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狭义相对论的诞生
19世纪末，麦克斯韦电磁场理论和牛顿力学趋于完善，一些物理学家认为“物理学的发展实际上已经结束”。但是，当人们运用伽利略变换解释光的传播等问题时，发现了一系列尖锐的矛盾，因此人们对经典的时空观产生了疑问。爱因斯坦针对这些问题，提出了新的时空观，并于1905年创立了狭义相对论。
狭义相对论基于以下两条基本原理：
(1)光速不变原理。即在任何惯性系中，真空中光速都相同，与光源及观察者的运动状况无关。
(2)狭义相对性原理。即对所有惯性参考系来说，物理定律是相同的。也就是说，力对任何物体的作用效果是相同的，与力的起因以及被作用物体位于何处及其运动速度无关。
根据上述两条基本原理，爱因斯坦得出，当空间和时间分量从一个惯性系变换到另一个惯性系时，不遵从伽利略变换法则，而应遵从洛伦兹变换，并得出一系列“违背常识”的重要结论，主要有：
(1)尺缩效应（或长度收缩效应）。即量度物体长度时，运动物体沿运动方向的长度比静止时缩短。
(2)钟慢效应（或时间膨胀效应）。即量度物体的时间历程时，运动物体的时间进程比静止时长，运动的钟比静止的钟走得慢。
(3)物体的质量随运动速度的增大而变大。
(4)质量为m的物体具有的总能量为E=mc[2]（质能关系式）。
(5)任何物体的速度不可能超过光速。
这些结论与大量高速（接近光速）运动粒子的实验事实相吻合，特别是质能关系式在原子核能释放中得到了证实。从此，人类进入了原子能时代，并为电磁场、核力场和弱力场理论的统一奠定了基础。
然而，人们在日常生活中为什么从未感受到长度收缩和时间膨胀效应呢？原因是：这些效应显著与否依赖于你运动速度的快慢。长度收缩和时间膨胀的效果只有当你以接近光速运动时才能感受到。在现实生活中，相对论效应只发生在粒子物理学实验中，因为加速器可以把电子或质子加速到非常接近光速的速度。
寻找证据
到目前为止，通过对一百多年前的实验进行最新的改进，物理学家并没有发现实验结果与爱因斯坦所提出的狭义相对论相抵触。但是，狭义相对论无法圆满解释黑洞行为、大爆炸和宇宙结构等现代物理学问题。物理学家试图通过开展超高精度的、以空间为基础的新一代实验，进一步验证狭义相对论——这一现代物理学中最神圣的法则。
（一）3个实验
20世纪40年代提出的一个试验性理论认为，验证狭义相对论需要3个不同的实验。其中的两个实验是利用指向不同方向或者以不同速度运动的实验室来验证光速是否发生变化，另一个实验是当物体高速运动时，确认时间是变慢或是变快。
最近，德国康斯坦茨大学和杜塞尔多夫大学的一个研究小组得出了前两个实验的结果。在经过改进的Michelson-Morley实验中，研究人员将激光射入两个相互成直角的光学谐振腔，激光在每个光学谐振腔中形成驻波，其频率依赖于光学谐振腔的长度和在该方向上的光速。如果光在空间的某一方向上的传播速度比在另一个方向上的传播速度更快，则旋转实验设备将显示出两个光学谐振腔之间相对频率的变化。该研究小组发现，两个光学谐振腔之间并没有出现相对频率的变化，也就是说，光在空间任何方向上的传播速度是一致的，因此符合狭义相对论的理论。
（二）“振动的”粒子
近年来，物理学家已发现可以利用更多的方式来检验相对论的正确性。特别是，美国印地安那大学阿兰·考斯特里凯(Alan Kostelecky)及其合作者根据弦理论，阐述了“扩展”粒子物理的标准模型。该理论假定，所有的基本粒子实际上是扩展的一维物体，并在高维空间振动，除4维时空外，肉眼难以察觉，但可以导致可观测的效应。不同的粒子，包括那些导致自然界中各种力的粒子，对应于以不同模式振动的弦。
某些振动可能以力的辅助场的形式出现，比重力更微弱，因此很难检测。但是，如果这些场与某些粒子相互作用，它们将以粒子偏离相对论的方式表现出来。扩展的标准模型对质子、中子、电子以及大量其他粒子可能的偏离形式进行了分类。然而，弦理论还不足以说明狭义相对论的哪一点是错误的或者其错误的程度有多大。
（三）原子钟
另一些研究小组，如哈佛·史密森天体物理中心的沃尔斯沃思小组以高度稳定的原子钟为实验工具来验证狭义相对论。原子钟是以某一频率辐射的原子集合。如果原子的频率发生了变化，则狭义相对论即不适用。沃尔斯沃思小组使用发射相干微波辐射的氙和氢的同位素，给出了质子和中子偏离相对论的最严格的范围。耶鲁大学的研究人员使用μ子素做了类似的实验。μ子素由一个带正电荷的μ介子和绕其旋转的电子组成。由于存在重力、温度以及机械磨损等诸多误差，地球上的原子钟仅仅在几个小时后就变得不稳定了。卫星或国际空间站是进行原子钟测量的理想场所，因为那里的微重力环境和更短的旋转时间将使测量精度较地球上更高。
（四）光速可能不恒定
2002年8月，澳大利亚麦克里大学的一个研究小组在进行了大量的研究工作后宣称，光速可能并不是一个恒定值。该发现如果被证明是正确的，则爱因斯坦的相对论将会被推翻，物理学家必须重新寻找研究宇宙的基本法则。
该小组的理论物理学家保罗·戴维斯称，光在经过数十亿年的运行之后，速度可能会变慢。戴维斯领导的研究小组是在新南威尔士大学的天文学家约翰·韦伯所收集的数据的基础上，得出光速是可以变化的结论的。
韦伯在观测从一个遥远的类星体发出的光时，遇到了一个无法解释的难题，他发现这个距地球120亿光年类星体发出的光在它到达地球的旅程中吸收了错误类型的光子，而根据现代物理学理论，光是根本不会吸收这种类型的光子的。戴维斯指出，造成这种现象的原因是发出类星体光的原子的结构同人类目前所认识的原子的结构有轻微的不同。造成这种差异的可能性只有两个：要么是电子电荷发生了变化，要么是光的速度发生了变化。该研究小组认为，关于电子电荷的热力学第二定律是不能推翻的，所以他们最终得出结论，可能是光速发生了变化。
相对论之后的世界物理究竟何去何从？勇敢地站在巨人的肩膀上，我们才能真正看清宇宙的本质。