1887年，迈克尔逊在化学家莫雷的帮助下，进一步改进了实验装置，他们把干涉仪安装在一个很重的石板上，石板悬浮在水银液面上，仪器可以十分平滑地随意转动。这个仪器是那样灵敏，甚至可以测出植物每一分钟的生长量，一根条纹百分之一的移动变化。
实验开始了，为了免除种种可能因素造成的误差，他们使光束射出的方向与地球运动的方向成各种角度，在一年中的各个季节、白天和黑夜的不同时间进行了许多观测，结果每一次都没有出现干涉条纹，也就是说，地球相对于以太的运动是零。
实验的零结果公布后，在物理学界引起了震动，它表明了根本不存在以太。那么牛顿所说的绝对空间也不复存在，经典物理学面临着严重的危机。
为了拯救岌岌可危的以太，以支撑行将倒塌的经典物理学大厦，物理学家们提出了各种各样的假说。
爱尔兰物理学家斐兹杰惹提出了收缩说，认为当物体在以太中运动时，它的长度会在运动方向上发生收缩，这样迈克尔逊的仪器在指向地球方向时会缩短，正好抵消了互相垂直的两束光的光程差。
荷兰物理学家洛仑兹不仅提出了收缩论，还推导出了后来相对论中使用的基本公式洛仑兹变换公式。不过洛仑兹是以以太这一绝对空间的存在为前提，为了弥补旧理论和新的实验事实之间的裂纹，他不得人为地提出了好几个假设。
法国物理学家彭加勒更激进，他大声疾呼，应该建立一门崭新的力学，在这门力学中光速将成为一个不可逾越的障碍，物理定律对于洛仑兹变换应具有不变的形式。
这一切表明产生狭义相对论的历史条件已经成熟了。洛仑兹、彭加勒已经走到了相对论的大门口，但是由于他们没有摆脱牛顿绝对时空观的束缚，因而没能叩开相对论的大门。
1905年，一个默默无闻、既无名师指点，又不在专门研究机构工作的26岁的年青人打开了相对论的大门，他就是后来被人们誉为20世纪哥白尼、牛顿的伟大科学家爱因斯坦。
爱因斯坦为什么能战胜许多物理学界的前辈而捷足先登呢？让我们循着他的成长道路看一看吧。
另类学生
爱因斯坦于1879年3月14日诞生在德国南部的一个古老小城乌尔姆。他的父母都是犹太人，父亲和叔父一起开了一家小工厂。
爱因斯坦小时候不但不是一个神童，而且还被人看作是一个笨拙的、反应迟钝的孩子。他4岁才学会说话，小学时功课也不出色。有一次他的父亲问校长，这孩子长大应该选择什么职业，校长回答：“干什么都一样，反正他决不会有什么成就。”
爱因斯坦的叔叔是一个精明的工程师，曾把毕达哥拉斯定理（勾股定理）告诉爱因斯坦。12岁的爱因斯坦虽然从没学过几何，但他苦思冥想，竟然独立地把这个两千多年前哲人提出的定理证明出来了，他第一次尝到了发现真理的快乐。
中学时代，爱因斯坦的数学和物理知识远远超过了同年级的孩子们，其他各科却成绩平平。
他特别讨厌德国中学那种把人当做机器、强迫训练的教学方式，他的许多知识都是靠家庭中自学学到的。有一个叫塔尔梅的大学生，非常喜爱这个长着棕色大眼睛的小弟弟，经常和他讨论问题，并借给他许多自然科学与哲学的书籍。爱因斯坦发现，在人类之外，有一个巨大的独立的世界存在着，它像一个永恒的谜，吸引着爱因斯坦去探索。
17岁时，爱因斯坦进入了瑞士苏黎士联邦工业大学。他的兴趣由数学转向了物理学。他利用课余时间，阅读了当时的物理大师基尔霍夫、亥姆霍兹、赫兹、洛仑兹、麦克斯韦的主要著作，还学习了著名哲学家马赫、休谟、斯宾诺沙的著作，他们的怀疑批判精神深深影响了爱因斯坦的哲学思想。
爱因斯坦不是一个循规蹈矩的好学生，他常惹得老师大发雷霆。一次上实验课，大家都在按部就班地操作，突然“砰”的一声响，爱因斯坦的手被炸伤了。原来，他又是把写有规定操作步骤的纸揉成一团塞在衣袋里，按照自己的想法去做。有的课，爱因斯坦认为不重要就不去听，而是自学他自己认为重要的东西。因此，他的物理老师韦伯曾批评他：“爱因斯坦，你绝顶聪明，可惜你有一个缺点，你不让人教你！”数学老师闵克夫斯基因他常缺课，骂他是“一条懒狗”。
幸亏爱因斯坦有一个好朋友格罗斯曼，他与爱因斯坦的不修边幅相反，是一个兢兢业业的好学生，笔记记得非常详细。爱因斯坦靠借他的笔记，才应付了许多考试。
奥林匹亚研究院院长
尽管爱因斯坦才华横溢，成绩优异，但由于他是犹太人，更因为他的直率、不谙事故和独立性格，讨不到老师和权威们的欢心，因此他大学毕业就失业了。
还是他的好朋友格罗斯曼帮助了他。格罗斯曼的父亲介绍他去伯尔尼专利局工作。在等待专利局位置空出来的一段时间，爱因斯坦不得不当家庭教师。
1902年，爱因斯坦登了一则广告，招收听物理学的学生。在伯尔尼大学学哲学的索洛文找到爱因斯坦。他们一见如此，谈起哲学、物理学，是那样投机，早把教课、挣钱的事一古脑儿忘了。
以后每天晚上，他们都聚在一起，读书、讨论和研究。后来另外两个年青人哈比希特和贝索也加入进来。他们轮流到各人家里聚会，有时也到一家叫奥林匹亚的小咖啡馆聚会，因此，开玩笑地把他们这个小团体叫奥林匹亚研究院，“院长”自然是学识超人的爱因斯坦。
他们的活动往往从吃晚饭开始，一边吃着简单的食品，一边就开始闲谈马赫、斯宾诺沙、黎曼、彭加勒的著作，哲学、数学、物理学、文学无所不包。有时，一本书刚念不到一页，就展开了热烈的讨论。爱因斯坦讨论起来是那样专注，有一次朋友们为他准备了他早就想吃的鱼子酱，爱因斯坦一边吃，一边大谈牛顿的惯性定律，鱼子酱吃完了，同伴们问他刚才吃的是什么，爱因斯坦回答：“不知道呀。”当别人告诉他那是鱼子酱时，爱因斯坦好惋惜呀，连味都没有品出来。
这样的活动持续了三年半。正是这种不同思想的碰撞、共振，引发出一系列创造性思维的火花，爱因斯坦的许多科学思想，都是在奥林匹亚研究院孕育和形成的。
那时，爱因斯坦已在伯尔尼专利局担任三级技术员。对付专利局的工作，爱因斯坦的才能绰绰有余，他有许多时间可以驰骋在他所喜爱的物理学天地中。在伯尔尼的岁月，是爱因斯坦科学生涯中最富有创造性，成果也最多的几年。就在1905年3月到9月的短短半年中，爱因斯坦在量子论、分子运动论、相对论三个领域齐头并进，同时取得了重大突破。
3月，他提出了光量子论，阐明了光电效应的理论，爱因斯坦1921年就是因此而获得诺贝尔物理奖。
4月，发表《分子大小的测定方法》，5月完成了布朗运动理论的研究，从理论上解释了布朗运动，提出测定分子大小的新方法。
6月，发表《论动体的电动力学》，正是这篇不到9000字的论文，宣告了狭义相对论的诞生。
9月，提出质能转换公式，为40年后的原子能的利用开辟了道路。
他的学生兰佐斯评论说，爱因斯坦一生理应获得5个诺贝尔奖，指的就是以上4项成果再加广义相对论。在这些成就中，影响最大的还是相对论。
创立狭义相对论
爱因斯坦建立狭义相对论依据了两个基本原理，一是相对性原理，即在任何惯性参考系中，所有的自然规律都相同；二是光速不变原理。
早在17世纪，伽利略就发现了相对性原理。比如，在一个匀速行驶的火车上向上抛出一个小球，小球将垂直落地，与在地面上向空中抛出一个小球的情况一样，也就是说在没有受到外力作用的惯性系中，所有的力学定律都相同。伽利略还提出了伽利略变换，通过这一变换，不同惯性系描写力学规律的方程式都具有相同形式。
可是，电磁学的发展向相对性原理发出了挑战，描写电磁运动的麦克斯韦方程，用伽利略变换去套，不再保持不变的形式。结论只能是麦克斯韦方程只适合于静止的以太坐标系。
电磁学的实验事实与经典物理学的矛盾也深深困惑着爱因斯坦，难道真的存在一个特殊优越的以太坐标系吗？难道相对性原理对电磁规律就不普遍适用了吗？爱因斯坦的哲学思想使他坚信，世界不是杂乱无章的，而是简单的、和谐的、有规律的，应该可以找到一些规律，对世界加以统一的描写。
爱因斯坦综观了当时有关以太和光速测定的实验，毅然否定了以太这个特殊优越坐标系的存在，确认相对性原理不仅对力学规律，而且对任何自然规律，包括电磁规律也是适用的，这就是狭义相对论的第一个原理。
但是，要确定电磁规律满足相对性原理，就必须引出光速不变的原理，即光在真空中传播的速度与光源的速度无关，与观察者的速度也无关。这显然和经典力学相矛盾。在经典力学中，一个人站在以速度V0行驶的火车上，向着列车行进的方向开枪，子弹速度为V，那么地面上观察者看到的速度应是V0＋V。何以解释光速与光源速度无关呢？这成了横在爱因斯坦前的一大难关，使他大伤脑筋。
1905年暮春的一个夜晚，爱因斯坦正躺在床上，突然一个思想闪过他的脑海：“对于一个观测者来说是同时发生的事件，对另一个观测者不见得是同时。”他一骨碌从床上爬起来，抓住这个灵感不放，终于找到了解决问题的钥匙，那就是时间的相对性。
爱因斯坦设想了这样一个实验，有一列匀速行驶的火车开进车站，当车头A′和车尾B′分别通过A柱和B柱时，有两道闪电击中了A柱和车头A′，B柱和车尾B′。那么怎么知道这两个闪电是不是同时发生的呢？如果站在AB（或A′B′）的中点，同时看到从A和B（或A′和B′）传来的光信号，那么这两道闪电就是同时发生的。对于站在站台AB中间的铁路工人来说，他看到两个光信号同时到达中点，因此，他说这两道闪电是同时发生的。可是对坐在火车中点的乘客来说，由于火车是从B开向A的，那么他将先看到A′闪电的光，后看到B′闪电的光，假如火车是以光速前进的话，那么他将永远也看不到B′闪电，因为B′闪电发出的光永远也追不上乘客。对乘客来说，这两个闪电不是同时发生的。我们把这个火车叫爱因斯坦火车。
可见，同时性的概念是相对性的，每一个惯性系有它自己的同时时间。这是对牛顿绝对时间观念的大胆挑战。牛顿认为，世界上有一个绝对时间，它均匀的流逝着，与任何事物无关。
全宇宙只有一个标准“时钟”，两个事件的发生时间与这个标准时钟比是同时的，这两个事件就是同时发生的。
爱因斯坦正是从大家认为没有问题的“同时性”中看出了问题，以此为突破口，引入了全新的空间和时间观念，通过数学推导，推出洛仑兹变换，经这个变换，无论是力学方程还是麦克斯韦方程在不同惯性系中都可以保持形式不变了。狭义相对论建立了。
几个重要的结论
根据狭义相对论，爱因斯坦还得出了一系列重要的结论：
1.一把高速运动的尺子与静止状态相比，在运动方向上缩短了。比如一列长100米的火车，以12光速前进，地面上的人就会发现它的长度只有85米。
2.快速运动的钟，会走得慢了。比如一个乘高速宇宙飞船到太空旅行一年的人，回到地面时会比他的孪生兄弟年轻得多。
钟慢尺缩效应被称为相对论的两个著名佯谬。的确，用常人眼光来看这两个结论简直不可思议，荒诞无稽。关键是因为我们生活在低速世界中，而爱因斯坦讲的是高速世界的情况。
事实已为这两个结论做出了验证。1977年，欧洲原子核研究中心的一个小组发现，近光速飞行的μ介子寿命比静止的μ介子寿命长。还有两个美国人，把原子钟放到喷气飞机上，绕地球飞行一周后回到地面，与地面静止的原子钟相比，时钟变慢效应与相对论预言在10%精度内相符。
狭义相对论还有两个重要结论：物体的质量会随着速度增加而变大。这已由加速器中高速运动的粒子所证实，并用在了加速器的设计中。
另一个是质量和能量能够互相转换，物体的能量等于其质量乘以光速的平方，即著名的质能转换公式E＝mc2。它也已为实验所验证，正是这个关系式为人类打开原子能利用的大门提供了依据。
相对论发表后，许多物理学家，包括一些著名的物理学家对爱因斯坦的崭新时空观无法接受。洛仑兹这位曾在狭义相对论酝酿阶段起过重要作用的科学家，直到晚年还表示对没有以太无法理解。而迈克尔逊则说，没想到他的实验会引出相对论这个怪物。
但是，也有一批物理学家意识到了相对论的重大革命性意义。量子论的创始人之一普朗克赞誉爱因斯坦是20世纪的哥白尼，他指出，这篇论文发表后将要发生的战斗，只有为哥白尼学说进行过的战斗才能和之相比拟。
曾在联邦工业大学任过爱因斯坦数学老师、骂过爱因斯坦懒狗的闵可夫斯基深深为这一学说所打动，他不仅热情宣传相对论，而且对此进行了深入研究，引进了第四坐标即时间，赋予了相对论更完美的数学形式。
创立广义相对论
爱因斯坦建立狭义相对论，废除了以太这一特殊优越的参照系，可是却保留了一类特殊优越的参照系，这就是惯性系，只有在惯性系中，所有的物理定律才能成立。这太不符合爱因斯坦的哲学思想了。他坚信，相对性原理不仅对惯性系成立，对作加速运动的非惯性系也应当成立。他朝着这一目标开始了新的攀登。
那么，怎样才能把相对性原理从惯性系推广到非惯性系呢？爱因斯坦又是从大家习以为常的事实中受到了启示，那就是惯性质量和引力质量相等。
惯性定律告诉我们，任何物体在不受外力的情况下，都将始终保持静止或匀速直线运动。例如汽车加速时，坐在车中的人后背会紧贴在椅子靠背上，汽车一拐弯，人的身体又会向相反方向倾斜，量度物体惯性大小的量就是惯性质量。
人在地球上，还有一种与人体质量相等的力，把我们拉向地球中心，与此相关的就是引力质量。
几百年来，人们理所当然地认为惯性质量等于引力质量，并且不加区别地把它们统统称为质量。可是爱因斯坦偏偏要刨根问底，为什么惯性质量和引力质量恰恰相等呢？这是否意味着惯性与引力之间有着某种内在联系呢？