觀念對於19世紀的物理學家是太根深蒂固了，於是他們設想，宇宙中存在以太，以太是宇宙的屬性，就像地圖上的經緯一樣。任何距離的測量，都可以相對於以太作出。以太瀰漫於整個絕對空間中，電磁波就是在這雲霧狀的以太中的擾動。

1887年邁克爾遜—莫雷實驗沒有檢測到“以太風”的存在，各種彌補以太假說開始出現：牽引假說、完全帶動說、附面層牽引說、發射假說等，結果，一個個的假說都被證明不能成立。

與此同時，洛倫茲假定，原子間的作用力主要是電磁力，原子就分佈在其他原子對它的電磁作用的平衡位置上面，根據麥克斯韋方程組可以計算出粒子周圍的電磁場，洛倫茲電子理論推論到一系列的驚人的結論：

長度縮短：當粒子以速度u相對於以太運動時，計算發現力場不再是球對稱的，等勢面變為一個旋轉橢球，垂直於運動方向上的直徑不變，而在運動方向卻以比率　縮短。一條相對於以太靜止時長L0的測量桿，當它以速度u沿著長度方向相對於以太運動時，將具有長度L=　L0　。但是，如果杆垂直於運動方向，它的長度不會改變。

質量變大：電磁質量是粒子相對於以太的速度u的函式，在用陰極射線（即電子束）測量荷質比（e/m）的研究中，發現整個質量隨著u的增大而以比率1/　增大，即m=m0/　。其中m0是粒子在靜止以太中的有效質量，因為物質是由原子構成的，而原子又是由一些帶電部分組成的，一般質點的質量，包括諧振子的質量，也遵從上面這個關係。

時率變慢：由於倔強係數也源於分子間的電磁力，它也應該是u的函式。

透過計算，洛倫茲得出T=T0/　，T0是鐘相對以太靜止時的週期，即運動的鐘比靜止的鐘走得慢！

洛倫茲理論的出發點是：在電磁現象中存在一個絕對靜止的“以太”參考系，因而相對性原理不適用於電磁現象，可它本身又導致“以太漂移”無法測知，光速在所有慣性系中都相同這樣一個邏輯結論。洛倫茲理論中存在著“絕對時間”和“絕對長度”，它體現在對“以太”靜止的鐘和尺的測量結果中，但因為“以太漂移”無法測定，我們又無法修正我們的時空測量結果去得出這些絕對量。

結論：洛倫茲推論已經走到科學的前沿，他根本的問題是被絕對空間和絕對時間的思維給困死了，沒有進一步提升理論。

2．相對原理

1905年愛因斯坦發表狹義相對論，題目為“論運動物體的電動力學”。

狹義相對論的第一個基本原理：物理定律對所有慣性參考系都具有相同的形式。也就是說，在實驗室進行任何物理實驗都無法確定實驗室是絕對靜止的，還是絕對處於均勻直線運動狀態。

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狹義相對論的第二個基本原理：光速與光源運動無關。可以表述為：真空中光的傳播速度在各個方向都是相同的，與光源的運動無關。

狹義相對論得出一個自相矛盾的結論。我們認為速度從一個參照系轉換到另一個參照系的“常識相對論”和愛因斯坦的“光在所有慣性系中速度相同”的假設相牴觸。只有在兩種情況下愛因斯坦的假設才是正確的：要麼距離相對於兩個慣性系不同，要麼時間相對於兩個慣性系不同。實際上，兩者都對：第一種效果被稱作“長度收縮”，第二種效果被稱作“時間膨脹”。

狹義相對論的價值在於否定了絕對時間和絕對空間，愛因斯坦實際上是將洛倫茲理論的前提換一下，即不承認以太，而假定光速不變，理論的結果則引用了洛倫茲推論。

結論：首先做出驚人推論是洛倫茲，愛因斯坦後來提出光速不變這個假設，否認了絕對空間和絕對時間思維的束縛，另外將洛倫茲推論從電子理論提升到整個物理學的高度。

3．長度收縮

狹義相對論第一推論：長度收縮。

長度收縮有時被稱作洛倫茲收縮。在愛因斯坦之前，洛倫茲就已經求出了用來描述長度收縮的數學公式。愛因斯坦意識到了它的重大意義並將其植入到相對論中。這個原理是：參照系中運動物體的長度比其靜止時的長度要短。

圖一：　長度收縮圖

上圖的尺子在參照系中處於靜止狀態。一個靜止物體在其參照系中的長度被稱作它的“正確長度”，一個碼尺的正確長度是一碼。下圖的尺子在運動，用更準確的話來講：我們相對於某參照系，發現尺子在運動。長度收縮原理指出在此參照系中運動的