2-1 狹義相對論
在愛因斯坦尚未提出相對論之前，物理學界的學者們都把所有的 定律設了一個大框架。那就是絕對時間與絕對空間的觀念。在牛頓力 學定律裡，時間、長度與質量都是絕對的。換句話說，時間、長度與 質量都不會因為觀測者本身或是所在的位置改變而改變。愛因斯坦在 長期的觀測與思考後，推翻了牛頓力學中的絕對時間與絕對空間的觀 念。提出了兩條基本原理，分別是：相對性原理、光速不變。說明了 時間與空間並不是絕對的，而是與觀測者所在的參考座標系的運動有 關。而光的速度是一個定值 c。
根據這兩項原理，愛因斯坦提出了僅用於慣性座標系的狹義相對 論的結論：
1. 鐘慢尺縮：如果一個觀測者搭乘一輛以光速前進的火車旅行。他 的時間與沒搭乘該火車的人還要慢。而觀測者的的身體大小也會 沿著火車運動的方向而縮小。[7]就像是影集「星際奇航」中，企 業號在利用雙曲量子加速時，時間彷彿縮短，而影片中的人物都 變成了比較扁平的感覺。或者是漫畫「哆啦 A 夢」中的時光機，
其設計原理就是利用一台比光速還要快的機器，加上平行空間理
論，才有可能達成。
2. 質量隨著速度增加而增加：假設有一個在光子火車的實驗者，站 在一個體重計上測量，比實驗者站在月台上所測量到的數值還要 大。[2]
3. 質能互換：E=mc2 這就是鼎鼎大名的質能互換公式。這是大家耳 熟能詳的公式。但是卻不知道，就是這條公式改變了全世界。假 設在一個絕對的環境下，任何能源都將被詳細量測到。我們燃燒 一公斤的煤，可以釋放 8000 大卡(千卡)的熱量。可以提供數十公 斤的冷水燒開。但是如果同樣重量的煤，代入 E=mc2 公式後，可 以得到約 309.313 億 千瓦‧小時。相當於可以供給全台灣人民用 電兩個月。這樣電力成本降低，電費也就可以非常便宜喔。可惜，
世界上任何一個國家都無法做到完全發揮及利用物體中所含有的 所有能量。造成太多不必要的浪費。
所以，全球才會有所謂的「能源危 機」。[6]
2-2 廣義相對論 equivalence）和協變性原理（the principle of covariance）。[7]根據這兩個 理論，獲得一個最重要的結論。在一個引力場的每一點附近都局部的
等於一個慣性力場。換言之，相當於一個相對於慣性系座標做加速度 運動的非慣性系座標。講得更具體，就是在一引力場中，四維的空間 與時間是彎曲的。其彎曲的曲率由物質的分布狀況來決定。愛因斯坦 對於牛頓力學中的引力理論徹底做了修改。取消了引力的概念，否定 了物質之間產生引力的說法。也對牛頓的慣性定律有了新的表述：「在 不受外力作用的情況下，一質點的運動在四維空間與時間中的軌跡是 一條短直線。」[8]