19 世纪，麦克斯韦总结前人成果建立了系统的电磁理论，其中存在真空中的光速这一普适常数，但未指出该速度相对于哪个参考系。当时大多数物理学家认为存在一种绝对静止的光传播媒介 “以太”，光速是相对于以太参考系的速度，然而寻找以太的相关实验均以失败告终，如迈克尔逊 - 莫雷实验，这迫使人们重新审视牛顿的绝对时空观。

1892 年，洛伦兹提出洛仑兹以太理论，并发现了洛仑兹变换。

1898 年，庞加莱在《时间的测量》中指出天文学家看待光速问题时假设速度恒定和各向同速，还注意到光速可用于定义不在同一空间的时间的同时性。

1902 年，庞加莱明确指出洛伦兹的理论意味着同时性的相对性。

1905 年，爱因斯坦摒弃以太观念，从相对性原理和光速不变原理两个基本假设着手，在其论文《论动体的电动力学》中提出了狭义相对论，重新诠释了洛伦兹电磁学，将时间和空间与观测者视为一个不可分割的整体。

1883 年，马赫从哲学思辨角度对牛顿的 “水桶实验” 解释进行评判，认为不存在绝对时空，所有运动都是相对的，物体的惯性是宇宙中远场物质对受惯性力物体的引力作用的总和，爱因斯坦受此启发猜测惯性力与引力之间存在内在联系。

1890-1908 年间，匈牙利物理学家厄缶的实验结果表明引力质量与惯性质量以高精度相等，这也使爱因斯坦对惯性力与引力的内在联系产生猜测。

1907 年，爱因斯坦的数学老师闵可夫斯基将狭义相对论整理成 4 维时空的形式。之后，爱因斯坦在发展广义相对论时，了解到黎曼等人的数学成果，并在老友格罗斯曼的帮助下系统钻研黎曼几何，利用其语言建立起广义相对论，将引力作用表现为时空的弯曲，其核心思想为等效原理。

爱因斯坦在 1907-1915 年间不断完善广义相对论，1915 年后也得到许多其他人的贡献，广义相对论的最终形式于 1916 年发布。

相对论是现代物理学的重要基石之一，主要由阿尔伯特・爱因斯坦创立，它包括狭义相对论和广义相对论两个部分。

狭义相对论基本原理：

相对性原理：物理规律在所有惯性参考系中应相同，不存在一个特殊的惯性系。例如，在匀速行驶的火车上和静止在地面上进行的物理实验，其结果应遵循相同的物理规律。

光速不变原理：真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定不变的，与光源和观察者的运动状态无关。这一原理与经典力学中的速度叠加原理截然不同，如迈克尔逊 - 莫雷实验就为光速不变原理提供了有力的实验证据。

时间膨胀：运动的时钟会变慢，也称为时间延缓效应。当一个物体相对于另一个物体运动时，运动物体上的时间流逝会比静止物体上的时间流逝更慢。例如，一对双胞胎，其中一个乘坐高速宇宙飞船旅行，当他返回地球时，会发现自己比留在地球上的双胞胎兄弟更年轻。

长度收缩：运动物体在其运动方向上的长度会缩短。当一个物体以接近光速的速度运动时，在静止观察者看来，该物体的长度会沿着运动方向显著减小。

质能关系：著名的质能方程式 揭示了质量和能量之间的等价性，即质量和能量是同一事物的两种不同表现形式，可以相互转化。这一方程为核能的开发和利用提供了理论基础。

广义相对论基本原理：

等效原理：引力与加速度等效，一个均匀的引力场与一个做匀加速运动的参考系是等价的。例如，在一个封闭的电梯中，当电梯以加速度 向上加速运动时，电梯内的人会感受到一个向下的力，其效果与电梯静止在地面上受到地球引力的作用相同。

时空弯曲：物质和能量会使时空发生弯曲，而物体在弯曲时空中的运动轨迹就是其在引力作用下的运动轨迹。例如，太阳的巨大质量会使周围的时空发生弯曲，行星沿着弯曲的时空轨道绕太阳运动，这就解释了引力的本质。

引力红移：在引力场中，光的频率会发生红移，即光的波长变长，频率降低。这是由于光在从引力场强的地方传播到引力场弱的地方时，需要克服引力做功，从而导致能量降低，频率减小。

引力透镜效应：大质量天体如星系、星系团等会使周围的时空发生强烈弯曲，光线在经过这些天体附近时会沿着弯曲的时空路径传播，从而产生引力透镜现象，使背景天体的图像发生变形、放大或产生多个像。

相对论打破了经典力学的绝对时空观，建立了新的时空观念和物理规律，使人们对自然界的认识更加深刻和准确。它统一了时间和空间、质量和能量等基本概念，解决了经典物理学在高速运动和强引力场等情况下的矛盾，推动了物理学的发展。

相对论的质能关系为核能的开发和利用提供了理论依据，原子弹、核电站等都是基于这一理论的应用。此外，广义相对论对引力现象的精确描述和预测，为天体物理学的研究提供了重要的理论工具，帮助人们更好地理解宇宙的结构和演化。

相对论的提出不仅改变了人们对物理世界的认识，也对人类的思想观念产生了深远的影响。它挑战了人们长期以来的绝对时空观和传统思维方式，促使人们更加深入地思考自然界的本质和人类在宇宙中的地位。