アインシュタインの奇跡の年

アインシュタインの奇跡の年（アインシュタインのきせきのとし）とは、アルベルト・アインシュタインが4つの論文を科学雑誌『アナーレン・デア・フィジーク』(Annalen der Physik)で発表した1905年のことである。この4つの論文は、空間、時間、質量、エネルギーといった基本的な概念に対する科学的理解に革命をもたらし、現代物理学の基礎を築いた。アインシュタインがこれらの優れた論文を1年で発表したことから、1905年は「奇跡の年」（ラテン語でAnnus mirabilis（アナス・ミラビリス）、ドイツ語でWunderjahr）と呼ばれている。

「奇跡の年」である1905年ごろのアインシュタイン

論文

3月17日に発表された1つ目の論文『光の発生と変換に関する発見的見地について』^{[einstein 1]}は、光電効果を説明したもので、アインシュタインへのノーベル物理学賞の授賞はこの論文に対するものである^[1]。

5月11日に発表された2つ目の論文『熱の分子論から要求される静止液体中の懸濁粒子の運動について』^{[einstein 2]}は、ブラウン運動を説明したもので、これにより、それまで原子の存在を認めるのに消極的だった物理学者たちがそれを認めるようになった。

6月30日に発表された3つ目の論文『運動物体の電気力学について』^{[einstein 3]}は、特殊相対性理論について述べたものである。

9月27日に発表された4つ目の論文『物体の慣性はそのエネルギーの大きさに依存するか』^{[einstein 4]}は、特殊相対性理論の帰結として、有名な方程式${\displaystyle E=mc^{2}}$で表される質量とエネルギーの等価性を述べたもので、原子エネルギーの発見と利用につながった。

これらの4つの論文は、量子力学や一般相対性理論とともに、現代物理学の基礎となっている。

背景

ベルンのクラム通り（英語版）49番地にある当時のアインシュタインの住居（現 アインシュタイン・ハウス）。論文のほとんどは、このアパートの2階にある彼の住居で書かれた。

これらの論文が書かれた当時、アインシュタインは、科学的な参考資料を全て入手することは容易ではなかったが、『アナーレン・デア・フィジーク』には定期的に目を通し、レビューを寄稿していた。また、彼の理論を議論できる科学者仲間もほとんどいなかったが、スイスのベルンにある特許庁での審査官時代の同僚ミケーレ・ベッソ（英語版）について、「ヨーロッパ中を探しても、これ以上のアイデアの相談相手は見つからなかった」と後に語っている。同僚や自称「アカデミー・オリンピア」の他のメンバー（モーリス・ソロヴィン（英語版）とコンラート・ハービヒト（英語版））、妻のミレヴァ・マリッチも、アインシュタインの研究に何らかの影響を与えていたが、それがどの程度かは不明である^[2][3][4]。

これらの論文を通じて、アインシュタインは当時の物理学上の重要な疑問や問題に取り組んだ。1900年、ウィリアム・トムソン（ケルビン卿）は、「熱と光の力学的理論を覆う19世紀の雲」と題した講演^[5]で、マイケルソン・モーリーの実験の結果や黒体放射について、物理学では納得のいく説明ができないと指摘した。アインシュタインは、後に特殊相対性理論の導入により、マイケルソン・モーリーの実験の結果を説明した。また、アインシュタインの光電効果の説明は、マックス・プランクが黒体放射の説明に成功した量子論を発展させたものであった。

特殊相対性理論など、アインシュタインの業績は他の分野でも高く評価されていたが、1921年のノーベル物理学賞の受賞は、光電効果の研究に対してである^[6]。ノーベル委員会は特殊相対性理論が実験的に証明されることを待ち望んでいたが、それがなされたのは1938年^[7]と1941年^[8]のアイヴズとスティルウェル（英語版）と、1941年のRossiとHall^[9]による時間の遅れの実験によってであった。

記念

国際純粋・応用物理学連合(IUPAP)は、アインシュタインの奇跡の年から100年目となる2005年を「世界物理年」として記念することを決議した。