一个不相信光量子论的美国物理学家，花了10年工夫去做光电效应实验，本想用实验驳倒爱因斯坦的看法，然而使他感到意外的是，实验结果和爱因斯坦根据光量子假设推导出来的光电效应公式非常吻合。就这样，光量子论在科学界渐渐得到了公认。光同时具有微粒性和波动性两重性质，就像一个钱币有其正反两面。
爱因斯坦的光量子假说为整个原予物理学的发展奠定了基础，后来，玻尔正是在此基础上提出了赫赫有名的原子模型。法国物理学家德波罗依也正是在这一思想基础上提出了天才的“物质波”的假说。正是由于有了光量子假说，才有了20年后量子力学的诞生。
爱因斯坦创立的新的光学理论不仅对物理学具有划时代的意义，在哲学上对论证辩证法也具有不可估量的意义。首先，它证明了普朗克在热辐射问题上发现的量子现象并非是辐射现象所特有的，在一般物理过程中都有表现，这样，就动摇了旧的形而上学的观念，使大自然不作飞跃的观点破产了，因为，量子理论恰好证明大自然的变化是跳跃式的。此外，爱因斯坦关于光是有两重性——既是微粒又是波的理论。这就从物理学上证实了对立统一规律的正确性，有力地驳倒了对立的东西仅仅是对立的，它们是无法统一的形而上学观。
①[苏]里沃夫：《爱因斯坦传》，商务印书馆1963年版，第62—63页。
创立狭义相对论——解开以太之谜，为辩证唯物主义的时空观提供坚实的自然科学依据以太的问题是爱因斯坦思考了很久、早就想解决的一个问题。要弄清他在这个问题上的成就，首先还得从时空观讲起。因为光以太学说与牛顿力学的绝对时空理论紧密联系在一起。
长期以来，在科学上占统治地位的就是牛顿的这种绝对的时空观。由于它与人们的经验常识相联系，所以在好几百年时间里，除了莱布尼茨提出过怀疑，几乎没有别的物理学家认真思考过这个问题并敢于提出疑问。
在牛顿那里，“绝对的空间，就其本质而言，是和外界任何事物无关，而永远是相同的，不动的”。而“绝对的，真正的和数学的时间自身在流逝着，并且由于它的本性而均匀地，同任何一种外界事物无关地流逝着”。与此相联系，牛顿还谈到“绝对运动”，他给“绝对运动”下了这样的定义：它是“物体从一绝对地点转移到另一绝对地点”。
牛顿的这些说法显然是有毛病的。既然绝对的空间和时间都同外界事物没有关系，那么怎么知道它们是存在的呢？这个问题用牛顿自己的逻辑是无法回答的，他只好说“绝对的时间和空间”是上帝创造的，就跟康德把时间和空间看作是一种先验的“纯形式”一样。既然它们属于先天的领域，人们对它们也就既不能认识，也不能怀疑了。
莱布尼茨之后，马赫是较早起来批判牛顿的“绝对时间”、“绝对空间”和“绝对运动”观念的人。他在1888年出版的《力学》一书中试图推翻这些学说。由于当时条件的限制，马赫并没有能驳倒牛顿的时空观。但他对绝对时空观的怀疑及其批判牛顿绝对时空观提出来的思想——在自然科学中不能被感知的表象是没有意义的，也是没有依据的，都给了爱因斯坦变革时空观以很大的启迪。
更重要的是，随着物理学的研究对象由宏观领域进入原子和电子的微观领域，从低速进入到光速和近光速的高速领域，使牛顿的绝对时空观越来越暴露出了它的局限性。
地球以每秒30公里的速度在其轨道上绕太阳旋转。太阳系以每秒20公里的速度在宇宙中飞驰。我们的银河系与其他遥远的银河系相比又以相当高的速度在不停地运动。这样，要是以太真是以静止的方式存在于“绝对空间”中的，是一切物体运动赖以进行的介质，那么这样的运动对于以太来说必然是显著的，把运动着的地球看作是不动的，就应当测出以太就像每秒30公里的风一样拂过地球的表面。至少使用精密的光学仪器一定能测出来。可是迈克尔逊一莫雷实验对以太风的观测是零结果表明，在任何惯性系的所有方向上测得的光速是相等的，它与光源的运动无关。相对于以太的“绝对运动”是不存在的，关于宇宙中充满静止的以太的假说是不能成立的。很明显，这与经典的麦克斯韦电磁理论——电磁波是靠以太介质来传播的——相矛盾。
在经典理论遇到了新的实验事实的挑战之后，当时大多数科学家由于受形而上学机械论的影响太深，摆脱不了传统观念的束缚，就起来千方百计地设法修补原有的理论，力图使它们能自圆其说。然而事与愿违，越这样努力，就越暴露出原有理论的缺陷，越是为新的理论诞生提供更多的理论前提。
如有人曾用以太被地球所曳引的假说来解释迈克尔逊一莫雷实验。因为如果以太被地球所带动，地球相对于以太就是静止的，在地球上测得的光速自然就是各向同性的。但这种说法与天文学上早就知道的恒星的光行差现象又相矛盾。
在这种努力中值得提出来的是斐兹杰拉德于1892年提出、后来又经洛伦兹进一步发展的收缩假说，认为以太是存在的，它就是一个绝对静止的参照系。在以太静止的物体原长10，如果它沿其长度方向，以速度v相对于以太运动时，将缩短为这种缩短是相对的。此外，洛伦兹还推导出从以太绝对参照系的时空坐标（x，t）变换到另一个匀速运动参照系的时空坐标（x’，t）的关系变换式：u=u7±v，这实际上表明绝对时间是不存在的。可是，因洛仑兹仅承认绝对时间t，因此就只能把t’理解为不是真正的时间而是一个为了方便而引进的辅助概念，把它称为“地方时间”。彭加勒后来又在洛伦兹的基础上引进了四维时空观，提出了物理方程对于洛伦兹变换应具有不变形式的问题。他说，物理现象的规律，按照相对性原理，应该是一样的，不管一个观察者是固定的或者他是在作匀速直线运动，因此我们从没有也不可能有任何方法分辨我们自己是否在作这样一种运动，这种说法已经与后来爱因斯坦提出的相对论原理十分接近了。洛伦兹、彭加勒等人的研究成果虽然已经突破了经典理论的框架，走到了新物理学的大门口，但由于受旧的世界观的局限，出发点就是错误的，最终都未能进一步建立新的革命理论。
爱因斯坦与他们不同，这表现在思想上。首先，他认为，物理世界是第一性的，“相信有一个离开知觉主体而独立的外在世界是一切自然科学的基础”①。他的世界是客观存在，是可以认识的观念已经相当彻底和明确了。其次是由于他敢于怀疑，勇于思考，深信理性的力量，认为只要前提是正确的，按照科学的方法推演出来的各种公式是能正确反映世界的本来面目的。因此，他不能受学术权威们对当时自然科学界的教条主义思想垄断的束缚。正如1938年1月他在给一位友人的信中所讲的，“起先我相信马赫主义大同小异的怀疑主义经验论。但是后来地球引力问题又使我皈依了唯理论，也就是说它使我变成一个只是用数学来探求惟一可靠的真理源泉的人”①。在一次答复一位犹太教士的信时，爱因斯坦就这样揭示过相对论成果与理性之间的关系：“我认为相对论的基本原理和与一般科学知识大相径庭的宗教没有什么关系。我认为它们之间的联系在于人们能够通过一些简单的逻辑概念来领会客观世界内部的相互关系。当然对相对论来说，情况更是这样。”②在另一个地方他还讲到，“没有经验基础就很难发现真理。但是，如果我们探索得愈是深入，我们理论所包罗的范围变得愈是广大，那么，在决定这些理论时，经验知识所发挥的作用就愈小”③。的确，相对论，这一揭示了世界事物间根本本质的深刻理论，爱因斯坦主要是通过推理的方法得来的。①陈昌曙、远德玉主编：《自然科学发展简史》，辽宁科学技术出版社1984年版，第298页。
①②③[美]杜卡斯、霍夫曼编：《爱因斯坦谈人生》，世界知识出版社1984年版，第59、32—33、82—83页。
为什么光波一定要有媒介才能传播呢？爱因斯坦在对以太的长期思索中早就对以太的存在产生了怀疑。当迈克尔逊一莫雷实验的结果公布后，他更坚信以太是不存在的。光本身就具有客观实在性，它的传播不需要有任何媒质。他坚信自然界的统一性。在他看来，那种一方面认为所有惯性系在力学上是等价的，但另一方面又认为可以用电磁学和光学实验把惯性系加以区分的观点是矛盾的，应该把相对性原理贯彻到电磁现象和一切物理现象中去。他还认识到，牛顿力学与电磁理论之间所以有矛盾，根本原因正在于牛顿力学体系以及伽利略变换式赖以建立的绝对时空观是错误的。只有在时空观上进行一场彻底的革命，修正牛顿力学的一些基本概念和原理，才能使矛盾得到解决。爱因斯坦正是在这些思想的基础上，于1905年在《论运动物体的电动力学》一文中正式提出了他的狭义相对论。他首先提出了两条假设：
（1）相对性原理。在伽利略力学相对性原理的基础上，爱因斯坦提出一切惯性系对于描述物理现象来说都是等价的，物理定律对于一切惯性系都应采取相同的数学形式。