牛頓的經典力學的基礎就是以牛頓命名的三條定律，這一理論形成於十七世紀，在以後的兩個多世紀裏，牛頓力學對科學和技術的發展起了巨大的推動作用，同時自身也得到了很大發展。但是，進入二十世紀，物理學研究的領域開始深入到了微觀高速領域，這時人們發現牛頓力學在這些領域不再適用。物理學的發展要求對牛頓力學以及某些長期認爲是不言自明的基本觀念作出根本性的變革，物理學需要一場革命！
二十世紀初誕生的相對論和量子力學就是這場從經典物理向近代物理變革的標誌
相對論誕生的歷史背景
①以太的研究：以太透明；以太的密度很（光速很大以太很硬（電磁波爲橫波以太無所不在，充滿整個空間。
②光速的測量：斐索光速測定
③邁克爾遜－莫雷實驗的意義：證明以太不存在；暗示真空中光速在任何參考系都不變；
一、經典的相對性原理
1、幾個經典概念和規律
①空間：人們通常所的空間量，不外乎線的長度、平面物曲面的面積、形體的體積等等.它們都可以用標準尺來量度.
②時間：通常，時間不外乎兩個事件的時間間隔、一個事件比另一個事件發生得早些或晚些、兩個事件同時發生等等.原則上時間都可以用標準鍾來量度.
③牛頓在他所著的《自然哲學的數學原理》一書中寫道：
絕對的空間，本質上是與外界無關的，是同一的和靜止的.
絕對的時間，本質上是一種與外界物體無關的均勻流動.
這就是牛頓力學中的絕對空間和絕對時間概念.
④空時座標
（1）空間座標：需要個空間量.比如：（、y、z）.
（）空時座標：需要4個數.比如：（、y、z、t）.
⑤速度合成法則：
（1）伽利略變換式：設有兩個參考系S和作勻速運動，且S/相對S沿X軸以速度v運動.則事件P在兩座標系中變換關係是
（）速度合成法則：設質在在S/中的速度爲u/，則在S中的速度爲
u=u/+v
⑥慣性系：牛頓運動定律成立的參考系
相對於一個慣性參考系做勻速直線運動的另一個參考系也是慣性系。
⑦牛頓力學中的相對性原理：牛頓運動定律的數學形式在所有的慣性系中都是相同的，或者，牛頓運動定律的數學形式在伽利略變換是不變的.
其它表述
（1）在任何兩個慣性系中做同一個力學實驗都會得到相同的結果；
（）用任何力學方法都無法將兩個慣性系分開；
（）對於描述力學現象，所有的慣系都是平權的.
、伽裏略相對性原理
在兩個慣性系中，雖然觀察到的結果並不相同，一個是10m/s,另一個是0m/s，但我們卻應用了同樣的運動定律和速度合成法則，也就是，我們相信：力學規律在任何慣性系中都是相同的。這就是伽利略相對性原理。在一個慣性參考系內的任何力學實驗都無法判斷這個參考系是否相對於另一個參考系做勻速運動或者任何參考系都是平權的。
《關於兩種世界體系的對話》：“把你和朋友關在一條大船下的主艙裏，讓你們帶着幾隻蒼蠅、蝴蝶和其他飛蟲，艙內放一隻大水碗，其中有幾條魚，然後掛上一個水瓶，讓水一滴一滴地滴到下面的一個寬口罐裏，船停着不動時，你留神觀察，蟲都以等速向艙內各方向飛行；魚向各個方向隨便遊動；水滴滴進下面的罐中，你把任何東西扔給你的朋友時，只要距離相等，向這一方向不必比另一方向施更多的力。當船以任何速度前進，只要是勻速的，你將發現，上述觀察的現象依舊，你無法用任何現象判定船是運動還是不動……”…,
、牛頓力學的不變性
力學規律在任何慣性參考系中都是相同的。
還可以表述爲：在任何慣性參考系中無法用任何力學實驗判斷該參考系相當於另一個參考系是靜止的還是做勻速直線運動，即任何慣性參考系都是平權的。
二、相對性原理與麥克斯韋電磁規律之間的矛盾（光速引起的困難）
牛頓的伽利略相對性原理是作爲基本假設提出來的，它之所以爲人們接受承認，一方面是牛頓力學在解決力學問題獲得的巨大功；另一方面觀察結果與人們的經驗相符。但是十九世紀中葉，人們在研究與物體運動有關的電磁現象時，發現在電磁現象的規律不符合相對性原理。
其中最典型的就是光速的問題：
光是電磁波；由於真空介電常數和磁導率是與參考系無關的常量，因此c也應是與參考系無關。這就是在任何參考系中測得的光在真空中的速度都應該是同一數值。
但是，根據相對性原理，若以c表示某一參考系K中測得的真空中光的速度，
c′爲以u運動的K′系中測得的光在真空中的速度，根據伽利略變換，就應有：c′=c—u
第一種情況人看到的光速應是c，第二種情況應是c+v，第三種情況應是c－v。
但是實驗現象表明，不論光源和觀察者做怎樣的相對運動，光速都是恆定的.
任何參照系中測得的光在真空的速率都應該是這一數值
這一結論還特別爲後來的很多精確的實驗所證實，最著名的是1887年邁克爾遜和莫雷所做的實驗。它們都明確無誤地證明光速的測量結果與光源和測量者的相對運動無關，亦即與參照系無關。
可見光和電磁波的運動不服從伽利略相對原理.光速恆定的特性，同運動的相對性原喇間似乎產生了矛盾？
矛盾激發：“在不同的慣性系中光速不同”——“任何參考系中光速度都應該是同一數值”，明相對性原理涉及到接近光速的高速領域產生了明顯的困難。
當時人們爲了解決這個困難，提出了三種可能：
（1）麥克斯韋電磁理論有錯，正確的電磁方程組應滿足伽利略不變性。
（）牛頓力學與麥克斯韋電磁理論都對，但麥克斯韋電磁理論只在某一特殊的慣性系成立。
（）牛頓力學與伽利略變換不對，應存在某種變換，麥克斯韋電磁理論在這種新的變換下具有不變性。這意味着經典牛頓力學要作修改，修改後的力學方程在新的變換下具有不變性。
三、狹義相對論的兩個基本假設
19世紀後半葉和0世紀初，物理學家們曾經猜想，有一種叫做以太的介質，瀰漫在宇宙中，它是電磁波傳播時所需要的介質，拿以太做參考系時麥克斯韋的電磁理論才成立.今天看來，以太是某一特殊參考系的代表.麥克爾遜實驗表明不存在這樣的特殊參考系，實際上就是宣佈宇宙間不存在以太.
上述的矛盾使物理學家面臨兩個選擇，一是修正現有的理論，去迎合實驗結果（這相對比較容易，但常常無效另一種主張徹底擺脫“麥克斯韋電磁理論只適用於某一特殊的慣性系”，創立全新的理論。愛因斯坦、龐加萊等人選擇了後者.並提出了兩個假設：
狹義相對論的兩個基本原理：
①愛因斯坦相對性原理———切物理定律，在不同的慣性系中是相同的…,
②光速不變原理——光在真空中的傳播速度在不同的慣性系中測得的數值都是相同的，與光源、觀察者是否相對運動無關
就是在看來如此簡單且最一般的兩個假設的基礎上愛因斯坦建立了一套完整的理論——狹義相對論
對兩個基本原理的正確理解：
①自然規律不僅包括力學規律，還包括電磁學規律等其他所有的物理學規律；
②強調真空中的光速光速不變指大既不依賴於光源或觀察者的運動，也不依賴於光的傳播方向
③幾十年來科學家採用各種先進的物理技術測量光速，結果都不違背光速不變原理。
兩個結論被稱爲假設呢？雖然這兩個假設可以由麥克爾遜實驗直接推出，但這畢竟是有限的幾次實驗，只有用這個假設得出大量的結論與事實相符時，它們才能成爲真正意義上的原理，這纔是科學的態度。
相對論的時空觀念與人們固有的時空觀念差別很大，很難被普通人所理解。人們都稱讚愛因斯坦偉大，但又常常弄不懂這偉大的內容。這使人們想起英國詩人波譜歌頌牛頓的詩句:
自然界和自然界的規律隱藏在黑暗中，
上帝：“讓牛頓去吧，”
於是一切都成爲光明。
但是，光明並不久長，
魔鬼又出現了，
上帝咆哮：“讓愛因斯坦降生吧”，
就恢復到現在這個樣子。
於是一切又回到黑暗中。