人们必须说清这固定
速度是相对于何物来测量。这样人们提出，甚至在“真空”中也存在着
种无所不在称为“以太”物体。正如声波在空气中样，光波应该通过这以太传播，所以光速应是相对于以太而言。相对于以太运动不同观察者，应看到光以不同速度冲他们而来，但是光对以太速度是不变。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方向测量光速（当
们对光源运动时）应该大于在与运动垂直方向测量光速（当们不对光源运动时）。1887年，阿尔贝特·麦克尔逊（后来成为美国第个物理诺贝尔奖获得者）和爱德华·莫雷在克里夫兰卡思应用科学学校进行
非常仔细实验。他们将在地球运动方向以及垂直于此方向光速进行比较，使他们大为惊奇是，他们发现这两个光速完全样！
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·罗洛兹，他是依据相对于以太运动物体收缩和钟变慢机制。然而，位迄至当时还不知名瑞士专利局职员阿尔贝特·爱因斯坦，在1905年篇著名论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间观念话，整个以太观念则是多余。几个星期之后，位法国最重要数学家亨利·彭加勒也提出类似观点。爱因斯坦论证比彭加勒论证更接近物理，因为后者将此考虑为数学问题。通常这个新理论是归功于爱因斯坦，但彭加勒名字在其中起重要作用。
这个被称之为相对论基本假设是，不管观察者以任何速度作自由运动，相对于他们而言，科学定律都应该是样。这对牛顿运动定律当然是对，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，他们应测量到样光速。这简单观念有些非凡结论。可能最著名者莫过于质量和能量等价，这可用爱因斯坦著名方程E＝mc2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定律。由于能量和质量等价，物体由于它运动所具能量应该加到它质量上面去。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速度运动时才有实际意义。例如，以10％光速运动物体质量只比原先增加0.5％，而以90％光速运动物体，其质量变得比正常质量两倍还多。当个物体接近光速时，它质量上升得越来越快，它需要越来越多能量才能进步加速上去。实际
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