爱因斯坦带来的革命
阿尔伯特·爱因斯坦1879年3月14日出生于德国的乌尔姆，但随后全家就迁到慕尼黑，他在那里度过了学生时代。爱因斯坦并不是一个特别优秀的学生，1894年当他家搬到意大利后他辍学了。在经历了一次失败的入学考试后，他最终于1896年被位于苏黎世的瑞士工学院录龋尽管他在苏黎世时学习成绩优异，但因为懒惰的名声，他没能在任何一所瑞士大学中谋到职位。1902年他离开学校进入了位于波恩的专利局工作。这份工作薪酬优厚，而且初级专利技术员的任务并不是特别繁重，这使他有充足的空闲时间思考物理问题。
爱因斯坦的狭义相对论发表于1905年。这个理论成为人类思想史上最伟大的学术成就。更加不同凡响的是，该研究是爱因斯坦利用在专利局工作的闲暇，投入了大量的精力完成的。他同年还发表了关于光电效应（促成了量子理论方面的许多发展）和布朗运动现象（由原子碰撞引起的微粒的振动）的开创性的研究成果。狭义相对论远远超越当时他自己的其他工作，以及世界上主流物理学同行的工作，其原因是爱因斯坦完全打破了对任何人和任何事物都相同的、具有绝对属性的时间概念。而绝对的时间概念根植于牛顿的宇宙学思想，大多数人认为是毋庸置疑而无需讨论的。只有天才才能冲破如此巨大的概念上的障碍。
相对性的思想并非源于爱因斯坦。伽利略早于他3个世纪就已经提出过关于相对性的基本理论。伽利略宣称只有相对运动的物体而没有绝对运动的物体。他给出了证明，如果乘船匀速在一个平静的湖面上旅行，那么在封闭的船舱中没有任何实验可以使你感知你在运动中。当然，伽利略时代的物理学知识还有很多空白，因此他所了解的物理实验是相当有限的。
爱因斯坦的相对论简而言之即是，所有自然定律对相对运动的观测者而言都是完全相同的。爱因斯坦特别将这个理论应用到由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）创立的电磁场理论中，麦克斯韦的理论主要描述前面已提过的荷电物体间的作用力。麦氏理论的结论之一是（真空中的）光速是一个普适常数（一般用符号c表示）。站在相对论的观点看，所有的观测者无论其自身的运动状态如何不同，都将测量到相同的c值。这个结论看似简单但其影响却是革命性的。
爱因斯坦决定给自己提出一些具体问题：在一些包含信号灯切换的特定实验中将会观测到什么？他做了大量这类推理实验。例如，想象在运行的列车中央有一盏信号灯。在列车的两端分别各有一个时钟，当信号灯照亮它们时我们可以看到时间。当信号灯发光时，从列车中旅客的角度观察，列车的两端会同时收到光信号。时钟上看到的是相同的时间。
那么立于铁轨旁观察列车的人会看到什么情景呢？闪光灯的光在该参照系的传播速度与在列车乘客参考系下是相同的。但是坐在列车后部的旅客朝向信号灯运动，而坐在列车前部的旅客向远离信号灯的方向运动。铁轨参考系的观察者会看到列车后面的时钟比列车前面的时钟先被照亮。然而，当列车前面的时钟被照亮时，它的读数与后面时钟读数相同！观测者会认为列车上的时钟出了问题。
这个例子证明了“同时”这一概念是相对的。在列车参考系下灯光到达两端是同时的，而在铁轨参考系下是不同的。其他奇怪的相对性现象包括时间膨胀（运动的时钟变慢）和长度压缩（运动的尺子变短）。这些都是在“所有观测者测量的光速是相同的”这一前提下的推论。当然，上面给出的例子有点不现实。为了达到可观测的效果，实验中的速度必需与光速c值有可比性。这样的速度在列车车厢中是难以达到的。不过已有实验证明时间膨胀效应确实存在。放射性粒子高速运动时，其衰变率会大大减慢的原因是它的内部时钟变慢。
狭义相对论也提出了最著名的方程E=mc2，并推广到整个物理学中，表达了物质和能量的当量关系。这个方程也已被大量实验验证，是原子爆炸和化学爆炸等过程所遵循的原理。
尽管狭义相对论的成就无可置疑，但因为只考虑匀速运动而相当不完整。即使是牛顿自然定律的第一部分也是基于速度随时间变化而构建的。牛顿第二定律是关于物体动量变化率的定律，也就是我们通常讲的加速度。狭义相对论严格限制在所谓的惯性运动中，即粒子的运动不受任何外力作用。这意味着狭义相对论不能描述任何类型的加速运动，特别是不能描述引力影响下的运动。
