De la graduación al «año milagroso» de las teorías científicas

Después de la graduación en 1900, Einstein se enfrentó a una de las mayores crisis de su vida. Debido a que estudió temas avanzados por su cuenta, a menudo cortaba clases; esto le valió la animosidad de algunos profesores, especialmente Heinrich Weber. Desafortunadamente, Einstein le pidió a Weber una carta de recomendación. Einstein fue posteriormente rechazado para cada puesto académico que solicitó. Más tarde escribió,

Lo habría encontrado hace mucho tiempo si Weber no hubiera jugado un juego deshonesto conmigo.

Mientras tanto, la relación de Einstein con Maric se profundizó, pero sus padres se opusieron vehementemente a la relación. Su madre se opuso especialmente a su origen serbio (la familia de Maric era cristiana ortodoxa Oriental). Einstein desafió a sus padres, sin embargo, y en enero de 1902 él y Maric incluso tuvieron un hijo, Lieserl, cuyo destino se desconoce. (Comúnmente se cree que murió de escarlatina o que fue dada en adopción.)

En 1902 Einstein alcanzó quizás el punto más bajo de su vida. No podía casarse con Maric y mantener a una familia sin trabajo, y el negocio de su padre quebró. Desesperado y desempleado, Einstein tomó trabajos humildes como tutor de niños, pero fue despedido incluso de estos trabajos.

El punto de inflexión llegó más tarde ese mismo año, cuando el padre de su amigo de toda la vida Marcel Grossmann pudo recomendarlo para un puesto como empleado en la oficina suiza de patentes en Berna. En ese momento, el padre de Einstein se enfermó gravemente y, justo antes de morir, dio su bendición para que su hijo se casara con Maric. Durante años, Einstein experimentaría una enorme tristeza al recordar que su padre había muerto pensando que era un fracaso.

Con un ingreso pequeño pero estable por primera vez, Einstein se sintió lo suficientemente seguro como para casarse con Maric, lo que hizo el 6 de enero de 1903. Sus hijos, Hans Albert y Eduard, nacieron en Berna en 1904 y 1910, respectivamente. En retrospectiva, el trabajo de Einstein en la oficina de patentes fue una bendición. Terminaba rápidamente de analizar las solicitudes de patentes, dejándole tiempo para soñar despierto sobre la visión que lo había obsesionado desde que tenía 16 años: ¿Qué pasaría si corrieras junto a un haz de luz? Mientras estaba en la escuela politécnica, estudió las ecuaciones de Maxwell, que describen la naturaleza de la luz, y descubrió un hecho desconocido para el propio James Clerk Maxwell, a saber, que la velocidad de la luz sigue siendo la misma sin importar cuán rápido se mueva uno. Esto viola las leyes del movimiento de Newton, sin embargo, porque no hay velocidad absoluta en la teoría de Isaac Newton. Esta visión llevó a Einstein a formular el principio de la relatividad: «la velocidad de la luz es una constante en cualquier marco inercial (marco en constante movimiento).

Durante 1905, a menudo llamado el «año milagroso» de Einstein, publicó cuatro artículos en el Annalen der Physik, cada uno de los cuales alteraría el curso de la física moderna:

• 1. «Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt» («En un punto de vista Heurístico sobre la Producción y Transformación de la Luz»), en el que Einstein aplicó la teoría cuántica a la luz para explicar el efecto fotoeléctrico. Si la luz se presenta en pequeños paquetes (más tarde llamados fotones), entonces debería eliminar electrones en un metal de una manera precisa.
• 2. «Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen» («Sobre el movimiento de Pequeñas Partículas Suspendidas en Líquidos Estacionarios Requeridos por la Teoría Molecular-Cinética del Calor»), en la que Einstein ofreció la primera prueba experimental de la existencia de átomos. Analizando el movimiento de pequeñas partículas suspendidas en agua estancada, llamado movimiento browniano, pudo calcular el tamaño de los átomos empujadores y el número de Avogadro (véase la ley de Avogadro).
• 3. «Zur Elektrodynamik bewegter Körper» («Sobre la Electrodinámica de los Cuerpos en movimiento»), en la que Einstein expuso la teoría matemática de la relatividad especial.
• 4. «Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energieinhalt abhängig?»(«¿La Inercia de un Cuerpo Depende de Su Contenido Energético?»), presentado casi como una idea de último momento, que mostró que la teoría de la relatividad condujo a la ecuación E = mc2. Esto proporcionó el primer mecanismo para explicar la fuente de energía del Sol y otras estrellas.

Einstein también presentó un documento en 1905 para su doctorado.

Otros científicos, especialmente Henri Poincaré y Hendrik Lorentz, tenían piezas de la teoría de la relatividad especial, pero Einstein fue el primero en reunir toda la teoría y darse cuenta de que era una ley universal de la naturaleza, no un producto curioso del movimiento en el éter, como habían pensado Poincaré y Lorentz. (En una carta privada a Mileva, Einstein se refirió a» nuestra teoría», lo que ha llevado a algunos a especular que ella fue cofundadora de la teoría de la relatividad. Sin embargo, Mileva había abandonado la física después de reprobar dos veces sus exámenes de posgrado, y no hay registro de su participación en el desarrollo de la relatividad. De hecho, en su artículo de 1905, Einstein solo acredita sus conversaciones con Besso en el desarrollo de la relatividad.)

En el siglo XIX había dos pilares de la física: las leyes del movimiento de Newton y la teoría de la luz de Maxwell. Einstein fue el único que se dio cuenta de que estaban en contradicción y que uno de ellos debía caer.