19世纪末数学的三大发现及其意义 19世纪末是数学的变革时期，新的实验结果冲击着伽利略、牛顿以来构建的经典数学体系。 以洛伦兹为代表的老一代理论化学家试图在原有的理论框架内解决旧理论与新事实之间的矛盾。 爱因斯坦从实验事实出发重新审视数学最基本的概念，抛弃了一些熟悉但不正确的概念量子物理三大原理，在理论上取得了根本性的突破。 他的一些重大成就极大地促进了天文学的发展。 爱因斯坦的开创性贡献之一是量子理论的发展。 量子理论是普朗克在1900年为解决松体辐射谱而提出的假设。 他觉得物体发出辐射时释放的能量不是连续的，而是量子化的。 然而，包括普朗克本人在内的大多数人都不敢将非连续能量的概念进一步推进，甚至多次尝试将这一概念纳入经典数学体系。 爱因斯坦的心态则截然不同。 他预感到量子理论带来的不是一个小小的修正，而是整个数学的根本性改革。 他将量子理论向前推进，借助量子概念分析辐射的传播和吸收，提出了光量子的概念，完整地解释了经典数学无法解释的光电效应的经验规律，从而动摇了光波动论的正统地位。 光量子概念的提出，在人类认识自然史上首次明确了光同时具有波动性和粒子性（今天俗称二象性），这直接为德布罗意物质波理论的完善和后续量子热的构建开辟了道路。
这项工作荣获1921年诺贝尔化学奖。 1906年，爱因斯坦将量子理论推广到物体内部的振动，成功解释了高温下固体的比热与温度变化的关系。 1916年，他继续发展量子理论，从玻尔的量子跃迁概念中引入了Arial辐射。 在这项研究中，他将统计数学的概念与量子理论相结合，提出了自发发射和受激发射等概念。 从量子理论的基础到受激发射的概念，它对天体化学，特别是理论天体化学产生了巨大的影响。 理论天体化学第一个成熟的方面——恒星大气理论，是在量子理论和辐射理论的基础上完善起来的。 爱因斯坦一生工作的标志是他的相对论。 在他 1905 年题为“论运动体电动学”的论文中，他完整地提出了狭义相对论。 他根据惯性参照系相对性和光速不变性这两个普遍概括，革新了经典化学中时间、空间和运动的基本概念。 它否定绝对静止空间的存在，否定同时性概念的绝对性。 在这个系统中，移动标尺被缩短，移动时钟变慢。 狭义相对论最显着的成果之一是阐明了能量与质量之间的联系。 众所周知的关系式E=mc^2已成为解开核能理论的金钥匙。 随着核能的发现，长期存在的星体能量问题终于得到圆满解决。 近年来，越来越多的高能天体化学现象被发现，狭义相对论成为解释这些现象最基本的理论工具。
狭义相对论建立后，爱因斯坦开始研究万有引力理论。 他在构建狭义相对论的工作中还掌握了一个众所周知的基本事实量子物理三大原理，即：惯性质量与引力质量之比是一个与物理性质无关的普适常数。 随后，他提出了等效原理。 经过多年的努力，终于在1915年完善了万有引力理论，这与牛顿的万有引力理论——广义相对论有着本质的区别。 广义相对论从一开始就与天文现象密切相关。 广义相对论的一系列关键测试是在宇宙“实验室”完成的。 根据广义相对论，爱因斯坦推导出水星最近点的（异常）进动，解决了天文学中长期存在的谜团。 同时，他推测光线在引力场中会弯曲。 1919年，爱丁顿等人通过月食观测否定了这一预言。 六十二年后的1978年，测量到了射电脉冲双星+16的周期变化，很多人都觉得完全符合引力波阻尼理论所做的预测，这可能是广义相对论的又一有力证明。 在强引力场的情况下，广义相对论会产生许多奇怪的后果。 例如，奥本海默根据广义相对论预测，恒星的核能耗尽后，如果质量足够大，必然会演化为黑洞。 1967年发现脉冲星并否认其为中子星后，人们意识到天空中确实存在强场天体。 如今，天鹅座 X-1 被认为是一个黑洞。 以上构成了相对论天体化学的基本内容，相对论天体化学是目前天体化学中最活跃的分支之一。
没有什么比爱因斯坦的宇宙学理论更能体现他对天文学的重大影响了。 爱因斯坦建立广义相对论后，立即转向对宇宙的研究。 1917年，爱因斯坦发表了他的第一篇宇宙学论文《根据广义相对论对宇宙学的调查》。 就像他多少次以一篇论文开创一个领域一样，这篇论文宣告了相对论的诞生。 尽管六十多年过去了，本文中介绍的许多想法至今仍然有效。 在探索宇宙时，爱因斯坦首先强调了无限宇宙与牛顿理论之间不可克服的内在矛盾。 原则上，无限宇宙数学系统的动力学根据牛顿热理论是无法完善的。 从牛顿理论和无限宇宙这两点出发，根本无法得到自洽的宇宙模型。 为此，必须是：要么改变牛顿理论，要么改变无限空间的概念，要么改变两者。 爱因斯坦放弃了传统的三维欧几里得宇宙几何的无限性。 他根据广义相对论，构建了静态有限和无限自洽的动力宇宙模型。 在这个模型中，宇宙就其空间范围而言是一个封闭的连续体。 该连续体的体积是有限的，但它是一个弯曲的封闭体，因此没有边界。 在宇宙学研究中，爱因斯坦引入了用动力学建立宇宙模型的方法，并引入了宇宙学原理、弯曲空间等新概念。 他认为宇宙体积是无限还是有限的问题只能通过科学而不是信仰来解决。 这些崇尚科学的态度继承了哥白尼等人开创的科学探索精神。 他曾说过：“科学研究可以破除迷信，因为它鼓励人们从因果关系的角度思考和观察事物。” 他的宇宙学研究证明了这些反迷信的精神。 为此，无论同意还是不同意他的宇宙观的人，都不得不承认爱因斯坦在宇宙学上也写下了非常光辉的一页。
