爱因斯坦的成功之路是不平坦的。1900年8月,他从瑞士联邦理工大学毕业后,尽管才华横溢,业务过入,但由于是犹太入,又无国籍,却找不到一个适当的工作。1901年2月他终于取得了瑞士国籍,但这对他找工作也并没带来立即的好处。直到第二年6月,才经朋友父亲的帮忙,进了伯尔尼瑞士联邦专利局作一般职员,一直任职到1909年。1903年1月6日,爱因斯坦和大学时的同学米列娃·玛里奇结了婚,一年多以后他们有了儿子。家庭的拖累并没有使爱斯坦放弃攀登科学高峰的信念。
1905年是辉煌的一年,物理学发生了革命,相对论诞生了。年仅20岁的爱因斯坦依靠自己的奋斗,利用业余时间,发表了几篇具有划时代意义的重要论文。3月,他在发表的《关于光的产生和转化的一个启发性观点》中发展了普朗克的量子概念,圆满地解释了光电效应,第一次提出了光的波粒二象性。4月,他发表了《分子大小的新测定法》,并以此向苏黎世大学申请博士学位,经过答辩,爱因斯坦取得了成功。6月发表的《论动体的电动力学》是物理学上具有划时代意义的文献。它提出了桎性理论和空间时间的新概念,引起了物理学理论基础的变革,开创了物理学的新纪元。9月,他提出了质能方程式,在理论上为原子能的应用铺平了道路。
爱因斯坦的研究成果初露于科学界时,不但很少有人支持,而且招来了不少非议。有人怀疑,有人嘲讽,最令人难以忍受的是各种对他人身的攻击。是啊,爱因斯坦建立的新的理论体系让人难以想象,它向传统发起了挑战。在世人心目中,牛顿建立的经典力学体系已经达到了完美的境界,绝对空间和绝对时间是多么的和谐统。即使在19世纪中叶,许多科学家在运用牛顿理论体系时遇到了不可逾越的困难,他们也不敢对它有丝毫的怀疑,自己把自己束缚在旧框框中。
古典力学认为物体的运动虽在时间和空间中进行,但是时间的流逝和空间的性质与物体的运动彼此没有任何关系。牛顿说:“绝对的,真正的和数学的时间自己流逝着,并由于它的本性而均匀地、与任一外界对象无关地流逝着。”“绝对空间,就其本性而言,与外界任何事物无关,而永是相同的和不动的。”这是牛顿当时的认识。这种把物质和运动完全脱离的“绝对时间”和“绝对空间”的观点是把从低速范围内总结出来的结论加以绝对化的结果。在日常生活中,由于实践范围的限制,大量接触到的是低速运动的物体,人们会不自觉地接受和采纳这种观点,觉得绝对的孤立的时空是理所当然的,似乎是无可置疑的。其实,这是传统的经验束缚了人们的思想,当人们接触了物体的高速运动,就必须面对新的现实,改变旧的习惯看法。
基于以上所说的人们的顽固保守的认识,在光的电磁理论的发展过程中,有人认为宇宙间充满着一种叫做“以太”的媒质,光是靠它来传播的,而且把这种“以太”选作为绝对静止的绝对参照系,凡是相对于这个绝对参照系的运动叫做绝对运动,区别于相对其他参照系的相对运动。根据这一观点,历史上的一些物理学家,设计了各种实验,期望通过运动参照系中所发生的物理现象,找出一种发现绝对运动并测出绝对速度的方法来,其中最著名的有迈克耳孙和莫雷提出的实验。但所有这些设想都没有达到预期的结果,最终导致了爱因斯坦相对论的建立。
爱因斯坦扬弃了以太假说和绝对参照系的想法,认为它们都是不存在的。在前人实验的基础之上,总结出狭义相对论的两条基本原理:(1)狭义相对论的相对原理:一切彼此作匀速直线运动的惯性参照系,对于描述运动的一切规律都是等价的。(2)光速不变原理:在彼此相对作匀速直线运动的任一惯性参照系中,所测得的真空中光速都是相等的。初看起来,光速不变原理似乎和常识相矛盾,但是人们在天文观察中,找到了这个原理的有力证据。在这两条原理的基础上发展起来的狭义相对论,对近代物理起了很大的促进作用。