นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ยินดีที่จะค้นพบสิ่งหนึ่งที่สำคัญพอที่จะสอนนักเรียนฟิสิกส์รุ่นต่อ ๆ ไป มีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่จัดการสิ่งนี้ได้ตลอดชีวิตของพวกเขา และแม้แต่น้อยรายที่ปรากฏตัวสองครั้งในตำราเรียน แต่ไอน์สไตน์แตกต่างออกไป ในเวลาเพียงแปดเดือนในปี พ.ศ. 2448 เขาได้ทำเอกสาร 5 ฉบับที่จะเปลี่ยนโลกไปตลอดกาล ครอบคลุมสามหัวข้อที่ค่อนข้างแตกต่างกัน ได้แก่ ทฤษฎีสัมพัทธภาพ
โฟโตอิเล็กทริก
เอฟเฟ็กต์ และการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ไอน์สไตน์พลิกมุมมองของเราเกี่ยวกับอวกาศและเวลา แสดงให้เห็นว่าไม่เพียงพอที่จะอธิบายแสงเพียงอย่างเดียวว่าเป็นคลื่น และวางรากฐานสำหรับการค้นพบอะตอม บางทีที่น่าทึ่งยิ่งกว่านั้น เอกสารของไอน์สไตน์ในปี 1905 ไม่ได้ขึ้นอยู่กับหลักฐานการทดลอง
ที่ยากหรือคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน แต่เขากลับนำเสนอข้อโต้แย้งและข้อสรุปที่สง่างามตามสัญชาตญาณทางกายภาพ “งานของไอน์สไตน์โดดเด่นไม่ใช่เพราะว่ามันยาก แต่เพราะตอนนั้นไม่มีใครคิดแบบที่เขาทำ” เจอราร์ด โฮฟต์ ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1999 จากผลงานของเขาในทฤษฎีควอนตัม
กล่าว . และคนอื่นๆ ได้มีส่วนร่วมมากมายในวิชาฟิสิกส์ แต่ ทำให้โลกตระหนักเป็นครั้งแรกว่าความคิดที่บริสุทธิ์สามารถเปลี่ยนความเข้าใจของเราเกี่ยวกับธรรมชาติได้” และในกรณีที่ความยิ่งใหญ่ของความสำเร็จของไอน์สไตน์มีข้อสงสัย เราต้องจำไว้ว่าเขาทำทั้งหมดนี้ใน “เวลาว่าง” ของเขา
การเปิดเผยทางสถิติในปี 1905 ไอน์สไตน์แต่งงานกับลูกชายวัย 1 ขวบ และทำงานเป็นผู้ตรวจสอบสิทธิบัตรในเมืองเบิร์นในสวิตเซอร์แลนด์ ความหลงใหลของเขาคือฟิสิกส์ แต่เขาไม่สามารถหาตำแหน่งทางวิชาการได้หลังจากสำเร็จการศึกษาจาก ในซูริกในปี 2443 อย่างไรก็ตาม เขาสามารถตีพิมพ์บทความ
ห้าฉบับในวารสารชั้นนำของเยอรมันระหว่างปี 2443 และ 2447 และยังเคย ส่งวิทยานิพนธ์ที่ไม่ได้ร้องขอเกี่ยวกับแรงโมเลกุลไปยังมหาวิทยาลัยซูริก แต่ถูกปฏิเสธ เอกสารในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความเป็นจริงของอะตอมและโมเลกุล ซึ่งเป็นสิ่งที่ยังห่างไกลจากความแน่นอนในขณะนั้น
แต่ในวัน
ที่ 17 มีนาคม พ.ศ. 2448 สามวันหลังจากวันเกิดปีที่ 26 ของเขา ไอน์สไตน์ส่งบทความเรื่อง “มุมมองแบบฮิวริสติกเกี่ยวกับการผลิตและการเปลี่ยนแปลงของแสง” ให้กับ ไอน์สไตน์เสนอว่า จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์ แสงสามารถอธิบายได้ราวกับว่ามันประกอบด้วยพลังงานควอนตัมอิสระ
สมมติฐานนี้ซึ่งมักซ์พลังค์เสนออย่างไม่เป็นทางการเมื่อไม่กี่ปีก่อนหน้านี้ ได้ท้าทายภาพคลื่นแสงที่ฝังแน่นลึกลงไปโดยตรง อย่างไรก็ตาม ไอน์สไตน์สามารถใช้แนวคิดนี้เพื่ออธิบายปริศนาบางอย่างเกี่ยวกับวิธีที่แสงหรือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ ขับอิเล็กตรอนออกจากโลหะผ่านโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์
ตัวอย่างเช่น อิเล็กโทรไดนามิกส์ของแมกซ์เวลล์ไม่สามารถอธิบายได้ว่าทำไมพลังงานของโฟโตอิเล็กตรอนที่พุ่งออกมาขึ้นอยู่กับความถี่ของแสงที่ตกกระทบเท่านั้น ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้ม อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์นี้เข้าใจได้ง่ายว่าแสงที่มีความถี่หนึ่งประกอบด้วยแพ็กเก็ตหรือโฟตอนที่ไม่ต่อเนื่อง
ซึ่งมีพลังงานเท่ากันทั้งหมด ไอน์สไตน์จะได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี พ.ศ. 2464 สำหรับงานนี้ แม้ว่าการอ้างอิงอย่างเป็นทางการจะระบุว่ารางวัลนี้ได้รับรางวัล “สำหรับบริการฟิสิกส์เชิงทฤษฎี” ด้วยเช่นกัน“ข้อโต้แย้งที่ไอน์สไตน์ใช้ในทฤษฎีโฟโตอิเล็กทริกและการแผ่รังสีที่ตามมานั้น
น่าทึ่งในความกล้าหาญและความสวยงามของพวกมัน” แฟรงก์ วิลเซก นักทฤษฎีจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 2004 กล่าว “เขาหยิบยกแนวคิดปฏิวัติที่ทั้งสร้างแรงบันดาลใจให้กับงานทดลองที่ชี้ขาดและช่วยเปิดตัวทฤษฎีควอนตัม” แม้ว่าจะยังไม่ได้รับการชื่นชม
อย่างเต็มที่
ในเวลานั้น งานของไอน์สไตน์เกี่ยวกับธรรมชาติควอนตัมของแสงเป็นขั้นตอนแรกในการสร้างความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาคของอนุภาคควอนตัม ในวันที่ 30 เมษายน หนึ่งเดือนก่อนที่บทความของเขาเกี่ยวกับโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟ็กต์จะตีพิมพ์ ไอน์สไตน์เขียนบทความฉบับที่สองในปี 1905
เสร็จ ซึ่งเขาได้แสดงวิธีคำนวณจำนวนและขนาดของโมเลกุลของอาโวกาโดรโดยการศึกษาการเคลื่อนที่ของพวกมันในสารละลาย บทความนี้ได้รับการยอมรับเป็นวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยซูริกในเดือนกรกฎาคม และตีพิมพ์ในรูปแบบที่เปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในเดือนมกราคม พ.ศ. 2449
แม้ว่าบ่อยครั้งจะถูกบดบังด้วยชื่อเสียงของเอกสารของเขาเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก วิทยานิพนธ์เกี่ยวกับมิติโมเลกุลกลายเป็นผลงานชิ้นหนึ่งของเขาที่ได้รับการอ้างถึงมากที่สุด ความหมกมุ่นอยู่กับกลศาสตร์ทางสถิติของเขานั้นเป็นพื้นฐานของการคิดค้นสิ่งใหม่ๆ
หลายอย่างของเขา รวมถึงความคิดที่ว่าแสงถูกวัดปริมาณด้วย หลังจากจบวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอก นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่จะเฉลิมฉลองหรือไม่ก็นอนหลับ แต่เพียง 11 วันต่อมา ไอน์สไตน์ได้ส่งบทความอีกฉบับหนึ่งให้คราวนี้เป็นเรื่องของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ในบทความนี้ “เกี่ยวกับการเคลื่อนที่
ของอนุภาคขนาดเล็กที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวที่อยู่นิ่งตามทฤษฎีโมเลกุลและจลนพลศาสตร์ของความร้อน” ไอน์สไตน์ได้รวมทฤษฎีจลนพลศาสตร์และอุทกพลศาสตร์แบบคลาสสิกเพื่อให้ได้สมการที่แสดงให้เห็นว่าการกระจัดของอนุภาคบราวเนียนแปรผันตามรากที่สอง ของเวลา
สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองโดยฌอง แปร์รินในอีกสามปีต่อมา เป็นการพิสูจน์เพียงครั้งเดียวและสำหรับทั้งหมดว่าอะตอมนั้นมีอยู่จริง (ดูการเดินแบบสุ่มของไอน์สไตน์ ) อันที่จริง ไอน์สไตน์ได้ขยายทฤษฎีการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนของเขาในบทความเพิ่มเติมที่เขาส่งไปยังวารสารเมื่อวันที่ 19 ธันวาคม แม้ว่าสิ่งนี้จะไม่ได้ตีพิมพ์จนถึงเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2449
