อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ผู้ค้นพบทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป เกิดที่เมืองอูลม์ ประเทศเยอรมันในปี 1879 ครอบครัวของเขาย้ายไปที่มิวนิคในปีต่อมา โดยเฮอร์มาน บิดา และจาค็อบ ผู้เป็นลุง ได้เปิดธุรกิจทางไฟฟ้าเล็กๆที่ไม่ค่อยประสบความสำเร็จนัก อัลเบิร์ตไม่ใช่เด็กอัจฉริยะ แต่คำกล่าวอ้างว่าเขาเรียนแย่ก็ดูจะเป็นคำกล่าวเกินจริง ธุรกิจทางบ้านเขาล้มเหลวลงในปี 1894 และครอบครัวก็ย้ายไปมิลาน แต่พ่อแม่เห็นควรให้ไอน์สไตน์อยู่เล่าเรียนต่อให้จบ แต่ไอน์สไตน์ไม่ชอบระบบระเบียบของโรงเรียน เขาจึงตามครอบครัวไปอยู่ที่อิตาลีในอีกไม่กี่เดือนต่อมา ไอน์สไตน์สำเร็จการศึกษาที่ซูริค โดยจบจากสถาบันสหพันธ์โปลิเทคนิคอันทรงเกียรติที่รู้จักในนาม ETH ในปี 1900 ธรรมชาติที่ชอบการโต้แย้งทางความคิดและความไม่ชอบอยู่ในกฏเกณฑ์ทำให้ไอน์สไตน์ไม่เป็นที่ชื่นชอบของอาจารย์ในสถาบัน และก็ไม่มีใครเสนอตำแหน่งผู้ช่วยที่เป็นหนทางของอาชีพในวงการศึกษาให้กับเขา สองปีต่อมาเขาจึงได้งานที่กองทะเบียนสวิสในกรุงเบิร์นในที่สุด และในช่วงที่เขาทำงานที่นี่นั่นเอง ที่เขาได้เขียนรายงานทางวิชาการสามชิ้นที่ส่งให้เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์ชั้นแนวหน้า และเป็นการเริ่มปฏิวัติในแนวคิด ที่เปลี่ยนความเข้าใจของเราในเรื่องเวลา อวกาศ และแม้แต่ในเรื่องความจริง

จวบจนปลายศตวรรษที่สิบเก้า นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าเราเกือบจะสามารถการอธิบายเอกภพได้อย่างสมบูรณ์แล้ว โดยเชื่อว่าอวกาศเต็มไปด้วยตัวกลางต่อเนื่องที่เรียกว่า "อีเธอร์" อีเธอร์เป็นตัวกลางที่พาคลื่นแสงและคลื่นวิทยุไป ดังเช่นอากาศที่เป็นตัวกลางของคลื่นเสียง และเพื่อให้ได้มาซึ่งทฤษฎีอีเธอร์ที่สมบูรณ์ ก็จำเป็นต้องมีการวัดคุณสมบัติของอีเธอร์ ในการวัดนี้ แล็บเจฟเฟอร์สันที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดได้สร้างขึ้นโดยไม่มีตะปูเหล็ก เพื่อไม่ให้ไปรบกวนการวัดทางแม่เหล็กที่ละเอียดอ่อน แต่ผู้วางแผนคงลืมไปว่าอิฐแดงที่ใช้ในการสร้างห้องแล็บและตึกส่วนใหญ่ของฮาร์วาร์ดต่างประกอบไปด้วยเหล็กจำนวนมาก ตัวตึกยังคงใช้งานอยู่จนทุกวันนี้ ถึงแม้ฮาร์วาร์ดจะไม่แน่ใจว่าพื้นห้องสมุดจะรับน้ำหนักได้มากเท่าใดเมื่อไม่มีตะปูเหล็กช่วยรองรับ

เมื่อมาถึงสิ้นศตวรรษที่สิบเก้า ความแตกต่างในแนวคิดเรื่องอีเธอร์ที่มีทุกหนแห่งก็เริ่มปรากฎขึ้น เป็นที่คาดกันว่าแสงจะเดินทางด้วยความเร็วคงที่ผ่านอีเธอร์ แต่หากเราเคลื่อนที่ผ่านอีเธอร์ไปในทิศทางเดียวกับแสง ความเร็วของแสงก็จะดูน้อยลง แต่หากเราเคลื่อนที่ไปทิศตรงข้ามกับแสง ความเร็วของแสงก็ควรจะดูเพิ่มขึ้น (ดังภาพ 1.1)

แต่การทดลองครั้งแล้วครั้งเล่าก็ไม่สามารถสนับสนุนแนวคิดนี้ได้ การทดลองที่เที่ยงตรงและระมัดระวังที่สุดในจำนวนเหล่านี้ มีขึ้นโดยอัลเบิร์ต ไมเคิลสัน และเอ็ดเวิร์ด มอร์ลีย์ ที่ Case School of Applied Science ที่คลีฟแลนด์ รัฐโอไฮโอในปี 1887 ทั้งคู่เปรียบเทียบความเร็วของแสงจากสองลำแสงที่ตั้งฉากกัน เมื่อโลกหมุนรอบแกนและโคจรรอบดวงอาทิตย์ ระบบก็จะหมุนผ่านอีเธอร์ด้วยความเร็วและทิศทางต่างๆกัน (รูป 1.2) แต่ไมเคิลสันและมอร์ลีย์ไม่พบความแตกต่างไม่ว่าจะเป็นระหว่างวันหรือในรอบปีของสองลำแสงนี้เลย เสมือนว่าแสงเดินทางด้วยความเร็วเท่ากันเมื่อเทียบกับตำแหน่งที่เราอยู่เสมอ ไม่ว่าจะเราจะเคลื่อนที่ไปเร็วเท่าใดหรือไปในทิศทางใด (รูป 1.3 หน้า 8)

การทดลองของไมเคิลสัน-มอร์ลีย์เป็นพื้นฐานให้ จอร์จ ฟิตซ์เจอรัลด์ นักฟิสิกส์ชาวไอริช และเฮนดริค โลเรนท์ซ เสนอว่าวัตถุที่เคลื่อนผ่านอีเธอร์จะหดตัวและนาฬิกาจะเดินช้าลง การหดตัวและการเดินช้าของเวลานี้จะเป็นในทางที่คนเราจะวัดความเร็วแสงได้เท่ากันหมด ไม่ว่าจะใครจะเคลื่อนที่ไปอย่างไรในอีเธอร์ (ฟิตซ์เจอรัลด์และโลเรนท์ซยังคิดว่าอีเธอร์เป็นสสารที่มีอยู่จริง) ทว่าในรายงานทางวิชาการของไอน์สไตน์ที่เขียนในปี 1905 ได้ชี้ว่าหากเราไม่สามารถบอกได้ว่าเรากำลังเคลื่อนที่ไปในอวกาศหรือไม่ ความคิดเรื่องอีเธอร์ก็เป็นเพียงแต่ความซ้ำซ้อน ไอน์สไตน์เริ่มโดยการเสนอว่ากฏเกณฑ์ทางวิทยาศาสตร์ควรจะปรากฏเหมือนกันหมดต่อผู้สังเกตที่เคลื่อนที่อย่างอิสระทุกคน นั่นคือทุกคนควรวัดความเร็วแสงได้เท่ากัน ไม่ว่าแต่ละคนจะเคลื่อนที่ไปเร็วแค่ไหน ความเร็วของแสงไม่ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวของแต่ละคน และจะเท่ากันในทุกทิศทาง

สิ่งนี้ทำให้เราต้องละทิ้งแนวคิดว่ามีปริมาณสากลที่เรียกว่าเวลา ซึ่งนาฬิกาทุกเรือนจะวัดได้ แต่ทุกคนจะมีเวลาเฉพาะตน โดยที่เวลาของคนสองคนจะตรงกัน ก็ต่อเมื่อทั้งคู่อยู่นิ่งสัมพัทธกัน แต่เวลาจะไม่เท่ากันถ้าทั้งคู่มีการเคลื่อนไหว

ความคิดนี้ได้รับการยืนยันจากการทดลองจำนวนหนึ่ง ที่รวมทั้งการนำนาฬิกาเที่ยงตรงสองเรือนบินไปรอบโลกในทิศทางตรงกันข้าม และตอนกลับมาก็แสดงเวลาต่างกันเล็กน้อย (รูป 1.4) ซึ่งอาจบอกว่าหากเราต้องการมีชีวิตยืนยาวขึ้น ก็ให้บินไปทางทิศตะวันออกเรื่อยไป เพื่อให้ความเร็วของเครื่องบินบวกไปกับการหมุนของโลก อย่างไรก็ตาม เศษส่วนเล็กๆของวินาทีที่ได้มา จะต้องเสียไปมากกว่าได้จากการกินอาหารบนเครื่องบิน

แนวคิดของไอน์สไตน์ว่ากฏเกณฑ์ในธรรมชาติควรจะปรากฏเหมือนกันหมดต่อผู้สังเกตที่เคลื่อนไหวอย่างอิสระทุกคน เป็นรากฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ ที่ได้ชื่อจากนัยว่ามีเพียงแต่การเคลื่อนไหวที่สัมพัทธกันเท่านั้นที่สำคัญ ความงามและความเรียบง่ายของทฤษฎีนี้ทำให้นักคิดหลายคนเชื่อถือ แต่ก็ยังคงมีผู้คัดค้านจำนวนมาก ไอน์สไตน์ได้ล้มเลิกความสมบูรณ์ (absolute) ทางวิทยาศาสตร์ในศตวรรษที่สิบเก้าสองประการ นั่นคือ absolute rest จากอีเธอร์ และเวลาสมบูรณ์หรือเวลาสากลที่นาฬิกาทุกเรือนจะวัดได้ ซึ่งหลายคนเห็นว่าความคิดนี้ไม่น่าสบายใจ และสงสัยว่าแล้วนี่เป็นการบอกโดยนัยหรือไม่ว่าทุกสิ่งทุกอย่างสัมพัทธกัน นั่นคือไม่มีมาตรฐานทางศีลธรรมที่สมบูรณ์ ? ความกังขานี้ยังมีอยู่ตลอดทศวรรษที่ 1920 และ 1930 ตอนที่ไอน์สไตน์ได้รับรางวัลโนเบลในปี 1921 คำประกาศเกียรติคุณก็บอกไว้ว่าเป็นเพราะงานที่สำคัญแต่ด้อยกว่า (ในมาตรฐานของไอน์สไตน์) ที่มีในปี 1905 แต่ไม่ได้กล่าวถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพที่ถือว่าเป็นหัวข้อที่สร้างความขัดแย้งได้มากเกินไป (ผมยังคงได้รับจดหมายสองสามฉบับต่ออาทิตย์บอกผมว่าไอน์สไตน์ผิด) อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีสัมพัทธภาพเป็นที่ยอมรับกันทั่วไปในแวดวงวิทยาศาสตร์ในปัจจุบัน และการทำนายของทฤษฎีนี้ก็ได้รับการตรวจสอบว่าจริงจากการประยุกต์ต่างๆจำนวนมหาศาล