在物理学的历史上 ， 有几位学者、理论和方程的名字已经家喻户晓 。 其中最广为人知的是阿尔伯特·爱因斯坦、相对论和著名的方程E=mc2 。 事实上 ， 相对论可能是最著名的科学理论 ， 它分为两部分：狭义相对论(SR)和广义相对论(GR) 。
伽利略和牛顿【简述相对论发展史：从伽利略到引力波】相对论的故事可以追溯到17世纪著名的意大利天文学家和博学家伽利略·加利利的工作 。 1632年 ， 伽利略出版了《关于两个主要世界体系的对话》 。 在这项工作中 ， 伽利略用简单的术语解释了宇宙的日心说模型 。 除此之外 ， 伽利略还解释了为什么地球表面的人看不到地球的运动 。
为了保持他用简单的逻辑表达复杂思想的能力 ， 伽利略用海上的船进行了比喻 。 如果站在甲板上的一个人让球做自由落体 ， 他将看到球直线下落 。 但是 ， 对于岸上的观察者来说就不一样了 ， 由于船在运动 ， 他将看到球沿着抛物线运动 。 这就是众所周知的伽利略相对论(又称伽利略不变量) ， 它可以归结为一个简单的假设：“任何两个观测者相对于对方以恒定的速度和方向运动 ， 在所有的力学实验中都会得到相同的结果 。 ”
到1687年 ， 艾萨克·牛顿的巨著《自然哲学的数学原理》彻底改变了我们对物理学的理解 。 在这本书中 ， 牛顿综合了伽利略的运动理论和他对万有引力的研究 ， 并总结了他的运动三定律：除非受到外力的作用 ， 否则物体将继续保持静止或匀速直线运动；受力作用的物体以这样一种方式运动 ， 即动量的时间变化率等于力；如果两个物体相互施力 ， 这些力大小相等 ， 方向相反 。
这三条定律为牛顿的万有引力理论奠定了基础 。 万有引力理论认为 ， 所有具有质量的点源都通过万有引力相互吸引 ， 力与两个物体的质量直接相关 ， 且与两个物体中心距离的平方成反比 。 简而言之 ， 牛顿认为 ， 导致苹果从树上掉下来的力 ， 也会导致行星围绕太阳运行 ， 月球围绕地球运行 ， 以及太阳系中所有其他的轨道力学 。
牛顿普适性的一个结果是 ， 科学家从此将空间和时间看作是固定而独立的参照系 。 基本上 ， 一个物体的位置和运动可以用空间上的三个维度和时间上的一个维度来描述 ， 这种理解宇宙的框架将成为未来200年的经典 。 牛顿的理论是如此的有影响力 ， 以至于经典物理和牛顿力学的术语可以互换使用 。
到了19世纪中后期 ， 天文学、电磁学和粒子理论领域的新发现使这些传统观念大受冲击 。
电磁学詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和亨德里克·洛伦兹的理论工作确立了电场和磁场对点电荷的作用力 。 这些都总结在麦克斯韦方程组和洛伦兹力定律中 ， 它们描述了电荷、电流和场的变化如何产生电场和磁场 。 这些原理构成了经典电磁学、光学和电路的基础 。
19世纪中叶 ， 科学家们在光学和电磁现象的研究上取得了多项突破 。 这使人们认识到光是一种电磁辐射 ， 它的特性类似于电流的传播 。 此外 ， 此时进行的实验获得了高度精确的光速估计 。 不幸的是 ， 这些实验也提出了经典力学的理论问题 。 在所有情况下 ， 无论光源是否相对于观察者移动 ， 测量到的光速都是恒定的 ， 这与经典力学和伽利略相对论的基本原理相矛盾 。
神秘的“以太”
因此 ， 科学家们在19世纪就开始假设 ， 太空中一定充满了某种看不见的“以太” 。 他们认为 ， 这种介质允许光在空间中传播 。 整个19世纪进行的实验不断表明 ， 光速是恒定的 。 为了用实验结果来解决这些理论问题 ， 科学家们需要测量这种以太的影响 ， 以确定它的性质 。 这就要求科学家们证明 ， 测量到的光的速度是它在“介质中的速度”与“介质的速度”的简单总和 。
在这些实验中 ， 迈克尔逊和莫雷进行的试验最出名 。 利用一个腔室和一系列镜子 ， 他们试图从不同的角度测量光的速度：一个对应于地球向太阳旋转的水平角度和一个垂直角度 。 如果存在这样一种“以太” ， 那么两个角度的光速将有显著差异 。 但是实验给出了出乎意料的结果 ， 测量的光束速度之间没有可观测到的差别 。
狭义相对论1905年 ， 爱因斯坦发表了他的论文《论动体的电动力学》 ， 爱因斯坦在这本书中提出了后来被称为狭义相对论(SR)的理论 ， 它包含了两个假设：物理定律在所有非加速惯性参考系中都是相同的；无论观察者或光源的运动如何 ， 真空中的光速是恒定的 。
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