ana madde özel görelilik kuramı

19. yüzyılın sonlarında Michelson-Morley deneyi, ses ve başka dalga olaylarının tersine, ışık hızının referans sistemine göreceli olmadığını göstermişti.[19] O dönemde sesin hava aracılığıyla yayıldığı gibi ışığın da esir denen gizemli bir ortamda yayıldığı düşünülüyordu.[19]
Einstein ışık hızının sabit olduğunu ve ışığın yayılması için esir ortamının gerek olmadığını ve mekân zaman ve hareketin izafi olaylar olduğunu düşündü.[21] Çalışmalarının sonucuna varırken iki ilkeyi varsaydı: görelilik ilkesi sabit hızla hareket eden bütün gözlemciler için geçerlidir ve ışığın hızı bütün gözlemciler için c'dir.[22] Einstein'ın kuramı ile sabit hızla hareket eden iki gözlemcinin matematik hesap ile aynı olayın gözlemcilere göre yer ve zamanı belirlenebiliyor.[22] Bu kuram, Newton'un her yerde aynı işleyen, herkes için aynı "mutlak zaman" fikrini yıkıyordu.[22] E=mc² fikri bu kuramdan çıkmıştır.
Genel görelilik kuramı
Ana madde: Genel görelilik kuramı
Özel görelilik kuramı düzgün, doğrusal ve ivmesiz hareket eden sistemlerle sınırlıydı.[23] Genel görelilik kuramı ise birbirine göre ivmeli hareket eden sistemleri de kapsıyordu. Birinci kuram, kapsamı daha geniş olan ikinci kuramın özel bir hali sayılabilir.[23]
Genel görelilik, gravitasyon kavramına yeni bir bakış açısı getirdi.[23] Klasik mekanikte gravitasyon, kütlesel nesneler arasında çekim gücü olarak algılanıyordu.[23] Örneğin dünyayı yörüngede tutan, kütlesi daha büyük Güneş'in çekim gücüydü.[23] Genel görelilik kuramına göre ise gezegenleri yörüngelerinde tutan, yörüngenin yer aldığı uzay kesiminin Güneş'in kütlesel etkisinde kavisli bir yapı oluşturmasıdır.[23] Genel kuram ayrıca gravitasyon ile eylemsizlik ilkesini "gravitasyon alanı" adı altında birleştirdi.[23]
Kütle-enerji eşitliği
Ana madde: Kütle-enerji eşitliği
Walk of Ideas, Almanya
Albert Einstein, enerjinin ışık hızının karesiyle maddenin kütlesinin çarpımına eşit olduğunu bularak kendisine kadar süregelen bir yargıyı yıkarak bilim dünyasında yeni bir çığır açmıştır. Ondan öncesinde kütle ile enerji arasında bir bağlantı kurulmamıştır ve ayrı olgular oldukları varsayılmıştır. 19.yüzyılda kimyagerlerin hassas aygıtları olmadığı için kimsenin dönüşüm sonrası kütle kaybından haberleri yoktu. Basit tepkimeler sonrası oluşan kütle kaybı fark edilememişti. Einstein ise bütün bilinenleri yıkarak çağdaş bilimin temel taşlarını atmıştır. Ona göre her şey enerjidir, yani maddeler de çok yoğun enerjilerdir. Kimyasal reaksiyonlar sonrası küçük de olsa kütlenin bir kısmı enerjiye dönüşmektedir. Bu durumu açıklamak için eşitliğin az farklı formülasyonu E=mc² ilk defa Albert Einstein tarafından 1905'de ünlü makalelerinde yayımlanmıştır. Aynı yıl önermiş olduğu özel görelilik kuramının bir sonucu olarak türetmiştir.
Fotoelektrik etki
Ana maddeler: Foton ve Fotoelektrik etki
Einstein öncesi ışık kimi bilim adamları tarafından tanecikler akımı, kimileri tarafından da dalga devinimi olarak nitelendirilmişti.[19] 19. yüzyılın başlarında Young’la başlayan, Fresnel ve daha sonra Faraday ve Maxwell’in çalışmalarıyla pekişen deneyler dalga kuramına belirgin bir üstünlük sağlamıştı.[19] Einstein’ın fotoelektrik çalışması, bu gelişmeyi tersine çevirmiş, hem de Planck’ın 1900’de ortaya sürdüğü kuantum teorisini de çarpıcı bir biçimde doğrulamıştır.[19]
Üzerine ışık düşen bazı maddeler elektron salıyorlardı. Parlak ışıklar daha fazla elektron salıyor fakat enerjileri artmıyordu. Sarı ve kırmızı ışıklar pek az elektron salıyorlardı. Klasik fizik bu durumu dalga kuramı ile açıklayamıyordu. Einstein bu soruna Planck kuramını uyguladı. Sonradan foton adı verilen belirli enerjili bir kuanta, maddenin atomu tarafından soğrulmakta, böylece belirli enerjide bir elektron atomdan alınmaktadır.
Einstein bu çalışması nedeniyle 1921 yılında Fizik Nobel Ödülünü kazanmıştır.
Brown hareketi ve istatistiksel fizik
Ana maddeler: Brown hareketi ve istatistiksel fizik
1850’lerde ingiliz botanikçisi Robert Brown, mikroskoplarla polenleri incelerken, taneciklerin su içinde rastgele sıçramalarla devinim içinde olduğunu gözlemledi; fakat bu gözlem 1905’e dek açıklamasız kaldı.[19] Molekül kavramı yeni değildi; ancak en güçlü mikroskop altında bile görülemeyecek kadar küçük olan molekküllerin varlığı, ilk kez bu açıklamayla kanıtlanmış oldu.[19]
Brown'a göre asıltının içinde bulunduğu su, Maxwell ve Boltzman kinetik kuramı çerçevesinde hareket eden moleküllerden oluşuyorsa asıltı parçacıklar dözlendiği gibi titreşirler.[6] Su içindeki bütün cisimler her yönden ve sürekli olarak moleküllerle itilirler.[6]
Einstein hareket ile molekül büyüklüğü arasındaki matematik ilişkiyi saptamış ve böylece molekül ve atomların büyüklüğünü hesaplamak mümkün olmuştu.[6] Bu açıklamadan üç yıl sonra Perrin, Brow hareketi üzerinde deneyler yaparak Einstein’ın hesaplarını doğruladı.[6]
Bose-Einstein istatistiği
Ana madde: Bose-Einstein yoğunlaşması
Einstein ve Hintli fizikçi Nath Bose, 1925'te yoğun bir gaz kütlesinin mutlak sıfır sıcaklığına düşürüldüğünde, atomlar kendi özelliklerini kaybedecek, bir bütün halinde dev bir tek atoma dönüşecekleri sonucuna vardılar.[24] Bose’un fotonlar için kullandığı metotları ayırt edilemez parçacıklar için genelleştiren Einstein, yaptığı çalışmalarda etkileşmeyen parçacıklardan oluşan bozon gazının tek bir kuantum durumuna yoğuşabileceğini göstermiştir.[25]
Einstein ve Niels Bohr, 1925
Kuantum fiziği ve belirsizlik ilkesi
Ana madde: Kuantum mekaniği
1930 yılında belirlenemezlik ilkesinin zaman ve enerjinin aynı anda ve doğru olarak saptanamayacağı anlamına geldiğini fakat bunun bir deney ile geçersizliğinin gösterilebileceğini açıklıyordu. Bunu dinleyen Borh, uykusuz bir geceden sonra Einstein’ın düşünüşündeki hataları bularak “belirlenemezlik ilkesinin” yaygın olarak kabulünü sağlıyordu.
Niels Bohr ile tartışmaları
Fotoelektrik olayını açıklayan Einstein kuantum kuramının gelişimine büyük katkıda bulunmuştu ama kuramın geliştiği yönden hiç memnun değildi. Heisenberg’in belirlenemezlik ilkesini kabul etmiyor, tanrı zar atmaz diyordu. Niels Bohr da kuantum kuramının gelişmesinde önemli rol oynamış fizikçilerden birisiydi ve Einstein'ın bu fikirlerine katılmıyordu. Einstein ve Bohr arasında birbirine saygılı bir biçimde, dostça bir tartışma sürdü. Einstein çeşitli düşünce deneyleri ile kuantum kuramının belirlenmezlik ilkesini çürütmeye çalışıyordu fakat Bohr bu eleştirilere tutarlı cevaplar vererek Einstein'ı ve dünyayı ikna ediyordu.[26] Einstein sonradan belirsizlik ilkesini çürütmeye çalışmaktan vazgeçmiş ve kuantum mekaniğinin fiziksel gerçekliği anlatmakta yetersizliği fikrini savunmaya başlamıştır.[26]
1927 yılında Solvay Konferansında Einstein ile Bohr arasında geçen o sıcak tartışmaların özünde temel kuram ve yasalar bulma saplantısı, yani son bilgi saplantısı yatıyordu. Bu çaba mutlak olanı bulma çabasıydı.[27]
Kozmoloji
Einstein evrenin sabit olduğunu düşünüyordu ve parametreler arasındaki çelişkiyi çözmek için kuramına kozmolojik sabit eklemişti.[28] Einstein sonradan belirsizlik ilkesini çürütmeye çalışmaktan vazgeçmiş ve kuantum mekaniğinin fiziksel gerçekliği anlatmakta yetersizliği fikrini savunmaya başlamıştır.[26] Sonrasında evrenin sürekli genişlediği anlaşılınca Einstein bu sabiti "en büyük hatam" olarak nitelemiş ve denklemlerinden çıkarmıştır.
Birleşik alan kuramı
Einstein, Princeton'da fizik çalışmalarını sürdürürken, genel göreliliği elektromanyetik kuramına bağlayan bir birleşik alan kuramı üzeride çalışmış ama başarılı olamamıştır.
Görüşleri
Politik görüşleri
Einstein Almanya'da doğmuş bir Yahudi vatandaşı olarak Nazilerin yükselişi, iktidarı ve Holokost döneminde yaşamıştı. Bu nedenle ABD'ye göç etmiş ve büyük bir Nazi karşıtı görüş geliştirmiştir. ABD başkanına mektup yazarak ABD'nin Almanya'dan önce nükleer silah geliştirmesi gerektiği tavsiyesinde bulunmuştur. Yahudilerin kendi ülkelerine sahip olması gerektiğine inanmış ve israil'in kuruluşunu desteklemiştir.[29] Ama bu devletin sınırları ve bir ordusu olmasına karşı çıkmış ve Araplar ile birlikte iki uluslu bir ülke olması gerektiğini savunmuştur.[29]
Einstein sosyalizm hakkında övgü dolu sözler söylemiş ve bütün dünyanın tek bir hükümet altında toplanması fikrini ifade etmiştir. Soğuk Savaş'ın başlaması ile ABD'deki anti-komünist politikalarını ifade özgürlüğünü kısıtlayacak derecede olmaları nedeniyle eleştirmiştir. Kendisi ayrıca Bertrand Russell ile birlikte bir anti-nükleer manifesto yayınlamıştır.
Niçin Sosyalizm yazısında kapitalizmi şu şekilde eleştirmiş ve sosyalizmi savunmuştur.
“ Bana kalırsa kapitalizmin en büyük kötülüğü bireylerin sakatlanmasıdır. Tüm eğitim sistemimiz bu beladan muzdariptir. Gelecekteki kariyerine hazırlanmak için açgözlü bir biçimde başarıya tapmak üzere eğitilmiş öğrenciye abartılı bir rekabetçi yaklaşım aşılanır. Ben bu korkunç beladan kurtulmanın tek yolu olduğuna eminim. Bu yol, toplumsal hedefler doğrultusunda yönlendirilmiş bir eğitim sisteminin eşlik ettiği sosyalist ekonominin inşasıdır. Böyle bir ekonomide toplumun kendisi üretim araçlarının sahibidir ve üretim araçları planlı bir tarzda kullanılır. Üretimi toplumun gereksinimlerine uyduran planlı bir ekonomi işi çalışabilir durumda olanlara dağıtır ve erkek, kadın, çocuk herkesin geçimini garanti eder. Bireyin eğitimi, doğuştan sahip olduğu yeteneklerin geliştirilmesinin yanında, günümüz toplumundaki güç ve başarının yüceltilmesi yerine, bireyin içinde çevresindekilere karşı sorumluluk hissi geliştirmeyi hedefler.[30] ”
Dini görüşleri
Einstein çeşitli röportajlarında ve mektuplarında Museviliğe inanmadığını ve bütün dinleri çocukça batıl inançlar olarak gördüğünü söylemiştir. Kendisi dinlerin çocukça ve batıl inançlardan oluşan boş inançlar olduğunu belirtmiştir. Fakat kendisini bir ateist ya da panteist olarak tanımlamayıp, bir yaratıcı tanrının varlığına karşı çıkmamış ve daha çok deist görüşler belirtmiştir. Katı bir determinizme inanan Einstein, evrenin yasalarını anlamayı bir tür dini duyguya benzetmiştir.
50. yaş gününde, George Sylvester Viereck'e verdiği bir röportajda tanrı ve din ile ilgili fikirlerini şu şekilde özetlemiştir:[31]
“ Ben bir ateist değilim. Kendime bir panteist diyebileceğimi düşünmüyorum. ilgili soru bizim kısıtlı akıllarımız için çok geniş. Biz, pek çok değişik dilde kitapla doldurulmuş bir kütüphaneye giren küçük bir çocuğun durumundayız. Çocuk kütüphanedeki kitapları birisinin yazmış olması gerektiğini bilir. Nasıl yazıldıklarını bilmez. Yazıldıkları dilleri anlamaz. Çocuk, kitapların sıralanmasında esrarengiz bir düzen olduğundan şüphe eder, ama ne olduğunu bilmez. Bu durum, bana göre, en zeki insanın bile tanrıya göstereceği yaklaşımdır. Biz, evrenin muhteşem bir şekilde düzenlendiğini ve belirli kanunlara uyduğunu görmekteyiz, ancak bu kanunları çok bulanık bir şekilde anlayabilmekteyiz.[31] ”
Einstein'ın gazetecilere dil çıkarması
Popüler kültürde Einstein
Albert Einstein, pek çok popüler kültür ürünü için konu veya bir ilham kaynağı olmuştur.
Einstein'ın 72. yaş gününde, UPI fotoğrafçısı Arthur Sasse kendisini kameraya karşı gülümsetmeye çalışıyordu. Einstein o gün defalarca kameralara gülümsedikten sonra bu sefer dilini çıkardı. Bu fotoğraf Einstein'ın en ünlü fotoğraflarından biri olmuştur. 19 Haziran 2009'da orijinal fotoğraf bir açık arttırmada 74324 dolara satılmış ve Einstein'ın en pahalı fotoğrafı olmuştur.
1999'da, ileri gelen fizikçiler Einstein'ı tarihin en büyük fizikçisi seçmişlerdir. Einstein kelimesi, dâhileri tanımlamak için kullanılan bir kelimeye de dönüşmüştür.
Einstein ayrıca kurgu eserlerde çılgın bilimadamı tipleri içi de bir model olmuştur. Aşırı ifadeli suratı ve farklı saç modeli çoğunlukla taklit edilmiş ve abartılmıştır. Time dergisin yazarı Frederic Golden'a göre Einstein "bir çizgi romancının gerçeğe dönüşmüş hayaliydi".