1、相对论和爱因斯坦质能方程

爱因斯坦在论文《论运动物体的电动力学》里提出了狭义相对论的两个基本公设：“光速不变”，以及“相对性原理”，按照这两个基本公设对于经典力学在运动速度接近光速时做出一些重要修正，从而化解了麦克斯韦方程组与经典力学定律之间的矛盾。经过整理之后，这些创举成为爱因斯坦的狭义相对论。

承认时空的相对性与光速的不变性导致了几个必然的推论。一是运动物体在其运动方向会表现出长度收缩。二是运动物体会经历时间膨胀。也就是说，一个运动中的钟表要比静止的同样钟表走得慢。三是以太的概念其实是多余无用的。

爱因斯坦在表述质能等价的论文里，从狭义相对论的方程里推导出质能方程E = mc2。这意味着能量和质量其实是一回事，可以相互转换。对于任何物体来说，其质量会随着其速度的增加而增加。

爱因斯坦的相对论曾经有很多年备受争议，他获得1921年诺贝尔物理学奖并不是因为表扬他在相对论做出重大贡献。普朗克是最热烈支持相对论的物理学者之一。

2、光子与能量量子

在论文《关于光的产生和转变的一个启发性观点》里，爱因斯坦提出光量子假说，即光是由离散的能量量子组成，这能量量子称为光量子，后来被简称为光子。最初，光量子假说遭到物理学者强烈质疑，其中包括马克斯·普朗克以及尼尔斯·玻尔。

后来，罗伯特·密立根做实验证实了光电效应的方程，阿瑟·康普顿做康普顿散射实验展示在某种情况下光会表现出粒子性。直到1919年，光量子假说才被广为接受。

爱因斯坦得到了一个结论，频率为f的光束是由能量为hf的光量子所组成；其中，h为普朗克常数。爱因斯坦并没有对这结论给出很多解释，实际而言，他并不确定光量子与光波之间的关系。但是，他的确建议这点子能够解释某些实验结果，尤其是光电效应。

3、量子化原子振动

在1906年论文《普朗克的辐射理论和比热容理论》里，爱因斯坦提出一种新的描述物质的物理模型，称为爱因斯坦模型。在这模型里，位于晶格结构里的每一个原子都被视为一个独立的量子谐振子，它们各自以相同频率像弹簧一样做简谐振动，因此具有离散的能级。

杜隆-珀蒂定律预言比热容为常数，在高温极限时，这模型给出相同的理论结果；而当温度趋于零时，这模型预言比热容也趋于零，与实验结果相符合。这是20世纪初期第三个被发现的重要量子理论。

爱因斯坦模型预言比热容以温度的指数函数趋于零，这是因为它假设所有谐振子的振动频率相同。彼得·德拜对于这假设给予修正，在他研究出的德拜模型里，振动频率不一样，因此比热容以温度的立方函数趋于零。

4、波粒二象性

在爱因斯坦的光量子假说中，光量子只是表现出能量的不连续性，它尚未被赋予粒子应具有的性质，所以不能被严格视为粒子。1909年，在爱因斯坦发表的两篇论文《论辐射问题的现状》与《论我们关于辐射的本性和组成的观点的发展》里，爱因斯坦阐明，光量子具有良好定义的动量，并且在某些方面表现出类点粒子的物理行为。

这两篇论文引入了光子的概念（吉尔伯特·路易斯于1926年给出术语光子的命名），启发了量子力学的波粒二象性观念。他又表示，理论物理下一个阶段将会发展出一种能够将光的波动论与光的粒子论融合在一起的理论。在这里，“融合”意味着波粒二象性，或更加延伸，尼尔斯·玻尔后来提出的互补原理。

5、临界乳光理论

在临界点附近，照射于介质的光束会被介质强烈散射，这现象称为临界乳光。波兰物理学者马里安·斯茅鲁樵斯基于1908年首先表明，临界乳光的机制为介质密度涨落，他并没有给出相关的方程。

两年后，爱因斯坦应用统计力学严格论述介质的分子结构所形成的密度涨落，从而推导出相关的方程，并且用这方程给出另一种计算阿伏伽德罗常数的方法，更有意思的是，这临界乳光的机制可以解释天空呈蓝色的现象。

按照瑞利散射理论，瑞利散射光的辐照度和入射光波长的四次方成反比。应用瑞利散射来解释天空的蓝色现象，波长较短的蓝光比波长较长的红光更易产生瑞利散射。因此，天空的颜色是蓝色的。瑞利散射方程能够准确地描述光束对于气体的瑞利散射行为，但对于液体并不适用。

爱因斯坦的临界乳光理论更一般地适用于液体与气体；瑞利散射只是临界乳光问题的一个特别案例。后来，布鲁诺·齐姆分析粒子在气体与液体里的随机性，将瑞利散射理论加以延伸来描述光在液体里的散射行为。

6、零点能

零点能指的是量子系统处于基态时所拥有的能量，量子系统所拥有能量不能低于零点能。普朗克于1911年至1913年之间重新表述他的1900年量子理论时提出了零点能的概念。

爱因斯坦和助手奥托·施特恩对于这点子极感兴趣。他们研究出一种方法，能够证实零点能的存在。他们假设双原子分子的旋转能含有零点能，并且所有双原子分子以同样角速度旋转，然后计算出双原子分子气体的比热容。

7、广义相对论

爱因斯坦在1907-1915年间创建的广义相对论是一种引力理论。根据广义相对论，在质量与质量之间观测到的引力是源自于这些质量所造成的时空弯曲。在现代天文物理学里，广义相对论是重要工具。

在接受1921年诺贝尔物理奖的演讲时，爱因斯坦表示狭义相对论对于惯性运动的偏好并不令人满意，而从最开始就不偏好任何运动状态（不论是匀速运动或加速度运动）的理论，应该会显得更令人满意，因此他才会尝试发展广义相对论。

他在1907年论文《关于相对性原理和由此得出的结论》里指出，自由下落实际是一种惯性运动，对于自由下落的观察者而言，狭义相对论的规则应该适用。爱因斯坦并没有对这后来被称为等效原理的论题给出详尽分析。

另外，他还初步预言重力红移，即射入引力势阱中的光会发生蓝移，而相反从引力势阱中射出的光会发生红移；又粗略预言光线在重力场中的偏折，即光子的路径在引力场中会发生偏折。这些预言后来纷纷得到了实验验证。

爱因斯坦将1907年论文加以扩充，于1911年写成论文《论重力对光的传播的影响》；在这篇论文里，他对光线在重力场中的偏折重新加以详细分析，得到可以严格测试的结果，即光线经过太阳产生的引力场时被偏折的角度。这预言可以做实验严格检试，因此他呼吁实验者的关注，尽快完成这实验。

8、引力波

引力波是时空曲率的涟漪以波动的形式从波源向外传播，同时会有能量向外传输。1916年，爱因斯坦了预测引力波的存在，根据广义相对论，洛伦兹不变性使得引力波的存在成为可能，由于引力相互作用必须以有限速度传播于空间。牛顿万有引力定律无法预言这种结果，因其假定引力相互作用是以无穷高速度传播于空间。

普林斯顿大学物理学家拉塞尔·赫尔斯和约瑟夫·泰勒于1974年发现发现首个脉冲双星系统PSR B1913+16，通过对其深入研究，首次发现引力波存在的间接定量证据。2016年2月11日，爱因斯坦论文一世纪之后，LIGO团队宣布，已直接探测到引力波，其源头来自于双黑洞融合机制。

9、宇宙学

全新装备了功能超强的广义相对论，爱因斯坦已准备好在梦寐以求的宇宙学领域大展身手。1917年，他应用广义相对论来建模整个宇宙结构。从那时的实验观测推论，他认为宇宙的范围是有限，并且不具有任何边界，因为宇宙质量会使时空弯曲回自己，就如同圆球的表面，具有有限的面积，不具有任何边界。

这种宇宙称为静态宇宙。但是，根据爱因斯坦场方程，静态宇宙不可能存在，宇宙只能扩张或收缩。为了使宇宙保持静态，爱因斯坦在他的方程中加入了一个宇宙常数项，然后让宇宙常数项与宇宙质量项相互抵销，这样，宇宙常数可以抗拒引力的效应，从而实现静态宇宙。

然而，爱德文·哈勃于1929年确定宇宙呈膨胀状态。爱因斯坦只好放弃宇宙常数，他认为在引力方程中引入该常数是他“一生中最大的错误”。

后来，人们发现宇宙加速膨胀，这现象的最简单说法是宇宙常数不为零，而是一个很小的数值。爱因斯坦的直觉最终可能还是正确的。

10、玻色-爱因斯坦统计

印度物理学者萨特延德拉·玻色在1923年完成论文《普朗克定律与光量子假说》，并且将这篇论文寄给英国《哲学杂志》，但是遭到拒绝发表。玻色丝毫不因此气馁，隔年他又将该论文转寄给爱因斯坦，寻求爱因斯坦的意见。

在这篇论文里，玻色提出一种新的统计模型，按照这模型，光束可以被视为由一群无法分辨的粒子所组成气体，因此在做统计运算时，所有相同能量的光子应该合并处理。爱因斯坦注意到玻色的统计模型不仅适用于光子，还适用于很多其它种粒子，这些粒子后来被称为玻色子。爱因斯坦把玻色的论文翻译成德文后发表于德国的《物理期刊》（Zeitschrift für Physik）。

爱因斯坦将玻色的理论推广至带质量的粒子，于1924年发表论文《单原子理想气体的量子理论》，隔年，又发表论文预言，玻色子冷却至非常低温时，会凝聚到其能量最低的量子态，因此会出现一种新的物态，称为玻色-爱因斯坦凝聚态。

1995年，科罗拉多大学波德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用铷原子气体在170 nK（1.7×10−7 K）的低温下首次观测到了玻色-爱因斯坦凝聚。四个月后，麻省理工学院的沃尔夫冈·克特勒使用钠原子气体独立实现了玻色-爱因斯坦凝聚。

11、奇迹年论文

爱因斯坦于1905年在《物理年鉴》发表了四篇划时代的论文。从来没有人能在这么短暂的时间内对于现代物理给出这么多重大贡献。这一年因此被称为“爱因斯坦奇迹年”。这四篇论文分别为：《关于光的产生和转变的一个启发性观点》、《热的分子运动论所要求的静止液体中悬浮粒子的运动》、《论运动物体的电动力学》、《物体的惯性同它所含的能量有关吗？》

扩展资料：

阿道夫·希特勒于1933年开始掌权成为德国总理之时，爱因斯坦正在走访美国。由于爱因斯坦是犹太裔人，所以尽管身为普鲁士科学院教授，他并没有返回德国。1940年，他定居美国，随后成为美国公民。

在第二次世界大战前夕，他在一封写给当时美国总统富兰克林·罗斯福的信里署名，信内提到德国可能发展出一种新式且深具威力的炸弹，因此建议美国也尽早进行相关研究，美国因此开启了曼哈顿计划。爱因斯坦支持增强同盟国的武力，但谴责将当时新发现的核裂变用于武器用途的想法，后来爱因斯坦与英国哲学家伯特兰·罗素共同签署《罗素—爱因斯坦宣言》，强调核武器的危险性。

爱因斯坦一生总共发表了300多篇科学论文和150篇非科学作品。爱因斯坦被誉为是“现代物理学之父”及20世纪世界最重要科学家之一。他卓越和原创性的科学成就使得“爱因斯坦”一词成为“天才”的同义词。