu este acea teorie fizică universală la care visa autorul ei. Einstein a încercat să creeze o teorie fizică capabilă să lege toate câmpurile fizice care există în realitate (gravitaţional, electromagnetic ş.a.) şi să furnizeze o explicaţie cât mai completă şi detaliată a imaginii fizice a lumii. El n-a reuşit însă să creeze o astfel de teorie.
Ipoteza fotonică
Efectul fotoelectric constituie unul din domeniile tratate în 1905. Pentru a explica acest fenomen, care infrima caracterul ondulatoriu al luminii, Einstein explică mecanismul emisiei de electroni utilizând ideile recente ale lui Max Planck, folosind termenul de cuantă (pachet de energie). Pentru această lucrare, Einstein va primi Premiul Nobel pentru Fizică.
Einstein emite o ipoteză revoluţionară asupra naturii luminii, afirmând că, în anumite circumstanţe determinate, radiaţia electromagnetică are o natură corpusculară (materială), sugerând că energia transportată de fiecare particulă a razei luminoase, pentru care a introdus denumirea de foton, ar fi proporţională cu frecvenţa acelei radiaţii. De fapt, primul care a demonstrat teoretic că radiaţia electromagnetică este emisă în cantităţi precis determinate (cuante) a fost Max Planck care, în anul 1900, a descris matematic aşa-numita radiaţie a corpului negru.
Această ipoteză contrazicea o tradiţie de un secol (este vorba de teoria electromagnetică a lui Maxwell), care consideră emiterea energiei luminoase ca pe un proces continuu. Aproape nimeni nu a acceptat teoria lui Einstein. Fizicianul american Robert Andrews Millikan, care a confirmat experimental teoria un deceniu mai târziu, a fost el însuşi descumpănit de rezultat.
Einstein, a cărui principala preocupare era să înţeleagă natura radiaţiei electromagnetice, a urgentat ulterior dezvoltarea unei teorii care să reflecte dualismul particulă - undă al luminii.
Mişcarea browniană
Într-unul din articolele publicate în 1905, cu titlul "Mişcarea Browniană", a făcut predicţii semnificative asupra teoriei emise de botanistul englez Robert Brown privind mişcarea aleatoare a particulelor suspendate într-un fluid. Aceste previziuni au fost confirmate experimental mai târziu.
Ecuaţiile lui Einstein
Forma matematică prin care teoria relativităţii generalizate descrie forţa de gravitaţie o constituie un sistem de zece ecuaţii numite ecuaţiile de câmp Einstein.
Acestea au fost descoperite concomitent de Einstein şi de matematicianul german David Hilbert (1862 - 1943) în anul 1915. Între cei doi savanţi a avut loc un schimb de idei, care a condus la forma finală a ecuaţiilor de câmp ale Relativităţii Generalizate.
Statistica Bose-Einstein
În 1924, Einstein primeşte, din partea fizicianului indian Satyendra Nath Bose, o descriere a unui model statistic prin care lumina putea fi asimilată unui gaz. Einstein publică acest rezultat, la care ulterior adaugă şi contribuţiile sale, la revista Zeitschrift für Physik.
Toate acestea conduc la descrierea fenomenului ce apare la temperaturi scăzute, denumit condensatul Bose-Einstein şi obţinut în laborator abia în 1995.
Statistica Bose-Einstein mai este utilizată şi pentru explicarea comportamentului bosonilor.
Modelul Schrödinger
Einstein propune fizicianului Erwin Schrödinger o aplicaţie a teoriei lui Max Planck prin a considera nivelul energetic al unui gaz privit ca un întreg, fără a lua în considerare fiecare moleculă componentă. Utilizând distribuţia Boltzmann, Schrödinger descrie proprietăţile gazului ideal semiclasic.
Efectul Einstein - de-Haas
În 1915, Einstein efectuează, împreună cu fizicianul olandez Wander Johannes de Haas, un experiment prin care să pună în evidenţă comportamentul giromagnetic al electronului. Astfel s-a demonstrat că feromagnetismul se datorează impulsului unghiular intrinsec al electronului, denumit ulterior spin.
Girocompasul
Einstein a adus îmbunătăţiri girocompasului introducând suspensia electrodinamică a giroscopului. De asemenea, Einstein a moderat, ca expert, disputa dintre Hermann Anschütz-Kaempfe şi Elmer Ambrose Sperry în privinţa patentării girocompasului. În cele din urmă, primul dintre ei a obţinut dreptul de autor în 1915.
Refrigeratorul Einstein
Datorită unui accident datorat agentului de răcire din acea perioadă, care era toxic, Einstein şi colegul său, Leó Szilárd au experimentat cu alte tipuri de substanţe, mai puţin periculoase.
Descoperirea lor a fost patentată pe 11 noiembrie 1930, dar nu a avut prea mare succes deoarece între timp, în 1929, a fost introdus freonul ca agent de răcire.
Laserul
În 1917, Einstein publică un articol în Physikalische Zeitschrift în care, bazat pe consecinţele legilor radiaţiei lui Max Planck, preconizează pricipiile de funcţionare ale laserului. În această lucrare introduce conceptele de emisie spontană şi emisie stimulată.
Difuzia luminii
În 1910, Einstein a scris o lucrare despre opalescenţa critică în care tratează efectul de difuzie al luminii în atmosferă. Este vorba de acel fenomen explicat şi de John W. S. Rayleigh, conform căruia bolta cerească se vede albăstruie în timpul zilei şi roşcată la crepuscul.
Colaborări
Împreună cu Conrad Habicht şi Maurice Solovine, Einstein înfiinţează "Akademie Olympia". Studiile şi lecturile includeau: Henri Poincaré, Ernst Mach, şi David Hume, autori care au avut o puternică influenţă ştiinţifică şi filozofică asupra lui Einstein.
De asemenea, Einstein participă activ la viaţa ştiinţifică internaţională.
1911: La Bruxelles are loc prima ediţie a Conferinţei Solvay a Fizicienilor. Einstein constată cu surprindere că este cel mai tânăr dintre invitaţi (avea numai 32 de ani);
5 mai 1921: Einstein este ales membru străin al Royal Society;
1921: Einstein ţine cursuri la Princeton University asupra Teoriei Relativităţii;
1922: Cursuri în Japonia şi China;
1923: Cursuri inaugurale la viitoarea locaţie a Universităţii The Hebrew din Ierusalim;
1927: La a cincea Conferinţă Solvay, discută cu Niels Bohr şi pune bazele Mecanicii Cuantice.
Angajament politico-social
După 1919 meritele lui Einstein au fost recunoscute pe plan mondial. Vizitele sale în orice parte a Terrei au devenit evenimente naţionale; fotografii şi reporterii îl urmăreau peste tot.
Einstein şi-a folosit renumele pentru a-şi propaga propriile sale vederi politice şi sociale.
Cele două mişcări sociale care au primit întregul său sprijin au fost pacifismul şi sionismul.
În timpul Primului Război Mondial a fost unul din puţinii savanţi germani care au condamnat public implicarea Germaniei în război. Astfel, chiar în anul declanşării războiului, 1914, Einstein semnează o proclamaţie împotriva acestuia, Manifest către europeni. În anul următor, 1915, aderă la mişcarea pacifistă "New Fatherland League".
La încheierea marii conflagraţii mondiale, în 1918, Einstein susţine cauza Republicii de la Weimar.
În 1919, articole elogioase în The Times şi The New York Times îl fac pe Einstein tot mai cunoscut pe plan mondial. Vizitele sale în orice ţară devin evenimente naţionale. Marele savant nu ezită să-şi folosească renumele pentru a-şi propaga propriile sale vederi politice şi sociale.
În acelaşi an, 1919, Einstein poartă o discuţie asupra sionismului cu Kurt Blumenfeld, lider al Organizaţiei Sioniste Mondiale.
Pentru vederile sale pacifiste şi sioniste, Einstein a fost ţinta unor numeroase atacuri din partea unor grupări antisemite şi extremiste din Germania. Chiar şi teoriile sale ştiinţifice au fost ridiculizate în public, pe nedrept, inclusiv Teoria relativităţii ca fiind "negermane".
Când Hitler a venit la putere in Germania în 1933, se afla în vizită în SUA. Einstein s-a decis imediat să emigreze în Statele Unite. A primit o funcţie la Institute for Advanced Study, în Princeton, New Jersey.
În 1933, Einstein publică scrierea Why War? ("De ce război?"), din nou un manifest pacifist.
În 1934 publică colecţia de eseuri The World As I See It ("Lumea aşa cum o văd").
În faţa imensei ameninţări la adresa umanităţii venită din partea regimului nazist din Germania, Einstein renunţă la poziţia sa pacifistă şi, în 1939, împreună cu alţi numeroşi fizicieni trimite o scrisoare către preşedintele Americii Franklin Delano Roosevelt, insistând asupra necesităţii fabricării bombei atomice, întrucât exista posibilitatea ca şi guvernul german să urmeze această cale. Scrisoarea, care purta numai semnătura lui Einstein, a ajutat la grăbirea eforturilor pentru obţinerea bombei atomice în Statele Unite, dar Einstein nu a avut nici un rol direct sau personal în fabricarea acesteia. Ca rezultat al celebrei scrisori, în 1944 se iniţiază Proiectul Manhattan de cercetare în domeniul atomic.
În 1944, manuscrisele celebrelor sale lucrări scrise în 1905 privind Teoria Relativităţii sunt vândute la licitaţie, în Kansas City, pentru 6 milioane de dolari, ca o contribuţie pentru efortul de război american.
În 1945, Einstein îşi manifestă indignarea faţă de bombardarea oraşelor Hiroshima şi Nagasaki.
După război, Einstein s-a angajat pentru cauza dezarmării internaţionale şi a unei guvernări mondiale. A continuat suportul său activ pentru sionism, dar a refuzat oferta făcută de către conducătorii Israelului de a deveni preşedinte
În 1948, Einstein susţine crearea statului Israel, iar patru ani mai târziu, în 1952, i se oferă preşedinţia statului Israel, dar Einstein refuză.
În 1955, Einstein semnează împreună cu Bertrand Russel, o proclamaţie împotriva ameninţării nucleare.
Cetăţenia
De-a lungul vieţii sale, fie forţat de împrejurări, fie pentru a-şi atinge anumite deziderate, Einstein şi-a schimbat cetăţenia în mai multe rânduri:
14 martie 1878: cetăţenie germană în momentul naşterii la Ulm (Baden-Wurtenberg)
28 ianuarie 1893: Pentru a evita serviciul militar, renunţă la cetăţenia germană (cu aprobarea tatălui) si timp de 5 ani este apatrid
21 februarie 1902: I se acordă cetăţenia elveţiană pe care o pastrează până la sfârşitul vieţii
1 aprilie 1916 - 29 septembrie 1923: perioada când deţine funcţia de şef al Catedrei de Fizică teoretică la Universitatea Germană din Praga este asociata cu obţinerea cetăţeniei austriece
Aprilie 1918 - Martie 1933: deţine cetăţenia germană, o dată cu deţinerea funcţiilor de membru (cu drepturi depline) al Academiei Prusace de Ştiinţe şi de profesor la Universitatea din Berlin până când, intrând în conflict cu noua putere nazistă, este nevoit sa părăseasca Germania, pierzând cetăţenia acestui stat
1937 - 1940: cetăţenie elveţiană
1 octombrie 1946: Pe langă cetăţenia elveţiană, o dobândeşte şi pe cea americană.
Concepţii privind religia
Concepţiile religioase ale marelui savant sunt contradictorii. Astfel, în 1929, Einstein îi mărturiseşte rabinului Herbert S. Goldstein (1890 - 1970) (militant pentru drepturile evreilor):
"Cred în acel Dumnezeu al lui Spinoza, care se manifestă prin armonia legilor universului, nu într-unul care se ocupă cu destinele şi faptele omenirii"
Însă problema determinismului ştiinţific promovat de teoriile lui Einstein pune sub semnul întrebării religiozitatea acestuia.
Către sfârşitul vietii, într-o scrisoare adresată filozofului Eric Gutkind, marele fizician afirmă:
"Cuvântul dumnezeu nu este nimic altceva pentru mine decât expresia şi produsul slăbiciunii umane, Biblia este o colecţie de legende onorabile, dar primitive, care sunt, în orice caz, destul de copilăreşti. Niciun fel de interpretare, indiferent cât de subtilă, nu-mi poate schimba opinia".
Se pare că presupusa religiozitate a marelui savant se referă mai degrabă la admiraţia pe care acesta o nutreşte faţă de structura unei lumi, care se revelează treptat cu ajutorul ştiinţei:
"Dacă există ceva religios în mine, aceasta este admiraţia fără limite faţă de structura lumii atât cât ne-o poate dezvălui ştiinţa".
Recompense, distincţii şi aprecieri
Cea mai importantă apreciere a contribuţiei sale în domeniul ştiinţei o constituie Premiul Nobel pentru Fizică (1921).
Motivaţia juriului Nobel:
"Pentru serviciul oferit Fizicii teoretice şi în special pentru descoperirea legii efectului fotoelectric".
Fizicianul german Max Born consideră teoria relativităţii ca fiind cea mai mare realizare a minţii umane în ceea ce priveşte concepţiile asupra Universului.
Fizicianul P. A. M. Dirac numeşte teoria relativităţii "cea mai mare descoperire ştiinţifică realizată vreodată".
În 1999, ziarul Time îl denumeşte personalitatea secolului.
În Germania, anul 2005 a fost decretat "Anul Einstein": se împlinesc 100 de ani de la lansarea teoriei relativităţii precum şi 50 de ani de la moarte. În acest an sunt prevăzute o serie de manifestări ştiinţifice şi de popularizare a teoriilor sale.
În cinstea sa, elementul cu numărul de ordine 99 în sistemul periodic al elementelor a fost numit Einsteiniu.
De asemenea, un crater lunar îi poartă numele.
Venerat de comunitatea oamenilor de ştiinţă, Einstein a fost considerat omul secolului, iar numele său este asociat, în cultura comună, cu ideea de geniu.
Viaţa de familie
În 1903 s-a căsătorit cu sârboaica Mileva Marić, care îi fusese colegă la Politehnica din Zurich ETH. Aceasta fusese studentă la matematică iar Einstein o cunoscuse încă din 1898. Au avut trei copii: o fată, Lieserl (n. 1902), şi doi băieţi, Hans Albert (n. 1904) şi Eduard (1910).
În 1914 cei doi se despart. Einstein se mută la Berlin, iar Mileva şi copiii rămân la Zürich.
După unii autori, Mileva l-ar fi ajutat pe Einstein în munca sa de cercetare ştiinţifică.
În 1919 încheie divorţul cu prima soţie şi se căsătoreşte cu o verişoară, Elsa, cu care a trăit până la moartea acesteia, în 1936.
Controverse
Teoriile lui Einstein au fost greu de înţeles, deoarece utilizau concepte foarte abstracte şi aduceau o noutate în gândirea ştiinţifică. Acestea au stârnit controverse şi discuţii, ca în cazul teoriilor lui Darwin.
Bohr vs. Einstein
O altă dispută pe scena lumii ştiinţifice a acelei perioade a constituit-o controversa dintre Einstein şi Niels Bohr legată de mecanica cuantică.
Deşi teoria cuantelor constituia una din consecinţele imediate ale contribuţilor sale ştiinţifice, Einstein nu a fost niciodată de acord cu interpretarea de la Copenhaga adusă acestei teorii de către Bohr şi Werner Heisenberg.
Einstein a purtat discuţii aprinse cu marele fizician Niels Bohr în legătură cu principiul de nedeterminare, ce ar rezulta din caracterul probabilistic al fenomenelor şi stărilor cuantice.
În 1926, într-o scrisoare adresată fizicianului Max Born, Einstein, referindu-se la principiul incertitudinii, scria: "Sunt pe deplin convins că Dumnezeu nu se joacă cu zarurile".
În 1935, împreună cu Boris Podolski şi Nathan Rosen, Einstein a publicat un document, cunoscut mai târziu sub numele Paradoxul Einstein - Podolski - Rosen, prin care se arăta că întregul formalism al mecanicii cuantice, împreună cu ceea ce ei au numit criteriul realităţii, implică faptul că teoria cuantică nu poate fi completă. Cu alte cuvinte, există zone ale realităţii care nu pot fi descrise de mecanica cuantică, concluzie care conduce la rezultate paradoxale. Polemica a durat mulţi ani; de fapt Einstein s-a stins din viaţă fără să accepte teoria cuantică.
Planck vs. Einstein
Fizicianul Max Planck a fost printre primii care au recunoscut valoarea Teoriei relativităţii.
Planck şi Einstein s-au cunoscut în 1909 şi, deşi erau oameni foarte diferiţi, între ei s-a menţinut o îndelungată relaţie de prietenie, motivată mai ales de faptul că aveau un interes comun: fizica. În ceea ce priveşte politica, Planck era un conservator şi susţinea cu fermitate politica militaristă a Germaniei anului 1914, în timp ce Einstein se opunea acesteia. În 1933, când Einstein, forţat de nazişti, a părăsit Germania, Planck i-a reproşat lipsa de patriotism şi de încredere în propria ţară.
Moartea
Datorită unei boli netratate de o lungă perioadă de timp şi refuzului de a i se efectua o intervenţie chirurgicală asupra arterelor cardiace, Einstein se stinge din viaţă în 1955 în urma unui atac de cord.
Înaintea incinerării, patologistul Spitalului Princeton, Thomas Stoltz Harvey, i-a scos creierul, pentru a fi păstrat, fără permisiunea familiei, în speranţa că în viitor se va descoperi ce l-a făcut pe Einstein atât de inteligent.
