愛因斯坦是相對論的創始人，相對論無疑是他最重要的成就。與其他研究工作相比，相對論對自然科學思想體系產生了更深遠的影響，它的作用遠遠超出哲學思想的范疇。

它引起了一場最激烈的爭論，也正是通過這場爭論及以后的實踐，讓全世界的人都了解到了愛因斯坦的偉大。

1905年，愛因斯坦在《物理學年鑒》上發表了長達30頁的論文《論動體的電動力學》。這篇文章宣告了相對論的創立。1905年，還在這一雜志上，他以題為《物體的慣性同它所包含的能量有關嗎》一文又作了重要補充。這兩篇論文都收集在1913年相對論重要的歷史文獻《相對論原理》一書中，與讀者再次見面。對于愛因斯坦在相對論中研究的問題，當時物理界的看法是不同的。

19世紀，先是光學的機械理論居于統治地位。這種理論認為，光是一種稱之為“光以太”或簡稱“以太”的彈性介質的波動。以太能穿透一切物體，而又不影響物體的運動。但是，事實上，光學研究的新成果愈來愈難以符合機械以太假說。于是，物理學家斷言，可以把光看做是以太的一種特殊“狀態”。這種狀態被看成是電磁力場，法拉第把它抽象地引進自然科學領域，而后又被麥克斯韋用抽象得出奇的數學公式進行概括。

光以太學說與牛頓力學所引出的“絕對空間”理論緊密相連。牛頓認為：“絕對空間由于它的本性以及它同外界事物的無關；它永遠是同一的和不動的?！?

于是，牛頓認為可以把以太看做是絕對參考體系，它決定了世界上一切運動的永恒的絕對狀態。

牛頓進而認為，也存在著“絕對時間”。他說：“絕對的、真正的數學時間自身在流逝著，它的本性是均勻的，它的流逝同任何外界事物無關?！?

這種觀點認為，時間在均勻地流逝，并且想像在宇宙中有一種“標準鐘”，人們可以從放在任意地方的這種鐘上讀出“絕對時間”。后來，牛頓又談到了“絕對運動”，這是由“絕對空間”和“絕對時間”聯想到的。他給“絕對運動”下定義，亦即“物體從一絕對地點轉移到另一絕對地點”。

絕對時間和絕對空間是牛頓力學的根基。然而牛頓的絕對時間和絕對空間兩者之間有明顯的毛病：既然絕對時間和絕對空間同任何外界事物都沒有關系，那么怎樣才能知道它們存在呢？這個問題，牛頓沒辦法回答。他只能說，絕對時間和絕對空間是上帝的創造。后來，康德又把絕對時間和絕對空間說成是先驗的。先驗的意思就是先于經驗，人一生下來就有的。這樣，牛頓和康德把絕對時間和絕對空間捧上了先驗的王國，不許有人對它們加以懷疑。

到了19世紀，馬赫又對牛頓的時空概念作了有力的批判，但還是沒有推翻。這是因為要改變時間和空間的概念，客觀條件還沒有成熟。此外，實驗物理學也使人們對牛頓關于時空和運動的教條產生極大的懷疑。地球以每秒30公里的速度在其軌道上繞著太陽轉動。我們的太陽系以每秒20公里的速度在宇宙中飛馳，最后是我們的銀河系，它與其他遙遠的銀河系相比，以相當高的速度不停地在運動。那么，要是光以太是靜止存在于“絕對空間”之中，并且天體穿過它運行，這種運行的結果對于光以太來說必然是顯著的，而且使用精密的光學儀器也一定能夠驗證“以太風”。

美國物理學家麥克爾遜做了第一個實驗。他出生于波蘭，1881年曾在柏林和波斯坦做過亥姆霍茲獎學金的研究生。他的實驗由于實驗裝置不夠齊全，結果說服力不夠強。6年以后，麥克爾遜在美國使用親自設計的高精度鏡式干涉儀，同莫勒合作重復了他以前的實驗。這臺新式測試儀是如此的精確，以致于儀器本身受“以太風”的影響都能清晰地顯示出來。但是這次實驗以后的多次反復實驗，都沒有看到那種現象。這個實驗證明光速完全是恒定的，與光源和觀察者的運動都無關?！胞溈藸栠d實驗”是物理學史上最著名的實驗之一，也是相對論的基本實驗。愛因斯坦十分欽佩麥克爾遜的實驗技巧。

麥克爾遜的實驗得到的結果，徹底否定了光以太的存在。此后還有人想使虛構的以太假說與光速恒定的事實一致起來，從而來“拯救”以太假說。1895年，荷蘭物理學家洛倫茲假定，快速運動物體在運動方向上會產生機構收縮（“洛倫茲收縮”），為的是用這種方法在機械世界觀范疇內把麥克爾遜實驗結果跟光以太和絕對空間捏合起來。這種設想盡管十分巧妙，但這種人為的假想，不僅明顯帶有目的性假說的性質，而且從長遠看來不會使理論物理學家滿意。

麥克爾遜的實驗結果使理論物理學家陷入難以自拔的思維困境，又像是一個系在人們心頭達10年之久的、無法解開的死結，但它被年輕的愛因斯坦解開了。

1905年，愛因斯坦提出了相對論，他把作為光波載體的以太，從物理學世界中清除出去了。他認為，光以太原本只是物理學界的一個“幽靈”，他把獨立的物理實體——電磁場請出來，坐在以太的位置上，這也是嶄新的、勇敢的行動。盡管法國物理學家彭加勒在他之前就曾提過應該拋棄以太假說，但是他沒能把這種想法變成新的自然觀的基礎。

“無以太物理學”是愛因斯坦思想的重要成果之一。

愛因斯坦狹義相對論思想的產生，最早源于16歲時一直困擾著他的一個問題。在1895年進入阿勞中學上學時，他已比同齡的中學生掌握了更多的物理方面的知識。他對探索自然奧秘有著無比濃厚的興趣，時常一個人靜靜地思考一些科學特別是物理學方面的問題。一天，他突然想到這樣一個問題：假如一個人以光速跟著光波跑，那么他就處在一個不隨時間而改變的波場之中。也就是說，應該看到這條光線就好像一個在空間振蕩而停滯不前的電磁場。然而看來不會有這種事情。這個問題他一直想搞清楚，并為此沉思了10年。

1896年愛因斯坦進入蘇黎世聯邦工業大學以后，繼續思考著關于運動物體的光學特性的問題。對于當時物理學中流行的光是通過以太這種特殊的介質來傳播的觀點，一開始他也是毫不懷疑的。但他想，光通過以太的海洋傳播，那么地球也應是在以太中運動的，反過來說，以太應有相對于地球的運動。這應該可以通過實驗來加以驗證。因此他就去查閱有關這方面的資料?？墒撬楸榱怂苷业降奈锢韺W文獻，都沒有找到關于以太的明確的實驗證據。于是他想親自來驗證一下。為此，他設計了一個使用兩個熱電偶的實驗：用幾面鏡子，把來自同一個光源的光反射到兩個不同的方向，一個與地球運動方向平行，另一個則方向相反。如果假設在兩條光束之間存在能量差，那么就能用兩個熱電偶測出所產生的熱量的差別，從而檢測出地球相對于以太運動而引起的光速的變化?？墒撬睦蠋煵恢С炙?，他也沒有機會和能力建造這種設備，事情就這樣不了了之。后來，當他正在學校思考以太流的問題的時候知道了麥克爾遜實驗的“零”結果。

他很快意識到，如果承認麥克爾遜實驗的“零”結果符合事實的話，那么認為地球相對于以太運動的想法就是不正確的，應該拋棄以太這個頑結。但是，如果沒有以太充滿整個宇宙空間，也就不可能有什么絕對的靜止和絕對的運動了，因為物體不可能相對于虛無運動。所以他認為，只能是談一個物體相對于另一個物體，或者一個參照系相對于另一個參照系的相對運動。處于這兩個參照系中的觀察者都有同等的權利說：“我是靜止的，對方在運動?！比绻麤]有宇宙以太作為物體在空間中運動的公共參照系，我們就無法探測到這一運動。所以麥克爾遜的實驗沒有探測到地球相對于以太的運動，也就不足為奇了。

數學家閔可夫斯基曾是愛因斯坦在聯邦工業大學上學時的老師。當年愛因斯坦經常逃課，閔可夫斯基罵他“懶胚”。當愛因斯坦《論動體的電動力學》發表以后，閔可夫斯基很快理解了，并看到了這篇論文的深刻意義。他實在沒有想到，曾被他罵為“懶胚”的學生，現在竟寫出了如此深刻的論文。閔可夫斯基是搞數學的，他從數學的角度認真地思考了愛因斯坦的理論，結果得到一種非常美妙的描述狹義相對論的數學方法。

閔可夫斯基的論文在1907年發表。第二年夏天，在科隆舉行的“德國自然科學家和醫生協會”第80屆年會上，他做了一個報告，宣傳相對論的思想，題目是“空間和時間”，其中有一段著名的話：

“先生們！我要向諸位介紹的空間和時間的觀念，是從實驗物理學的土壤中生長起來的，這就是它們力量的所在。

這些觀念是帶有革命性的。從現在起，空間自身和時間自身消失在陰影之中了，現實中存在的只有空間和時間的統一體?！遍h可夫斯基的報告引起了與會者的巨大反響?？上?個多月后，疾病就奪去了他年僅44歲的生命。去世前，他萬分遺憾地說：“在發展相對論的年代里死掉，真是太可惜了?！?

閔可夫斯基所提出的思想是將時間作為三個空間坐標之外的第四個坐標，這樣，一個系統相對于另一個系統的運動，可以看成是這個四維坐標架的轉動。由此就可以很清晰地刻畫狹義相對論的原理和相對論效應。

愛因斯坦的狹義相對論把長度縮短看做是觀察者從一個運動的系統去觀察物體時所看到的一種表觀的空間收縮。

空間的收縮和時間的膨脹對于兩個處于相對運動狀態的系統來說是對稱的?？臻g距離一縮短，時間間隔就加長。

要使一種變革傳統觀念的新思想或新理論為人們普遍所接受，往往需要一個相當長的過程，這在科學史上是不乏其例的。愛因斯坦的論文發表以后，大約經過了4年時間才開始較多地引起人們的關注。然而，《論動體的電動力學》這篇論文的理論并不深奧，數學運算也極為簡單，以致德國著名數學家希爾伯特說：“在我們數學的哥廷根大街上任何一個男童的四維幾何知識都比愛因斯坦多。盡管如此，在這方面成績卓著的卻是愛因斯坦，而不是數學家。”問題就在于，愛因斯坦具有超人的對自然奧秘的深刻洞察力，敢于沖破傳統的創造精神和深信宇宙完美和諧的堅定信念。

這里介紹一下相對論的兩條基本原理：相對性原理與光速不變原理。

所謂相對性原理：在兩個相互做勻速直線運動的參照系中，一切自然定律都是相同的。