1881年，美國實驗物理學家A.麥克爾遜以高度的準確性測量了光沿著不同方向傳播的速度數值。為了探測預想中的微小差別，A.麥克爾遜使用了非常精確的實驗設備，他的實驗精確性很高，他測量出來的速度差別比預想中的差別要小得多。A.麥克爾遜的實驗，以後在不同的條件下又作過多次。他的實驗得到了出乎預料的結果。在一個運動著的參照係裏，光的傳播情形同我們在前麵推想的恰恰相反。A.麥克爾遜發現，在地球上，光向任何方向傳播，其速度都時相同的、不變的。在這一意義上，光的傳播使我們聯想到子彈的飛行。前麵我們曾經設想，在一列運動中的火車上，子彈運動同火車的運動無關。同車廂相對而言，子彈向任何方向運動，其前進速度是相同的。
於是，A.麥克爾遜的實驗證明：同我們的推想恰恰相反，光的傳播同運動的相對性原理並不矛盾，而是完全符
合運動的相對性原理。這也就是說，我們在前麵“運動的相對性原理會被動搖嗎”一節中所作的推理是完全錯誤的。
相對論的研究對象是超越我們日常經驗的高速運動世界和廣闊的宇宙，這是我們難以理解相對論的主要原因。
自相對論誕生之日起，它所帶來的時空觀革命就極大地拓展了人類對宇宙的理解。從相對論中，人們發現了時間旅行的奧秘、原子裂變的巨大能量、宇宙的起源和終結、黑洞和暗能量等奇妙現象。幾乎宇宙所有的奧秘都隱藏在相對論那幾行簡單的公式中。
狹義相對論證明高速旅行會使時間變慢，假定將來的某個時候，人們已解決了所有的技術難題，能夠製造一艘以亞光速飛行的宇宙飛船，一定意義上的時間旅行就變成可能了。如果飛船以亞光速從地球出發向遙遠的星係飛去，來回的旅程僅僅幾年（按飛船上的時間），但在此期間地球上卻已過去了幾千年，一切都發生了天翻地覆的變化。如果人類文明依然還存在的話，那又會是一個什麼新的模樣呢？
廣義相對論表明，時空可以不是平坦的，而是彎曲的。我們可以在地球與宇宙遙遠的地方這兩點之間鑿出一個蟲洞，然後用某種“奇異物質”把洞口撐開，使之成為一個突然出現在宇宙中的超空間管道，讓我們在瞬間到達遙遠的彼岸。然後當我們返回時，蟲洞的奇異性質讓我們年輕了很多。
廣義相對論判定足夠的質量能改變和扭曲時空，數學家法蘭克•提普勒據此設想了把時空卷起來的時間旅行方法。他認為，如果太空中的一個巨大物體以一半光速旋轉，時空便會扭曲折回。因此，隻要將來有人製造一個巨大的圓筒，它的長約為直徑的10倍，然後使圓筒以15萬公裏/秒的速度旋轉，便會使圓筒中央附近產生一個扭曲折回的時空。
要將這圓筒當時間機器使用，宇宙飛船一定要開到圓筒的中心沿圓筒內壁盤旋飛行：逆圓筒旋轉的方向航行是駛入過去，順圓筒旋轉的方向航行是駛入未來，每盤旋一周都使宇宙飛船更深入過去或未來一些。時間旅行者到達了目的時間，便將飛船駛離圓筒。有一件必須明了的事是，正像所有理論上的時間機器一樣，就是駛向過去無論怎樣也不能到達比製成圓筒更早的時間。
時間旅行是一個極具幻想色彩、也極具魅力的話題，長期以來，科學家們提出的方案一個又一個，時間旅行可能遇到的問題也被熱烈討論著。總有一天，相對論迷人的光芒會照耀著我們開始真正的時間旅行。
原子裂變
1905年11月，愛因斯坦同樣在德國《物理學紀事》雜誌上發表了關於狹義相對論的第二篇文章：《物體的慣性同它所包含的能量有關嗎？》，這是一篇短文，在這篇論文中，他提出一個物體的質量並不是恒定不變的，而是隨著運動速度的增加而增加。這就是運動中物體的“質增效應”。
現在我們想象我們在推一輛小板車，板車很輕，上麵什麼東西也沒有。假設這是一輛在真空中的“理想”板車，沒有任何摩擦力、也沒有任何阻力，因此，隻要我們持續地推它，它的速度就越來越快，但隨著時間的推移，它的質量也越來越大，起初像車上堆滿了鋼鐵，然後好像是裝著一座喜馬拉雅山、再然後好像是裝著一個地球、一個太陽係、一個銀河係……當小板車接近光速時，好像整個宇宙都裝在它上麵——它的質量達到無窮大。這時，你無論施加多大力，無論推多長時間，它都不可能運動得再快一些。
由此可見，光子既然以光速傳播，它的靜止質量就必須等於零，否則它的運動質量就會無窮大。
當物體運動接近光速時，我們不斷地對物體施加外力，供給能量，可物體速度的增加越來越困難，我們施加的能量去哪兒了呢？其實能量並沒有消失，而是轉化為了質量。這就是說，物體質量的增加與動能增加有著密切聯係，或者說物體的質量與能量之間有著密切聯係。愛因斯坦在說明這種聯係的過程中，提出了著名的質能關係式：E=mc2.
能量等於質量乘以光速的平方，即使是在不甚關心其實用價值的純理論型的物理學家看來也是驚心動魄的，而在絕大多數人眼裏，能量等於質量乘以光速的平方，即能量是質量的9萬億倍，是多麼誘人的前景呀！指甲蓋般大小的物質的質量如果完全消失，其釋放的能量是用以萬噸煤炭來計算的。
遺憾的是，沒人能隨便減少質量，譬如一塊石頭，我們盡可以用錘子砸成小塊，然後碾成碎末，可是當你仔細地收集這些碎末後就會發現它的質量並未變化。
但是，十幾年後的1939年，約裏奧•居裏、費米、西拉德這三位科學家分別獨立發現了鏈式反應，使人類找到了釋放巨大原子能的方法。鈾235的核收到中子轟擊就會發生裂變，分裂成兩個中等質量的新原子核，放出1～3個中子，並釋放出巨大能量，這些中子又能引發其它鈾核再分裂，如此反複，形成連鎖反應，不斷釋放巨大能量。這就是鏈式反應。
宇宙大爆炸
令我們這些當代人感到驚詫的是，遲至1917年，那些人類最具智慧的大腦仍然以為我們的銀河係就是整個宇宙，而這個銀河係大小的宇宙永遠都是穩定不變的，既不會變大也不會變小，這就是流傳了千百年的穩恒態宇宙觀。
1917年，愛因斯坦試圖根據廣義相對論方程推導出整個宇宙的模型，但他發現，在這樣一個隻有引力作用的模型中，宇宙不是膨脹就是收縮。為了使這個宇宙模型保持靜止，愛因斯坦在他的方程裏額外增加了一個新的概念——宇宙常數，它表示的是一種斥力，同引力相反，它隨著天體之間距離的增大而增強。這是一個假想的、用以抵消引力作用的力。
然而，愛因斯坦很快發現自己錯了。因為科學家們很快發現，宇宙實際上是膨脹的！
最早觀察到這一點的是20世紀的天文學之父哈勃。哈勃1889年出生於美國的密蘇裏州，畢業於芝加哥大學天文係。1929年，哈勃發現所有星係都在遠離我們而去，這表明宇宙正在不斷膨脹。這種膨脹是一種全空間的均勻膨脹，因此，在任何一點的觀測者都會看到完全一樣的膨脹，從任何一個星係來看，一切星係都以它為中心向四麵散開，越遠的星係間彼此散開的速度越大。
宇宙的膨脹意味著，在早先，星體相互之間更加靠近，並且在更遙遠過去的某一刻，它們似乎在同一個很小的範圍內。
宇宙膨脹的消息傳到著名物理學家伽莫夫那裏去的時候，立即引起了這位學者的興趣。喬治•伽莫夫出生於俄國，自小對詩歌、幾何學和物理學都深感興趣，在大學時期成為物理學家弗裏德曼的得意門生。弗裏德曼曾在愛因斯坦之後提出了重要的宇宙膨脹模型，伽莫夫也成為宇宙膨脹理論的熱心支持人之一。1945年，人類史上第一顆原子彈爆炸成功，看著蘑菇雲升起的照片，伽莫夫突發靈感：把原子彈規模“放大”到無窮大，不就成了宇宙爆炸嗎？他把核物理知識和宇宙膨脹理論結合起來，逐漸形成了自己的一套大爆炸宇宙理論體係。
1948年，伽莫夫和他的學生阿爾法合寫了一篇著名論文，係統地提出了宇宙起源和演化的理論。與我們慣常的想法不同，這個創生宇宙的大爆炸不是發生在一個確定的點，然後向四周的空氣傳播開去的那種爆炸，而是空間本身在擴展，星係物質隨著空間的擴展而分開。
根據大爆炸宇宙論，極早期的宇宙是一大片由微觀粒子構成的均勻氣體，溫度極高，密度極大，且以很大的速率膨脹著。伽莫夫還作出了一個非凡的預言：我們的宇宙仍沐浴在早期高溫宇宙的殘餘輻射中，不過溫度已降到6K左右。正如一個火爐雖然不再有火了，還可以冒一點熱氣。
1964年，美國貝爾電話公司年輕的工程師——彭齊亞斯和威爾遜，因一次偶然的機會發現了伽莫夫所預言的早期宇宙的殘餘輻射，經過測量和計算，得出這個殘餘輻射的溫度是2.7K（比伽莫夫預言的溫度要低），一般稱為3K宇宙微波背景輻射。這一發現有力的佐證了宇宙大爆炸理論。