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1905年是物理学的奇迹年，爱因斯坦提出了狭义相对论。狭义相对论给出了一些匪夷所思的结论。过去认为，时间和空间是绝对的，所谓绝对时空，就是说时间和空间都与观察者无关。一米就是一米，一分钟就是一分钟。宇宙里任何地方都不会有什么变化。但是这个固有的传统观念，恰恰被爱因斯坦给打破了。
爱因斯坦从光速不变原理出发进行了一系列的推导。他提出了时间是相对的，空间也是相对的。假如你手里拿着一根一米长的尺子，另外一个人手里端着同样长的一根尺子。他以接近光速的速度，从你身边掠过。在擦身而过这一瞬间，你俩对比了一下手里的尺子，你们都觉得对方的尺子变短了。假如换成钟表，你俩错车的一瞬间对了一下表，双方都觉得，对方的表慢了。因为两个人的运动状态不一样，因此双方的空间和时间也是不一样的。通俗讲来，就是“钟慢尺短”。
爱因斯坦的狭义相对论就是告诉你如何换算。你俩相对速度是多少，你看到他手里的尺子会缩短多少呢？时间慢了多少呢？这都是可以计算的。归根到底，狭义相对论描述的是个运动学问题。中学物理课一开始就讲运动学，不过那是基于绝对时空观构建的运动学。在爱因斯坦看来，当相对速度很低的时候，狭义相对论就和传统的运动学完全兼容。牛顿的体系不过是狭义相对论在低速下的一个近似。时空是一个不能分割的整体。空间有三个维度，时间也是跟它们平起平坐的一个特殊维度罢了，合起来就是四维时空。
爱因斯坦还提出了光速是一切物质运动和信号传播的速度上限。想超光速，没门儿。他还提出了著名的质能方程，也就是大名鼎鼎的 E=mc 2 。这个公式表明，能量和质量是一个事物的不同表现，正所谓“横看成岭侧成峰”，是岭还是峰？一码事嘛。质量就是能量，能量就是质量。
讲到 E=mc 2 的质能公式，差不多就是狭义相对论的所有内容了。说实话，这已经让大多数普通读者感到茫然，尤其是时间的相对性，很多人死活就是想不通。这也是相对论是民科的重灾区的原因之一。第一，它能用人话说明白；第二，它太反常识；所以号称推翻狭义相对论的人在全世界都是一抓一大把。但是据笔者观察，反广义相对论的民科就几乎看不到，原因很简单，广义相对论一般人看都看不懂，广义相对论的公式只能膜拜一下，展开以后是很多个偏微分方程组，没有扎实的数学功底，看都看不懂，别说去攻击了。
不仅仅是普通人，就连当时顶尖的物理学家也是一头雾水。因为爱因斯坦动用了非常厉害的一种工具，叫黎曼几何。黎曼是个数学家，他是大数学家高斯的学生，师徒俩都对几何学有重大贡献。爱因斯坦当时正在为引力问题发愁，引力显得与其他的力非常不一样。一颗炮弹，以一定的速度发射出去，只要炮弹出膛的速度是一样的，那么炮弹在空中划出的轨迹就是一样的。不管你是石头炮弹，还是铁炮弹，也不管炮弹有多重，似乎与材料和重量都没有关系（不考虑空气阻力）。这是为什么？别的物理量都只管一件事，温度就管冷热，硬度就管软硬。为什么质量管了两件事，惯性和质量成正比，引力也和质量成正比？这两个物理量看上去八竿子打不着，为什么偏偏都跟质量相关呢？难道这两个物理量之间有联系？
想通了这一点，爱因斯坦慢慢理出头绪了，假如把引力解释为时空的弯曲，那些炮弹不过是按照时空的曲率走了该走的路径，那么一切都好理解了。于是，他提出了等效原理。在一点以及邻近区域内，引力和加速度不能分辨。把你关在一个封闭的电梯里面，你感受到一个重力，到底是因为下边有个星球在吸引你呢？还是根本没什么星球，是电梯本身在加速上升呢？你都无法分辨。这就叫“等效原理”。等效原理是广义相对论的基石。
广义相对论也有一系列奇葩的推论，比如地球为什么围着太阳转呢？那是因为太阳使得周围的空间弯曲了。最形象的描述是，一张大皮膜，没有任何物质的时候是平直的；当把一个太阳放上去的时候，凹下去一个大坑。地球就在这个大坑里滚来滚去绕圈，速度不够快的话，就滚不出这个坑了。爱因斯坦把引力解释成了时空的弯曲。假如天体太重，比太阳重几十倍，而且半径还很小，那么皮膜就被捅出一个窟窿。进了这个洞，你费尽力气也别想爬出来。这就是黑洞。这些推论说实话听着就很玄幻，因此理论刚刚推导出来的时候，相信爱因斯坦的人全世界也找不出几个。
广义相对论是1915年发表的。但是到了1919年，英国人爱丁顿居然利用日食验证了广义相对论的一个非常重要的推论——星光偏折。爱丁顿用观测结果向世界宣告：爱因斯坦是对的，牛顿错了。正因为爱因斯坦几乎凭借一己之力完成了相对论的两大步跨越，他才从名不见经传的专利局小职员成为和牛顿比肩而立的物理学宗师。