爱因斯坦的童年
爱因斯坦小时候不活泼，三岁多了还不会说话。他父母担心他是哑巴，带他去看医生检查。幸运的是，爱因斯坦不是哑巴，但他直到九岁时才流利地说话。他说的每一句话都必须认真思考。
在四五岁的时候，爱因斯坦有一次卧病在床，他的父亲给了他一个指南针。当他发现指南针总是指向一个固定的方向时，他非常惊讶，觉得这种现象背后一定隐藏着什么。他开心地玩了几天指南针，缠着父亲和雅各布叔叔问了一系列问题。虽然他连“磁”字都说不好，但他固执地想知道指南针为什么能指引方向。这种深刻而持久的印象被爱因斯坦生动地回忆起来，直到他67岁。
爱因斯坦在小学和中学的时候，作业很正常。因为他行动迟缓，不喜欢人，所以他的老师和同学都不喜欢他。教他希腊语和拉丁语的老师更恨他。他曾经公开骂过他:“爱因斯坦，你长大后永远也成不了成功人士。”而且因为怕他上课影响其他同学，想把他踢出学校。
爱因斯坦的叔叔雅各布在电器厂负责技术事务，而爱因斯坦的父亲负责业务联系。雅各布是一名工程师，他非常热爱数学。小爱因斯坦来问他问题时，总是用非常简单通俗的语言向他介绍自己的数学知识。在他叔叔的影响下，爱因斯坦更早受到科学和哲学的启蒙。
我父亲的生意不好，但他乐观善良。家里每天晚上请来慕尼黑读书的穷学生吃饭，无异于帮助他们。其中一个是来自立陶宛的一对犹太兄弟Max和Bernard。他们都是医科学生。他们喜欢看书，兴趣广泛。他们被邀请到爱因斯坦家吃饭，并和害羞的黑头发棕色眼睛的小爱因斯坦成了好朋友。
马克斯可以说是爱因斯坦的“启蒙老师”。他借了一些流行的自然科学书籍给他看。爱因斯坦十二岁时，马克斯给了他一本斯皮克的平面几何教科书。爱因斯坦晚年回忆这本神圣的小书时说:“这本书里有很多论断，比如三角形的三个高度相交于一点。虽然它们本身并不明显，但它们可以被可靠地证明，因此任何怀疑似乎都是不可能的。这种清晰和可靠给我留下了难以形容的印象。”
爱因斯坦也很幸运，从一本优秀的通俗读物中知道了自然科学领域的主要成就和方法。通俗读物不仅增长了爱因斯坦的见识，也触动了年轻人好奇的心弦，引起了他对问题的深入思考。
十六岁时，爱因斯坦报考了瑞士苏黎世联邦理工大学工程系，但在入学考试中落榜。他接受了联邦理工大学校长、该校著名物理学家韦伯教授的建议，在瑞士阿劳的州立中学完成了中学课程，以期获得中学学位。
1896 5438+00年6月，爱因斯坦踏入苏黎世工业大学的校门，在师范系学习数学和物理。他非常反感学校里的灌输式教育，认为这让人没有时间和兴趣去思考其他问题。幸运的是，扼杀真正科学动力的义务教育在苏黎世联邦理工大学比在其他大学要少得多。爱因斯坦充分利用了学校里自由的空气，专心于他所热爱的学科。在学校，他广泛阅读了亥姆霍兹、赫兹等物理学大师的著作，他最着迷的是麦克斯韦的电磁理论。他有自学能力，有分析问题的习惯，有独立思考的能力。
早期工作
1900年，爱因斯坦毕业于苏黎世工业大学。他被拒绝留在学校，因为他对一些课程不热心，对老师漠不关心。他找不到工作，以做家教和代课老师为生。失业一年半后，关心和理解他才华的同学马塞尔·格罗斯曼向他伸出了援助之手。格罗斯曼设法说服父亲将爱因斯坦介绍到瑞士专利局担任技术员。
爱因斯坦感谢格罗斯曼一生的帮助。在给格罗斯曼的悼念信中，他说自己大学毕业时，“突然被所有人抛弃，面对生活不知所措。”他帮助了我，通过他和他父亲，我后来去了哈勒(时任瑞士专利局局长)，进了专利局。这有点像救我的命。没有他，我大概不会饿死，但精神会很压抑。"
1902 2月21日，爱因斯坦获得瑞士国籍，移居伯尔尼，等待专利局的招聘。1902年6月23日，爱因斯坦被专利局正式录用为三级技师，工作是审查各种申请专利权的技术发明创造。1903年与大学同学米列娃·马利克结婚。
从1900到1904，爱因斯坦每年都会写一篇论文，发表在德国物理杂志上。前两篇是关于液面和电解的热力学，试图给化学一个力学基础。后来发现这条路走不通，转而研究热力学的力学基础。1901中提出了统计力学的一些基础理论，从1902到1904的三篇论文都属于这个领域。
1904的论文认真讨论了统计力学预言的涨落现象，发现能量涨落依赖于玻尔兹曼常数。它不仅将这一结果应用于力学系统和热现象，还大胆地将其应用于辐射现象，得出辐射能涨落公式，从而推导出维恩位移定律。对涨落现象的研究使他在1905年无论是辐射理论还是分子运动理论都取得了重大突破。
1905的奇迹
从65438年到0905年，爱因斯坦创造了科学史上前所未有的奇迹。这一年，他写了六篇论文。从3月到9月的半年时间里，他利用在专利局每天工作八小时之外的业余时间，在三个领域做出了四项划时代的贡献。他发表了关于光量子理论、分子尺寸测量、布朗运动理论和狭义相对论的四篇重要论文。
1905年3月，爱因斯坦把他认为正确的论文送到了德国《物理年刊》编辑部。他害羞地对编辑说:“如果你能在你的年度报告中为我找到发表这篇论文的空间，我将非常高兴。”这篇“尴尬”的论文被称为“关于光的产生和转化的思辨观点”。
本文将普朗克在1900年提出的量子概念推广到光在空间的传播，提出了光量子假说。认为:对于时间平均，光表现为波动；对于瞬时值，光显示为粒子。这是历史上第一次揭示微观物体的涨落与粒子的统一性，即波粒二象性。
在这篇文章的最后，他用光量子的概念通俗易懂地解释了光电效应，并推导出光电子的最大能量与入射光频率的关系。这种关系直到10年后才被密立根的实验证实。1921年，爱因斯坦因“光电效应定律的发现”的成就获得诺贝尔物理学奖。
这只是开始。阿尔伯特·爱因斯坦在光、热、电物理三个领域齐头并进，一发不可收拾。1905年4月，爱因斯坦完成了确定分子大小的新方法，5月完成了热分子运动理论所要求的静止液体中悬浮粒子的运动。这是两篇关于布朗运动的论文。爱因斯坦当时的目的是通过观察分子运动涨落引起的悬浮粒子的不规则运动来确定分子的实际大小，从而解决科学界和哲学界争论了半个多世纪的原子是否存在的问题。
三年后，法国物理学家佩兰用精确的实验证实了爱因斯坦的理论预测。从而无可非议地证明了原子和分子的客观存在，这也使得最坚决反对原子论、能量论创始人的德国化学家奥斯特瓦尔德在1908主动宣布“原子假说已经成为一种有坚实基础的科学理论”。
1905年6月，爱因斯坦完成了开创物理学新纪元的长篇论文《论输运体的电动力学》，完整地提出了狭义相对论。这是爱因斯坦在10年酝酿和探索的结果，很大程度上解决了19年底经典物理学的危机，改变了牛顿力学的时空观，揭露了物质和能量的等价性，开创了一个全新的物理学世界，是现代物理学领域最伟大的革命。
狭义相对论不仅能解释经典物理能解释的所有现象，还能解释一些经典物理解释不了的物理现象，并预言许多新的效应。狭义相对论最重要的结论是质量守恒原理失去了独立性，与能量守恒定律融为一体，使质量和能量相互转化。其他的还有时钟的慢标度，光速不变，光子的零静止质量等等。经典力学在低速下已经成为相对论力学的极限情况。这样力学和电磁学就统一在运动学的基础上了。
1905年9月，爱因斯坦写了一篇短文，物体的惯性和它所包含的能量有关吗？“，作为相对论的一个推论。质能等效是核物理和粒子物理的理论基础，也为20世纪40年代核能的释放和利用开辟了道路。
在这短短的半年时间里，爱因斯坦在科学上的突破性成就可以说是“前无古人”。即使他放弃了物理学研究，即使他只完成了上述三项成就中的任何一项，爱因斯坦都会在物理学发展史上留下极其重要的印记。爱因斯坦驱散了“物理学晴空中的乌云”，迎来了更加辉煌的物理学新时代。
广义相对论的探索
狭义相对论建立后，爱因斯坦并不满足，试图将相对论原理的应用范围扩大到非惯性系。他从伽利略发现万有引力场中的物体加速度相同中找到了突破口，并在1907年提出了等效原理。这一年，他的大学老师、著名几何学家闵可夫斯基提出了狭义相对论的四维空间表示，为相对论的进一步发展提供了有用的数学工具。可惜爱因斯坦当时并没有意识到它的价值。
等效原理的发现被爱因斯坦认为是他一生中最快乐的思想，但他后来的工作非常辛苦，走了一个大弯路。1911年，他分析了刚性旋转圆盘，认识到引力场中的欧几里得几何并不严格有效。同时发现洛仑兹变分不具有普适性，等效原理只在一个无穷小的区域内有效。此时，爱因斯坦已经有了广义相对论的思想，但他还缺乏必要的数学基础来建立它。
1912年，爱因斯坦回到位于苏黎世的母校工作。在他的同学、母校数学教授格罗斯曼的帮助下，他在黎曼几何和张量分析中找到了建立广义相对论的数学工具。经过一年的艰苦合作，他们在1913发表了一篇重要论文《广义相对论与引力理论大纲》，提出了规范场引力理论。这是第一次把重力和度规结合起来，使黎曼几何有了真正的物理意义。
但是他们当时得到的引力场方程只是对于线性变换是协变的，在广义相对论原理要求的任意坐标变换下是不具有协变的。这是因为爱因斯坦当时对张量运算并不熟悉，错误地认为只要遵守守恒定律，就要限制坐标系的选择，为了保持因果性，就要放弃普适协变的要求。
科学成就的第二个高峰
1915到1917这三年，是爱因斯坦科学成就的第二个高峰，类似于1905，他也在三个不同的领域取得了历史性的成就。除了被公认为人类思想史上最伟大的成就之一的广义相对论最终成立于1915。1916年在辐射量子中提出引力波理论，1917年开创现代宇宙学。
1915年7月之后，爱因斯坦在走了两年多的弯路之后，又回到了万有协变的要求。从6月1915到6月110，他集中精力探索新的引力场方程，在6月165438+10月4日，11，18。
在第一篇论文中，他得到了满足守恒定律的普适协变引力场方程，但增加了一个不必要的限制。在第三篇论文中，根据新的引力场方程，计算出光线通过太阳表面的偏转为1.7弧秒，同时计算出水星近日点的岁差为每100年43秒，彻底解决了60多年来天文学的一大难题。
他在19115年10月25日的论文《引力场方程》中，放弃了对变换群不必要的限制，建立了真正普适的协变引力场方程，宣告广义相对论作为一个逻辑结构最终完成。1916年春天，爱因斯坦写了一篇总结论文《广义相对论的基础》；同年年底，一本流行的小册子《论狭义和广义相对论》问世。
1916年6月，爱因斯坦在研究引力场方程的近似积分时，发现一个力学系统在变化时必然会发出以光速传播的引力波，并由此提出了引力波理论。1979，爱因斯坦去世24年后，引力波的存在被间接证明。
1917年，爱因斯坦利用广义相对论的成果研究宇宙的时空结构，发表了开创性的论文《基于广义相对论的宇宙考察》。分析了“宇宙在空间是无限的”这一传统概念，指出它与牛顿的引力理论和广义相对论是不相容的。在他看来，可能的出路是把宇宙看成一个空间体积有限的封闭的连续区域，用科学的论证来推断宇宙在空间上是无限的。这是人类历史上一个大胆的创举，使宇宙学摆脱了纯粹的猜测，进入了现代科学的领域。
漫长而艰难的探索
广义相对论完成后，爱因斯坦仍然感到不满足，所以他要把广义相对论扩展到不仅包括引力场，还包括电磁场。他认为这是相对论发展的第三个阶段，即统一场论。
1925之后，爱因斯坦全力以赴探索统一场论。最初几年，他很乐观，认为胜利在望；后来发现困难很多。他认为现有的数学工具是不够的。1928后转纯数学的探索。他尝试了各种方法，但没有得到任何具有真正物理意义的结果。
从1925到1955的30年间，除了量子力学、引力波和广义相对论的运动的完备性，爱因斯坦几乎把所有的科学创造精力都投入到了统一场论的探索中。
1937年，他在两位助手的配合下，从广义相对论的引力场方程推导出运动方程，进一步揭示了时空、物质和运动的统一性，这是广义相对论的一个重大发展，也是爱因斯坦在科学创造活动中取得的最后一个重大成果。
同样的理论，他从来没有成功过。他从不气馁，总是充满信心地从头开始。因为他远离当时物理学研究的主流，所以他一个人去攻克当时无法解决的难题。所以和20年代的情况相反，他晚年在物理学界非常孤立。然而，他仍然无所畏惧，坚定不移地走自己的路。直到去世的前一天，他还在病床上准备继续他对统一场论的数学计算。