1905年爱因斯坦（1879——1955）发表了狭义相对论.这个理论指出在宇宙中唯一不变的是光线在真空中的速度,其它任何事物——速度、长度、质量和经过的时间,都随观察者的参考系（特定观察）而变化.这个理论形成了一个著名的公式：E=MC2狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）.爱因斯坦指出,随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的加快,时间会变慢.其二：任何物体以光速运动时,其长度将会缩短为零.提出时间和空间都是绝对的,空间和时间是完全分开的.然而,在相对论数学中,时间和三维空间——长、宽和高,一起构成一个四维空间框架,叫做时空关联集.
爱因斯坦从他的狭义相对论中推导出等式E=MC2（这里E是能量,M是质量,C是恒定的光速）,他用这个等式解释了质量和能量是等价的.现在认为,质量和能量是同一种物质的不同形式,称为质能.例如,如果一个物体的能量减少了一定量E,则它的质量也减少等于MC2的量,然而,质能不会消失,只不过以另一种形式被释放,它叫辐射能量.
1915年发表了他的广义相对论.他解释了引力作用和加速度作用没有差别的原因.他还解释了引力是如何和时空弯曲联系起来的,利用数学,爱因斯坦指出物体使周围空间、时间弯曲,在物体具有很大的相对质量（例如一颗恒星）时,这种弯曲可使从它旁边经过的任何其它事物,即使是光线,也改变路径.广义相对论指出,时空曲率将产生引力.当光线经过一些大质量的天体时,它的路线是弯曲的,这源于它沿着大质量物体所形成的时空曲率.因为黑洞是极大的质量的浓缩,它周围的时空非常弯曲,即使是光线也无法逃逸.
几百年来牛顿的经典力学使众多人信服,因为他适用于低速、宏观的惯性系.而相对论适用于高速（接近光速）的或微观的量子态以及非惯性系,人们很难通过实验得以证实和观察,所以很多人无法接受这一事实.但相对论可以很好的解决这一问题.因此说相对论是现代物理学的奠基石.
-- 相对论
相对论
十九世纪后期,由于光的波动理论的确立,科学家相信一种叫“以太”的连续介质充满了宇宙空间,就象空气中的声波一样,光线和电磁信号是“以太”中的波.然而,与空间完全充满“以太”的思想相悖的结果不久就出现了：根据“以太”理论应得出,光线传播速度相对于“以太”应是一个定值,因此,如果你沿与光线传播相同的方向行进,你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速低；反之,如果你沿与光线传播相反的方向行进,你所测量到的光速应比你在静止时测量到的光速高.但是,一系列实验都没有找到造成光速差别的证据.
在这些实验当中,阿尔波特·迈克尔逊和埃迪沃德·莫里1887年在美国俄亥俄州克里夫兰的凯斯研究所所完成的测量,是最准确细致的.他们对比两束成直角的光线的传播速度,由于围着自转轴的转动和绕太阳的公转,根据推理,地球应穿行在“以太”中,因此上述成直角的两束光线应因地球的运动而测量到不同的速度,爱尔兰物理学家乔治·费兹哥立德和荷兰物理学家亨卓克·洛仑兹,最早认为相对于“以太”运动的物体在运动方向的尺寸会收缩,而相对于“以太”运动的时钟会变慢.并且洛仑兹提出了著名的洛仑兹变换.而对“以太”,费兹哥立德和洛仑兹当时都认为是一种真实存在的物质.而法国数学家庞加莱怀疑这一点,并预见全新的力学会出现.
马赫和休谟的哲学对爱因斯坦影响很大.马赫认为时间和空间的量度与物质运动有关.时空的观念是通过经验形成的.绝对时空无论依据什么经验也不能把握.休谟更具体的说：空间和广延不是别的,而是按一定次序分布的可见的对象充满空间.而时间总是又能够变化的对象的可觉察的变化而发现的.1905年爱因斯坦指出,迈克尔逊和莫雷实验实际上说明关于“以太”的整个概念是多余的,光速是不变的.而牛顿的绝对时空观念是错误的.不存在绝对静止的参照物,时间测量也是随参照系不同而不同的.他用光速不变和相对性原理提出了洛仑兹变换.创立了狭义相对论.
狭义相对论
狭义相对论适用于惯性参照系
1、 狭义相对论的两条基础原理
（1） 狭义相对性原理——在所有的惯性系中物理定律的形式相同.各惯性系应该是等价的,不存在特殊的惯性系.即事物在每个惯性系中规律是一样的.（从合理性上说）
（2） 光速不变原理——在所有的惯性系里,真空中光速具有相同的值.光速与广泛的运动无关；光速与频率无关；往返平均光速与方向无关.（该原理由迈克尔逊-莫雷实验引出.）
2、 狭义相对论运动学的核心——洛仑兹变换
有了这两个新的公理,则非常重要的洛仑兹变换关系就非常自然的推导出来了.讨论一个从t=0 x=0发出的光子在∑系和∑’系（在t=0时∑’系与∑系重合,以后∑’以V沿X轴方向运动.）中的情况,根据：
1、时空均匀性：x=γ(x’+vt’)
2、相对性原理：x’=γ(x-vt)
3、光速不变原理：x=ct
x’=ct’
其中：时空均匀性条件不是新的原理,一个固定的物体放在空间任一位置无论何时长度是相同的这是非常直观的,由简单的推理可知均匀时空的坐标变换是线性的.因为若设：x=ax’2+bt’,则任一瞬间（dt’=0）测量一物体长度：dx=2ax’dx’.可见对∑’系任一个dx’放在不同的x’,对∑系来说是长度不同的.也即对∑系空间是不均匀的这不符合直觉.因∑’与∑是等价的,∑’系变到∑系有x=γ(x’+vt’),则∑系变到∑’就一定有x’=γ(x - vt),可见相对性原理对不同的惯性系是公平的.最后由光速不变原理给出的两个关系,看起来费解,却有实验支持.这样解4个方程立即得到 和洛仑兹变换：
∑’系→∑系 ∑系→∑’系
x=γ(x’+vt’) x’=γ(x - vt)
y=y’ y’=y
z=z’ z’=z
t=γ(t’+vx’/c2) t’=γ(t-vx/c2)
洛仑兹变换统一了时空和运动,统一了高速世界和经典力学研究的低速情况.当v
