愛因斯坦是世界十大杰出物理學家之一，早在他十六歲的時候就創(chuàng)立了俠義的相對論，并為以后相對論的創(chuàng)立奠定了堅實的基礎(chǔ)，相對論的正式提出成為了現(xiàn)代物理學的兩大支柱之一，可以說愛因斯坦一生成就卓越，其名字已成為“天才”的代名詞。
科學成就：
相對論的提出
相對論的提出是物理學領(lǐng)域的一次重大革命。它否定了經(jīng)典力學的絕對時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)屬性。它也發(fā)展了牛頓力學，將其概括在相對論力學之中，推動物理學發(fā)展到一個新的高度。
狹義相對論的創(chuàng)立
早在16歲時，愛因斯坦就從書本上了解到光是以很快速度前進的電磁波，他產(chǎn)生了一個想法，如果一個人以光的速度運動，他將看到一幅什么樣的世界景象呢?他將看不到前進的光，只能看到在空間里振蕩著卻停滯不前的電磁場。這種事可能發(fā)生嗎?
與此相聯(lián)系，他非常想探討與光波有關(guān)的所謂以太的問題。以太這個名詞源于希臘，用以代表組成天上物體的基本元素。17世紀的笛卡爾和其后的惠更斯首創(chuàng)并發(fā)展了以太學說，認為以太就是光波傳播的媒介，它充滿了包括真空在內(nèi)的全部空間，并能滲透到物質(zhì)中。與以太說不同，牛頓提出了光的微粒說。牛頓認為，發(fā)光體發(fā)射出的是以直線運動的微粒粒子流，粒子流沖擊視網(wǎng)膜就引起視覺。18世紀牛頓的微粒說占了上風，19世紀，卻是波動說占了絕對優(yōu)勢。以太的學說也大大發(fā)展：波的傳播需要媒質(zhì)，光在真空中傳播的媒質(zhì)就是以太，也叫光以太。與此同時，電磁學得到了蓬勃發(fā)展，經(jīng)過麥克斯韋、赫茲等人的努力，形成了成熟的電磁現(xiàn)象的動力學理論——電動力學，并從理論與實踐上證明光就是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，從而統(tǒng)一了光的波動理論與電磁理論。以太不僅是光波的載體，也成了電磁場的載體。直到19世紀末，人們企圖尋找以太，然而從未在實驗中發(fā)現(xiàn)以太，相反，邁克耳遜莫雷實驗卻發(fā)現(xiàn)以太不太可能存在。
電磁學的發(fā)展最初也是納入牛頓力學的框架，但在解釋運動物體的電磁過程時卻發(fā)現(xiàn)，與牛頓力學所遵從的相對性原理不一致。按照麥克斯韋理論，真空中電磁波的速度，也就是光的速度是一個恒量;然而按照牛頓力學的速度加法原理，不同慣性系的光速不同。例如，兩輛汽車，一輛向你駛近，一輛駛離。你看到前一輛車的燈光向你靠近，后一輛車的燈光遠離。根據(jù)伽利略理論，向你駛來的車將發(fā)出速度大于C(真空光速3.0x10^8m/s)的光，即前車的光的速度=光速+車速;而駛離車的光速小于C，即后車光的速度=光速-車速。但按照，這兩種光的速度相同，因為在麥克斯韋的理論中，車的速度有無并不影響光的傳播，說白了不管車子怎樣，光速等于C。麥克斯韋與伽利略關(guān)于速度的說法明顯相悖。我們?nèi)绾谓鉀Q這一分歧呢?
愛因斯坦似乎就是那個將構(gòu)建嶄新的物理學大廈的人。愛因斯坦認真研究了麥克斯韋電磁理論，特別是經(jīng)過赫茲和洛倫茲發(fā)展和闡述的電動力學。愛因斯坦堅信電磁理論是完全正確的，但是有一個問題使他不安，這就是絕對參照系以太的存在。他閱讀了許多著作發(fā)現(xiàn)，所有人試圖證明以太存在的試驗都是失敗的。經(jīng)過研究愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，除了作為絕對參照系和電磁場的荷載物外，以太在洛倫茲理論中已經(jīng)沒有實際意義。于是他想到：以太絕對參照系是必要的嗎?電磁場一定要有荷載物嗎?這時他一開始懷疑以太存在的必要。
愛因斯坦喜歡閱讀哲學著作，并從哲學中吸收思想營養(yǎng)，他相信世界的統(tǒng)一性和邏輯的一致性。相對性原理已經(jīng)在力學中被廣泛證明，卻在電動力學中卻無法成立，對于物理學這兩個理論體系在邏輯上的不一致，愛因斯坦提出了懷疑。他認為，相對論原理應該普遍成立，因此電磁理論對于各個慣性系應該具有同樣的形式，但在這里出現(xiàn)了光速的問題。光速是不變的量還是可變的量，成為相對性原理是否普遍成立的首要問題。當時的物理學家一般都相信以太，也就是相信存在著絕對參照系，這是受到牛頓的絕對空間概念的影響。19世紀末，馬赫在所著的《發(fā)展中的力學》中，批判了牛頓的絕對時空觀，這給愛因斯坦留下了深刻的印象。 1905年5月的一天，愛因斯坦與一個朋友貝索討論這個已探索了十年的問題，貝索按照馬赫主義的觀點闡述了自己的看法，兩人討論了很久。突然，愛因斯坦領(lǐng)悟到了什么，回到家經(jīng)過反復思考，終于想明白了問題。第二天，他又來到貝索家，說：謝謝你，我的問題解決了。原來愛因斯坦想清楚了一件事：時間沒有絕對的定義，時間與光信號的速度有一種不可分割的聯(lián)系。他找到了開鎖的鑰匙，經(jīng)過五個星期的努力工作，愛因斯坦把狹義相對論呈現(xiàn)在人們面前。
1905年6月30日，德國《物理學年鑒》接受了愛因斯坦的論文《論動體的電動力學》，在同年9月的該刊上發(fā)表。這篇論文是關(guān)于狹義相對論的第一篇文章，它包含了狹義相對論的基本思想和基本內(nèi)容。狹義相對論所根據(jù)的是兩條原理：相對性原理和光速不變原理。愛因斯坦解決問題的出發(fā)點，是他堅信相對性原理。伽利略最早闡明過相對性原理的思想，但他沒有對時間和空間給出過明確的定義。牛頓建立力學體系時也講了相對性思想，但又定義了絕對空間、絕對時間和絕對運動，在這個問題上他是矛盾的。而愛因斯坦大大發(fā)展了相對性原理，在他看來，根本不存在絕對靜止的空間，同樣不存在絕對同一的時間，所有時間和空間都是和運動的物體聯(lián)系在一起的。對于任何一個參照系和坐標系，都只有屬于這個參照系和坐標系的空間和時間。對于一切慣性系，運用該參照系的空間和時間所表達的物理規(guī)律，它們的形式都是相同的，這就是相對性原理，嚴格地說是狹義的相對性原理。在這篇文章中，愛因斯坦沒有討論將光速不變作為基本原理的根據(jù)，他提出光速不變是一個大膽的假設(shè)，是從電磁理論和相對性原理的要求而提出來的。這篇文章是愛因斯坦多年來思考以太與電動力學問題的結(jié)果，他從同時的相對性這一點作為突破口，建立了全新的時間和空間理論，并在新的時空理論基礎(chǔ)上給動體的電動力學以完整的形式，以太不再是必要的，以太漂流是不存在的。
什么是同時性的相對性?不同地方的兩個事件我們何以知道它是同時發(fā)生的呢?一般來說，我們會通過信號來確認。為了得知異地事件的同時性我們就得知道信號的傳遞速度，但如何測出這一速度呢?我們必須測出兩地的空間距離以及信號傳遞所需的時間，空間距離的測量很簡單，麻煩在于測量時間，我們必須假定兩地各有一只已經(jīng)對好了的鐘，從兩個鐘的讀數(shù)可以知道信號傳播的時間。但我們?nèi)绾沃喇惖氐溺妼昧四?答案是還需要一種信號。這個信號能否將鐘對好?如果按照先前的思路，它又需要一種新信號，這樣無窮后退，異地的同時性實際上無法確認。不過有一點是明確的，同時性必與一種信號相聯(lián)系，否則我們說這兩件事同時發(fā)生是無意義的。
光信號可能是用來對時鐘最合適的信號，但光速非無限大，這樣就產(chǎn)生一個新奇的結(jié)論，對于靜止的觀察者同時的兩件事，對于運動的觀察者就不是同時的。我們設(shè)想一個高速運行的列車，它的速度接近光速。列車通過站臺時，甲站在站臺上，有兩道閃電在甲眼前閃過，一道在火車前端，一道在后端，并在火車兩端及平臺的相應部位留下痕跡，通過測量，甲與列車兩端的間距相等，得出的結(jié)論是，甲是同時看到兩道閃電的。因此對甲來說，收到的兩個光信號在同一時間間隔內(nèi)傳播同樣的距離，并同時到達他所在位置，這兩起事件必然在同一時間發(fā)生，它們是同時的。但對于在列車內(nèi)部正中央的乙，情況則不同，因為乙與高速運行的列車一同運動，因此他會先截取向著他傳播的前端信號，然后收到從后端傳來的光信號。對乙來說，這兩起事件是不同時的。也就是說，同時性不是絕對的，而取決于觀察者的運動狀態(tài)。這一結(jié)論否定了牛頓力學中引以為基礎(chǔ)的絕對時間和絕對空間框架。
相對論認為，光速在所有慣性參考系中不變，它是物體運動的最大速度。由于相對論效應，運動物體的長度會變短，運動物體的時間膨脹。但由于日常生活中所遇到的問題，運動速度都是很低的(與光速相比)，看不出相對論效應。
愛因斯坦在時空觀的徹底變革的基礎(chǔ)上建立了相對論力學，指出質(zhì)量隨著速度的增加而增加，當速度接近光速時，質(zhì)量趨于無窮大。他并且給出了著名的質(zhì)能關(guān)系式：E=mc^2，質(zhì)能關(guān)系式對后來發(fā)展的原子能事業(yè)起到了指導作用。
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