20世纪初物理学发生了三件大事,一是1905年的狭义相对论;二是1915年的广义相对论;三是1925年的量子力学。而量子力学的诞生则在当时物理界很大范围的人们思想中,意味着宣告了经典物理大厦的彻底崩溃,或者说是与过去的物理学理论体系告别。以后又随之产生了量子场论。
爱因斯坦(1879~1955年)是继牛顿之后最伟大的科学家,他是狭义相对论的重要发现者,对最先量子力学的创立具有重大的贡献,独自创建了广义相对论即现代引力论。在牛顿绝对时间、绝对空间中万有引力是以无限速度传递的,而电磁波是以有限速度传播的、当时已经认定光也是电磁波中的一种。最先有人认为它的传递是需要通过一种叫做以太的介质来进行,以太是一种充满整个空间绝对静止的刚体物质,而迈克尔逊——莫雷的实验结果否认了以太的存在。爱因斯坦在1905年发表的狭义相对论中,将空间和时间组成四维时空,以太的存在就是多余的了。狭义相对论抛弃了牛顿的绝对时空观,导致物理学上一场新的革命。它用尺缩、钟慢来解释真空中的光速是宇宙中的最大的速度。而著名的质能等效公式则是以后核能发展的理论依据。而这时候的年青的爱因斯坦在大学毕业以后,连中学教员的职务都没有谋到,借助于朋友的帮忙才得以在伯尔尼专利局任一名小职员。爱因斯坦说,如果他不发表狭义相对论,五年内必有他人发表。
1915年爱因斯坦发表了广义相对论,实质上就是进一步将引力论与狭义相对论结合在了一起。它以时空的曲率来体现引力场,广义相对论将物理定律扩展到对任何坐标的范围。他成功地预言了光线在太阳引力场附近会受到折射。实际上正是他的引力场方程引导人们在以后开创了理论宇宙学。爱因斯坦说如果他没有发表广义相对论则人们至少得等五十年,这个估计还是合情理的。当年伽利略在比萨斜塔所做的自由落体实验,在实质上是说明了引力质量等于惯性质量的等效性,但这一结论却是在整整等待了三百年后才由广义相对论发现的。