学的破产。
19世纪中后期，物理学中引入了新的、革命性的观念，他们打开了一条通往新的哲学的道路，这个新的观点与旧的机械观不同。这些新的概念的起源与解释电的现象有关，我们在解释它之前，我们先回顾下力学如何是解释它的，我们知道两个粒子会相互吸引，而它们的吸引力跟距离的平方成反比，罗兰 美国约翰&；#8226；霍普金斯大学的教授，1876到欧洲进行了一年学术访问，在访问期间进行了有名的罗兰实验。这个实验的具体内容是：假设电流在一个环行导体中通过，在这个环中央放上一个磁针，在通电瞬间，产生了一种新的力，这种力作用于磁极上，并且与连接导线和磁极的直线垂直。如果这个力是由一个作圆运动的带电体产生的，则罗兰实验告诉我们，这个力与带电体的速度有关，这些实验情况与任何力都只在两个粒子的连线上作用而且只与距离有关的力学观点相矛盾。这里物理学家们引入一个新概念：场。这么解释这个问题：带电体在静止的时候只有静电场，而带电体一旦运动，磁场就出现了。我们还可以进一步说，假使带电体更大，或者运动得更快，则带电体所产生的磁场也更强。用场的语言来描述：电场变化愈快，相伴的磁场愈强。一个在变化着的磁场总是由一个电场伴随着，同理，变化着的电场总是由磁场伴随着。接下来，麦克斯韦将场论数学化，并创建了麦克斯韦方程式。这里出现一个问题，场是个什么东西？牛顿力学中从来没有关于场的解释，对于电、磁的解释是粒子的相互作用。电磁学的进展把场当成一个基本的物理概念，对于一个现代物理学家而言，电磁场是一个实实在在存在的东西，和任何物质一样存在着，这个观念对经典物理学是一个极大的冲击。电磁场理论的建立对电磁波的发现起了重要的作用，因为麦克斯韦方程式预言了电磁波的存在，同时还预言电磁波的速度等于光速，1887年德国物理学家赫兹用实验证实了电磁波的存在，电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，变动的电会产生磁，变动的磁则会产生电。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。之后，人们又进行了许多实验，不仅证明光是一种电磁波，而且发现了更多形式的电磁波，它们的本质完全相同，只是波长和频率有很大的差别。电磁波的发现有力的支持了电磁场的观点，这让经典物理学出现了一个小小的漏洞。
但是经典物理学依然试图解释电磁场，这就是上面提到的波动说，波动说认为电磁波是在以太中传播的，经典物理学认为场是借助以太用力学的方法来实现的，但关于以太是个什么东西成了个大问题。
麦克斯韦理论预言，无线电波或光波应以某一固定的速度运动。但是牛顿理论已经摆脱了绝对静止的观念，所以如果假定光是以固定的速度传播，人们必须说清这固定的速度是相对于何物来测量的。这样人们提出，甚至在“真空”中也存在着一种无所不在的称为“以太”的物体。正如声波在空气中一样，光波应该通过这以太传播，所以光速应是相对于以太而言。相对于以太运动的不同观察者，应看到光以不同的速度冲他们而来，但是光对以太的速度是不变的。特别是当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运动的方向测量的光速（当我们对光源运动时）应该大于在与运动垂直方向测量的光速（当我们不对光源运动时）。1887年，阿尔贝特&；#8226；麦克尔逊（后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者）和爱德华&；#8226；莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。他们将在地球运动方向以及垂直于此方向的光速进行比较，使他们大为惊奇的是，他们发现这两个光速完全一样！
在1887年到1905年之间，人们曾经好几次企图去解释麦克尔逊——莫雷实验。最著名者为荷兰物理学家亨得利克&；#8226；罗洛兹，他是依据相对于以太运动的物体的收缩和钟变慢的机制。然而，一位迄至当时还不知名的瑞士专利局的职员阿尔贝特&；#8226；爱因斯坦，在1905年的一篇著名的论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间的观念的话，整个以太的观念则是多余的。
这个被称之为相对论的基本假设是，不管观察者以任何速度作自由运动，相对于他们而言，科学定律都应该是一样的。这对牛顿的运动定律当然是对的，但是现在这个观念被扩展到包括马克斯韦理论和光速：不管观察者运动多快，他们应测量到一样的光速。这简单的观念有一些非凡的结论。可能最著名者莫过于质量和能量的等价，这可用爱因斯坦著名的方程E＝mc＾2来表达（这儿E是能量，m是质量，c是光速），以及没有任何东西能运动得比光还快的定律。由于能量和质量的等价，物体由于它的运动所具的能量应该加到它的质量上面去。换言之，要加速它将变得更为困难。这个效应只有当物体以接近于光速的速度运动时才有实际的意义。例如，以10％光速运动的物体的质量只比原先增加了％，而以90％光速运动的物体，其质量变得比正常质量的2倍还多。当一个物体接近光速时，它的质量上升得越来越快，它需要越来越多的能量才能进一步加速上去。实际上它永远不可能达到光速，因为那时质量会变成无限大，而由质量能量等价原理，这就需要无限大的能量才能做到。由于这个原因，相对论限制任何正常的物体永远以低于光速的速度运动。只有光或其他没有内禀质量的波才能以光速运动。这样的话，场理论就可以被解释了，它实际上就是能量场。
相对论的一个同等卓越的成果是，它变革了我们对空间和时间的观念。在牛顿理论中，如果有一光脉冲从一处发到另一处，（由于时间是绝对的）不同的观测者对这个过程所花的时间不会有异议，但是他们不会在光走过的距离这一点上取得一致的意见（因为空间不是绝对的）。由于光速等于这距离除以所花的时间，不同的观察者就测量到不同的光速。另一方面，在相对论中，所有的观察者必须在光是以多快的速度运动上取得一致意见。然而，他们在光走过多远的距离上不能取得一致意见。所以现在他们对光要花多少时间上也不会取得一致意见。（无论如何，光所花的时间正是用光速——这一点所有的观察者都是一致的——去除光所走的距离——这一点对他们来说是不一致的。）总之，相对论终结了绝对时间的观念！这样，每个观察者都有以自己所携带的钟测量的时间，而不同观察者携带的同样的钟的读数不必要一致。正如麦克尔逊——莫雷实验显示的那样，以太的存在是无论如何检测不到的。然而，相对论迫使我们从根本上改变了对时间和空间的观念。我们必须接受的观念是：时间不能完全脱离和独立于空间，而必须和空间结合在一起形成所谓的空间——时间的客体。
这样就出现这样一个推论，我们知道，声音是在空气中传播的，那么如果你比声音跑得更快，那么你不可能听到你造成的声音（这个速度是指你相对于声音传播的媒介空气的速度，如果空气的速度与你一样，就象在密封的飞机上一样那不可能造成这个结果），等你停下来的时候，你会听到你过去造成的声音，因为这个时候声音才追上你。而光速恒定意味着不可能出现你的速度超过它，也就是说你不可能超过光速看到你的过去，这样意味着假定太阳就在此刻停止发光，它不会对此刻的地球发生影响，因为地球的此刻是在太阳熄灭这一事件的光锥之外。我们只能在8分钟之后才知道这一事件，这是光从太阳到达我们所花的时间。只有到那时候，地球上的事件才在太阳熄灭这一事件的将来光锥之内。同理，我们也不知道这一时刻发生在宇宙中更远地方的事：我们看到的从很远星系来的光是在几百万年之前发出的，在我们看到的最远的物体的情况下，光是在80亿年前发出的。这样当我们看宇宙时，我们是在看它的过去。这也意味着引力不能比光速更快，这样的话，就算太阳不存在了，引力依然存在，直到8分钟后。也就是说，我们不可能知道任何光速到达之前的东西和事件。
狭义相对论非常成功地解释了如下事实：对所有观察者而言，光速都是一样的（正如麦克尔逊——莫雷实验所展示的那样），并成功地描述了当物体以接近于光速运动时的行为。然而，它和牛顿引力理论不相协调。牛顿理论说，物体之间的吸引力依赖于它们之间的距离。这意味着，如果我们移动一个物体，另一物体所受的力就会立即改变。或换言之，引力效应必须以无限速度来传递，而不像狭义相对论所要求的那样，只能以等于或低于光速的速度来传递。爱因斯坦在1908年至1914年之间进行了多次不成功的尝试，企图去找一个和狭义相对论相协调的引力理论。1915年，他终于提出了今天我们称之为广义相对论的理论。爱因斯坦提出了革命性的思想，即引力不像其他种类的力，而只不过是空间——时间不是平坦的这一事实的后果。正如早先他假定的那样，空间——时间是由于在它中间的质量和能量的分布而变弯曲或“翘曲”的。像地球这样的物体并非由于称为引力的力使之沿着弯曲轨道运动，而是它沿着弯曲空间中最接近于直线的称之为测地线的轨迹运动。一根测地线是两邻近点之间最短（或最长）的路径。例如，地球的表面是一弯曲的二维空间。地球上的测地线称为大圆，是两点之间最近的路。由于