马赫主张从物体运动的惯性来度量物体的质量

科学离不开观察与实验
由牛顿完善化的经典力学体系在其后二百年未被投以任何怀疑，直到19世纪末叶才由德国物理学家马赫发难，提出牛顿关于力和质量的定义的不完善。马赫对牛顿的批判涉及牛顿力学的基本概念、基本假定以及基本定律的表述。在基本概念上，马赫认为牛顿关于“质量”的定义不妥。首先，牛顿的这种定义是一种伪定义，因为用以定义质量的“密度”概念本身只能用单位容积中的质量来定义，这样势必在逻辑上陷于循环定义。其次，人们事实上找不到一种适合解释和说明质量概念的“所含物质的量”的表述，因为这种表述本身不具备必要的清晰性，它是一种基于原子论的假定。与牛顿的做法不同，马赫主张从物体运动的惯性来度量物体的质量。牛顿力学的一个特征，是它不得不把时间和空间都看作同物质一样独立的客观实在。“绝对时间”、“绝对空间”以及“绝对运动”的观念是牛顿力学中基本的“形而上学”假定。马赫认为，在牛顿关于绝对时间的表述中，时间是某种独立的东西，这实际是人们对时间的一种“错觉”的表述。而且认为绝对时间在本体论上先于物体运动，这也超出了我们的能力。“绝对空间”与“绝对运动”一样都是纯粹思维的产物。马赫主张，一切科学都要建立在观察和实验的基础上，理论不能离开人的经验。


从绝对时空观到相对论
爱因斯坦对牛顿力学进行的修正本质上也是对整个经典物理学赖以为基础的绝对空间和绝对时间观念的修正。依据光速不变原理和光速是一切信号速度的极限速度，他正确地得出了，在两个不同地点发生两事件的“同时性”是相对的这一结论。他指出，在静止的观察者看来是同时的两个事件，在运动的观察者看来就不可能是同时的。这表明空间和时间不是互不相干，而是有着本质的联系，而且还都和物质的运动有关。爱因斯坦的狭义相对论，作为时空观上的革命性理论，不仅解决了以太之谜，而且还得出一系列重要结论，诸如高速运动物体在沿其运动方向上的长度要缩短、高速运动物体的时间过程要延缓、告诉运动物体的质量要增加、质量和能量相当等等。其中特别是质量和能量相当的论断，不仅在物理学上使人们对质量和能量的关系有了崭新的认识，而且作为找寻新能源的理论武器，给20世纪人类的文明带来了极为深远的影响。狭义相对论的一些主要结论，目前除告诉运动物体沿其运动方向长度缩短这一效应尚未设计出实验给以直接验证外，其余的结论都以经过实验验证，并和实验结果很好地相符合。
狭义相对论建立后不久，大多数物理学家尚在对其持怀疑态度时，爱因斯坦却已经在考虑如何对狭义相对论作进一步的发展了。爱因斯坦认为，至少有两个重大问题，在狭义相对论中并未得到解决。一是狭义相对论虽然否定了优越惯性系的存在，但是对于马赫提出的“为什么惯性系在物理上比其他坐标系都特殊，这是怎么一回事？”这一问题，狭义相对论无法回答；二是在狭义相对论的理论框架中，除了牛顿引力方程以外的所有物理学方程都能进行狭义相对论协变，为什么引力方程就不能呢？1916年发表的“广义相对论的基础”一文标志着广义相对论的诞生。在这篇论文中爱因斯坦正式提出了广义协变原理：普遍的自然规律是由那些对一切坐标系都有效的方程来表示的，也就是说，它们对于无论哪种变换都是协变的。广义协变原理告诉我们如果一个自然规律在没有引力时是正确的，那么，由于它的广义协变，即在一般坐标变换下，它保持自己的形式不变，所以在有引力场时也是正确的。这样，我们只要事先把一个自然规律在任意一个认为方便的坐标系中用方程的形式写下来，根据广义协变原理就可求出它在一般坐标系中的形式了。广义协变原理是等效原理的补充，两者就是广义相对论的基本出发点。
广义相对论除了在物理科学领域内具有理论的指导作用外，还把人类对时空的认识推向了新的高度。时间与空间不仅作为一个统一体不能分割，而且时间、空间和物质也是紧紧地联系着的。从广义相对论的引力场方程可以看到，物质决定了时空 的性质，反过来时空的性质又决定了物质的分布。所以根据广义相对论，那种脱离物质而存在或仅仅作为物质存在形式的空虚空间是没有的。真实的物理空间究竟是欧几里德的还是非欧几里德的，不能先验地决定，必须由实践来回答。
广义相对论作为物理学中的一个引力理论，可以说它在理论形式的优美、内容的深邃、逻辑的合理上都是其他引力理论所无法比拟的。但正如牛顿力学理论是绝对真理与相对真理相统一一样，从广义相对论的伟大与正确中并不可以推论出爱因斯坦的相对论是绝对全面、绝对正确的认识。广义相对论的适用对象是光速（或接近光速）运动的物体，但“超光速”的对象显然不在其适用范围之内。因此，它具有相对性、还要继续不断地向前发展。
上述案例说明，人们对客观世界的认识是一个实践、认识、再实践 、再认识，不断推进而永无止境的过程，是从相对真理走向绝对真理的无限过程。