1905年，出生于德國的美籍物理學家阿爾伯特。愛因斯坦（1879-1955）發表了狹義相對論。這個理論指出在宇宙中唯一不變的是光線在真空中的速度，其它任何事物——速度、長度、質量和經過的時間，都隨觀察者的參考系（特定觀察）而變化。該理論解決了許多困擾了物理學家們很長時間的問題，這個理論形成了一個著名的公式：E=mc^2，也就是能量（E）等于質量（m）乘以光速（c）的平方。
相對時間
狹義相對論認為時間不是絕對的（即固定不變的）。愛因斯坦指出，隨著物體（觀察者所見到的）線性運動速度的加快，時間會變慢。使用同步原子鐘已證實了這個結論的正確性，將一個鐘表留在地面上，而攜帶另一個以很快速度移動（如在噴氣式飛機上），隨后進行比較，靜止的鐘表總比另一個稍微快一點。
相對長度
愛爾蘭物理學家喬治。佛茲杰拉德（1851-1901）提出，物質會在運動的方向上收縮（縮小），這意味著根據一個靜止觀察者的觀點，一枚以接近光線運行的火箭所表現出的長度會比它靜止時更短，盡管乘坐火箭的人看來并沒有什么兩樣。愛因斯坦指出，任何物體以光速運動時，其長度將會縮短為零。
時空
愛因斯坦發表他的相對論二百年前，英國物理學家艾薩克。牛頓（1643-1727）提出時間和空間都是絕對的，空間和時間是完全分開的。然而，在相對論數學中，時間和三維空間——長、寬和高，一起構成一個四維空間框架，叫做時空關聯集。
質量和能量
愛因斯坦從他的狹義相對論中推導出等式E=MC2（這里E是能量，M是質量，C是恒定的光速），他用這個等式解釋了質量和能量是等價的。現在認為，質量和能量是同一種物質的不同形式，稱為質能。例如，如果一個物體的能量減少了一定量E，則它的質量也減少等于MC2的量，然而，質能不會消失，只不過以另一種形式被釋放，它叫輻射能量。
廣義相對論
1915年，出生于德國的美籍科學家阿爾伯特。愛因斯坦（1879——1955）發表了他的廣義相對論。他解釋了引力作用和加速度作用沒有差別的原因。他還解釋了引力是如何和時空彎曲聯系起來的，利用數學，愛因斯坦指出物體使周圍空間、時間彎曲，在物體具有很大的相對質量（例如一顆恒星）時，這種彎曲可使從它旁邊經過的任何其它事物，即使是光線，改變路徑。
彎曲光線
廣義相對論指出，時空曲率將產生引力。當光線經過一些大質量的天體時，它的路線是彎曲的，這源于它沿著大質量物體所形成的時空曲率。因為黑洞是極大的質量的濃縮，它周圍的時空非常彎曲，即使是光線也無法逃逸。
蟲洞
理論上，蟲洞是一個黑洞，它的質量非常大，把時空彎曲進了它自身之中，它的口開向宇宙的另一個空間及時間，或者也許完全進入另一個宇宙空間。也許能夠利用蟲洞建立一個時間旅行機器，但許多科學家們指出這個機器不可能重返到它自身被創建的時間之前。
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