十九世紀(jì)中葉,麥克斯韋建立了電磁場理論,并預(yù)言了以光速C傳播的電磁波的存在.到十九世紀(jì)末,實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)了麥克斯韋理論.電磁波是什么?它的傳播速度C是對(duì)誰而言的呢?當(dāng)時(shí)流行的看法是整個(gè)宇宙空間充滿一種特殊物質(zhì)叫做“以太”,電磁波是以太振動(dòng)的傳播.但人們發(fā)現(xiàn),這是一個(gè)充滿矛盾的理論.如果認(rèn)為地球是在一個(gè)靜止的以太中運(yùn)動(dòng),那么根據(jù)速度迭加原理,在地球上沿不同方向傳播的光的速度必定不一樣,但是實(shí)驗(yàn)否定了這個(gè)結(jié)論.如果認(rèn)為以太被地球帶著走,又明顯與天文學(xué)上的一些觀測結(jié)果不符.
1887年邁克爾遜和莫雷利用光的干涉現(xiàn)象進(jìn)行了非常精確的測量,仍沒有發(fā)現(xiàn)地球有相對(duì)于以太的任何運(yùn)動(dòng).對(duì)此,洛侖茲(H．A．Lorentz)提出了一個(gè)假設(shè),認(rèn)為一切在以太中運(yùn)動(dòng)的物體都要沿運(yùn)動(dòng)方向收縮.由此他證明了,即使地球相對(duì)以太有運(yùn)動(dòng),邁克爾遜也不可能發(fā)現(xiàn)它.愛因斯坦從完全不同的思路研究了這一問題.他指出,只要摒棄牛頓所確立的絕對(duì)空間和絕對(duì)時(shí)間的概念,一切困難都可以解決,根本不需要什么以太.
愛因斯坦提出了兩條基本原理作為討論運(yùn)動(dòng)物體光學(xué)現(xiàn)象的基礎(chǔ).第一個(gè)叫做相對(duì)性原理.它是說：如果坐標(biāo)系K'相對(duì)于坐標(biāo)系K作勻速運(yùn)動(dòng)而沒有轉(zhuǎn)動(dòng),則相對(duì)于這兩個(gè)坐標(biāo)系所做的任何物理實(shí)驗(yàn),都不可能區(qū)分哪個(gè)是坐標(biāo)系K,哪個(gè)是坐標(biāo)系K′.第二個(gè)原理叫光速不變原理,它是說光（在真空中）的速度c是恒定的,它不依賴于發(fā)光物體的運(yùn)動(dòng)速度.