20世紀初，在人們了解、研究光的過程中，帶來了物理學的兩場革命——相對論和量子論。為建立這兩個理論體係，許多科學家都作出了重要貢獻，他們都是一些傑出的物理學大師，其中最為突出的是愛因斯坦。
1：基礎理論
早在16歲時，愛因斯坦就從書本上了解到光是以很快速度前進的電磁波，他產生了一個想法，如果一個人以光的速度運動，他將看到一幅什麼樣的世界景象呢？他將看不到前進的光，隻能看到在空間裏振蕩著卻停滯不前的電磁場。這種事可能發生嗎？
1.1：以太概念
以太這個名詞源於希臘，用以代表組成天上物體的基本元素。17世紀，笛卡兒將它作為傳播光的媒質，惠更斯認為荷載光波的媒介物是以太，它應該充滿包括真空在內的全部空間，並能滲透到通常的物質中。牛頓認為，發光體發射出的是以直線運動的微粒粒子流，粒子流衝擊視網膜就引起視覺。
18世紀牛頓的微粒說占了上風，19世紀的看法是，波的傳播要依賴於媒質，因為光可以在真空中傳播，傳播光波的媒質是充滿整個空間的以太，也叫光以太。
經過麥克斯韋、赫茲等人的努力，將光的波動理論與電磁理論統一起來。以太不僅是光波的載體，也成了電磁場的載體。
相對性原理早在伽利略和牛頓時期就已經有了。按照麥克斯韋理論，真空中電磁波的速度，也就是光的速度是一個恒量，然而按照牛頓力學的速度加法原理，不同慣性係的光速不同，這就出現了一個問題：適用於力學的相對性原理是否適用於電磁學？
例如：有兩輛汽車，速度相同都為U，一輛向你駛近、一輛駛離。那麼，你看到前一輛車的燈光向你靠近，而另一輛車的燈光遠離。
根據伽利略理論，這兩項的測量結果不同。向你駛來的車出現了光加速，即：前車的光速=光速+車速=c+U；而駛離車的光速較慢，因為後車的光速=光速-車速=c-U。
但是，如果按照麥克斯韋的理論，這兩種光的速度相同，汽車的速度在其中不起作用。即：前車的光速=c，後車的光速=c。
此時，如果假設前車的光速為c′、後車的光速為c″，那麼，伽利略的結論是：c′=c+U、c″=c-U；而麥克斯韋的結論是：c′=c″=c。
很顯然，伽利略與麥克斯韋關於速度的說法明顯相悖。我們如何解決這一分歧呢？
19世紀理論物理學達到了巔峰狀態，但其中也隱含著巨大的危機。海王星的發現顯示出牛頓力學無比強大的理論威力，電磁學與力學的統一使物理學顯示出一種形式上的完整，並被譽為“一座莊嚴雄偉的建築體係和動人心弦的美麗的廟堂”。在人們的心目中，古典物理學已經達到了近乎完美的程度。
愛因斯坦堅信電磁理論是完全正確的，但是有一個問題使他不安，這就是絕對參照係以太的存在。
1.2：思想基礎
愛因斯坦從哲學中吸收思想營養，他相信世界的統一性和邏輯的一致性。相對性原理已經在力學中被廣泛證明，但在電動力學中卻無法成立，對於物理學這兩個理論體係在邏輯上的不一致，他提出了懷疑。
他認為，相對論原理應該普遍成立，因此電磁理論對於各個慣性係應該具有同樣的形式，但在這裏出現了光速的問題。光速是不變的量還是可變的量，成為相對性原理是否普遍成立的首要問題。
當時的物理學家一般都相信以太，也就是相信存在著絕對參照係，這是受到牛頓的絕對空間概念的影響。
19世紀末，馬赫在其所著的《發展中的力學》中，批判了牛頓的絕對時空觀，這給愛因斯坦留下了深刻的印象。
1905年5月的一天，愛因斯坦與朋友貝索討論時突然領悟到了什麼，回到家經過反複思考，終於想明白了問題。第二天，他又來到貝索家，說：謝謝你，我的問題解決了。
原來愛因斯坦想清楚了一件事：時間沒有絕對的定義，時間與光信號的速度有一種不可分割的聯係。他找到了開鎖的鑰匙，經過五個星期的努力工作，愛因斯坦把狹義相對論呈現在人們麵前，其兩條原理：相對性原理和光速不變原理。
但是，愛因斯坦將已建的相對論推廣時，有兩個問題使他不安。第一個是引力問題：牛頓的引力理論是超距的，兩個物體之間的引力作用在瞬間傳遞，即以無窮大的速度傳遞，這與相對論依據的場的觀點和極限的光速衝突。第二個是非慣性係問題：狹義相對論與以前的物理學規律一樣，都隻適用於慣性係。但事實上卻很難找到真正的慣性係。從邏輯上說，一切自然規律不應該局限於慣性係，必須考慮非慣性係。
1907年，愛因斯坦在《關於相對性原理和由此得出的結論》的文章中第一次提到了等效原理，此後，愛因斯坦關於等效原理的思想又不斷發展。他以慣性質量和引力質量成正比的自然規律作為等效原理的根據，提出在無限小的體積中均勻的引力場完全可以代替加速運動的參照係。
1915年11月，愛因斯坦先後向普魯士科學院提交了四篇論文，提出了新的看法，證明了水星近日點的運動，並給出了正確的引力場方程。至此，廣義相對論的基本問題都解決了，廣義相對論誕生了。
1.3：收縮因子
愛因斯坦的相對論作了兩個假設：光速不變原理、運動相對性原理。在此兩個假設的基礎上，推導出相對論收縮因子。
例如：對於一個相對靜止的坐標係來講，假設一束光從O點射出，經過鏡子的反射後，它將回到O點處。
假設O點與鏡麵之間的距離OG=d，來回經過的時間為2t，那麼，根據光速不變原理，d=c·t（3-2-1）
但是，對於運動坐標係來講，從A′點處向鏡麵發出一束光，經過鏡麵G處後反射，此時，光線不隨運動係一起運動，而運動物體已經到達A點所示。
假設O點與鏡麵之間的距離OG為d，光線經過的路程AG+GA′=2d′，來回經過的時間為2t′，那麼，根據光速不變原理，d=c·t′（3-2-2）
因為：AO=OA′=U·t′，AO2+OG2=d2，所以，綜合公式（3-2-1）與（3-2-2）得：t=t′·（1-U2/c2）?2，d=d′·（1-U2/c2）?2（3-2-3）
根據伽利略關於速度的解釋及其有關原理，應該：t=t′、d=
d′，然而，根據麥克斯韋關於速度的解釋及其有關原理，t與t′（或d與d′）之間不相等，並出現了一個相差因子。
愛因斯坦在其相對論中將（1-U2/c2）?2稱之為收縮因子。因為愛因斯坦不相信牛頓關於絕對空間的存在和時空的絕對坐標係，他更相信麥克斯韋的電磁學原理。
因此，愛因斯坦對此相悖的情況解釋為：世界上不存在絕對靜止的坐標係，所有事物都處於運動之中，而且，在運動的過程中，隨著速度的增大，動鍾所反映的時間會緩慢、動尺所反映的長度會縮短。
其中，動鍾緩慢、動尺縮短的因子為（1-U2/c2）?2，這就是相對論關於收縮因子的物理解釋。
很明顯，當運動速度大於光速，即當U＞c時，相對論的收縮因子無意義。也就是說，愛因斯坦的相對論不能很好地解釋或解決超光速運動現象。因此：相對論隻適用於低光速時空運動。即所研究的對象及其結論隻能局限於視空世界，也不適用於時空宇宙的運動。而且：
相對論的推理結果與現實的時空宇宙之間存在著差距。因此：相對論也不能深刻地揭示宇宙的起源問題。
2：時空悖論
悖論一詞來自古希臘，意思是多“想一想”。在推理的過程中，有時會出現與條件相反的結果，即如果承認條件是對的，則推出的結果是錯的，反之，如果承認條件是錯的，則推出的結果又是對的。
自從相對論建立以來的近百年間，人們對於相對時空問題的研究雖然取得了某些進展，但是，對於許多複雜的時空結構問題我們依舊還沒有徹底地搞清楚。
在時空方麵，當今世界還存在著許多的悖論，由於受傳統哲學體係之影響，這些悖論又無法作出科學的、正確的、合理的解釋。下麵通過時空哲學體係來給出有關時空悖論的合理解釋。