一、初放异彩
1900年爱因斯坦从联邦工业大学毕业以后，几乎有两年时间，就像他早年作为一个"差生"的历史所预计的那样，没有什么成就。他申请当助教，但助教的位置给了别人。在这段时期里，他在知识分子的圈子里找些临时工作以维持生计。瑞士一所中学里有位教师服两个月的兵役，他就补缺去代课。他也曾在一所私立的寄宿学校当补习老师，还曾替苏黎世联邦观象台做过一些计算工作，而一直未能立即投身到物理学的研究中去。
最后，到1902年春，爱因斯坦的好朋友，留校当了助教的"无可挑剔的学生"格罗斯曼帮了他的忙。格罗斯曼的父亲把爱因斯坦推荐给瑞士伯尔尼专利局局长，经过一番严格的考试，他被任命为专利局三等技术员，干起了专利审查员的工作。这使他解除了经济上的困难，也提高了他的工作兴趣，并时时激发他的科学想象力。除了8小时的工作，他有充分的空余时间来思索宇宙之谜了。
在伯尔尼专利局的7年业余时间里，这位年轻的专利审查员创造了举世瞩目的科学奇迹。他简直把20世纪中理论物理发展的主要方向都勾划出来了，开创了物理学的一个新时代。
爱因斯坦真是生逢其时！在联邦工业大学学习和进入伯尔尼专利局工作的那些年，他跨越着一个动荡的激动人心的世纪之交，而这也正是他思想活跃、青春勃发的年代。物理学历史的发展正经历着一个令人困惑、危机四伏，并预示着一场伟大的革命即将到来的时期。当历史的需要呼唤一位伟人出现时，他正以矫健的步伐走向历史舞台了。
历史的车轮进入19世纪下半叶，由牛顿奠基，并经过数代物理学家的艰苦努力，一座庄严雄伟、美丽壮观而又动人心弦的经典物理学的殿堂骄傲地耸立起来了。大至恒星和星系，小至分子和原子，遍及声、热、光、电磁，物理学似乎都已给出了完满的解释。正如美国著名物理学家迈克尔逊在1894年所说："虽然任何时候也不能担保，物理学的未来不会隐藏比过去更使人惊讶的奇迹，但是似乎十分可能，绝大多数重要的基本原理已经牢固地确立起来了，下一步的发展看来主要在于把这些原理认真地应用到我们所注意的种种现象中去。"在19世纪70年代，当普朗克进入慕尼黑大学向自己的老师约里表示，决心献身于理论物理学时，约里回答说："年轻人，你为什么要断送自己的前途呢？要知道，理论物理学已经终结。微分方程已经确立，它们的解法已经制定，可供计算的只是个别的局部情况。可是，把自己的一生献给这一事业，值得吗？"面对着经典物理学的完美的大厦，几乎所有的物理学家都心满意足了，他们思考着往后的研究怎样去追求更高的精确性和在小数点后更多的位数去寻找物理学的真理。
正当物理学家们还沉浸在沾沾自喜之中的时候，新的发现和新的实验事实就开始接二连三地冲击经典物理学的大厦了。
1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现了惊人贯穿能力的X射线；1896年法国物理学家贝克勒耳发现了铀元素具有放射性；1897年英国的汤姆孙和荷兰的塞曼通过测定阴极射线的荷质比确证了电子的存在；1898年居里夫妇又发现了放射性极强的新元素钋和镭；1902年卢瑟福和索迪根据对放射性进行的实验研究提出了元素嬗变理论……新的物理事实展示了物质结构隐藏着更深层的秘密。与此同时，黑体辐射、光电现象、原子光谱等一系列实验事实与经典物理学的理论产生了尖锐的对立。
在历史跨入新世纪的日子里，英国科学界声名显赫的元老开耳芬勋爵于1900年4月27日在皇家学会发表了一篇著名的讲演，并以这次讲演为基础撰写了题为"悬浮在热和光动力理论上空的19世纪的乌云"的文章，刊登于1901年7月出版的《哲学杂志》和《科学杂志》合刊上。文章一开头，开耳芬写道："动力学理论断言热和光是运动的方式，可是现在，这种理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了。第一朵乌云是随着光的波动论而开始的，菲涅耳和托马斯·扬研究过这个理论。它包括这样一个问题：地球如何通过本质上是光以太这样的弹性固体而运动的呢？第二朵乌云是麦克斯韦-玻耳兹曼关于能量均分的学说。"
19世纪末的物理学界根深蒂固地确立了一种思想，认为有一种到处存在的、能穿透一切的介质，它充满所有物质的内部和它们之间的空间，惠更斯把这种介质称为宇宙以太。以太是传播光波的基础。由于遥远的星光可以传播到地球，所以以太应当充满整个宇宙。因为光是横波，所以作为传播光的介质，以太应具有固体的性质；同时由于光速非常大，所以不得不认为以太的弹性系数极大，它应当是绝对刚性的。而另一方面，宇宙天体包括地球和太阳等在运动过程中似乎又并没有受到以太的阻力，因此又必须假定它的密度几乎为零，或者如开耳芬勋爵所假定的那样以太有着类似胶状物质的性质，但这样就会同以太具有绝对刚性的假定发生矛盾。如果以太不阻碍物质的运动，说明以太和物质粒子之间没有任何相互作用，可是当光穿过玻璃或水时速度又变了，这又得假定以太同物质之间有着相互作用。此外，还得要求以太具有绝对透明的性质……总之，以太到底是什么东西，它有什么性质？这本身就充满着混乱和矛盾。
关于"第二朵乌云"，开耳芬在文章中简单回顾了能量均分学说产生的过程，分析了该理论所遇到的困难，特别指出了一些理论计算值与实际观测值之间的偏离。他说："事实上，玻耳兹曼-麦克斯韦学说的偏差比我们列举的还要大。"并断言："与观察的明显偏离绝对足以否证玻耳兹曼-麦克斯韦学说。"
经典物理学遭遇到了一场深重的危机，而危机正是科学革命的前夜。尽管开耳芬勋爵只提到了两朵乌云，实际上19世纪物理学的上空几乎已是乌云密布了。然而这位在物理学史上素以保守著称的英国爵士，似乎以超人的洞察力揭示的两个难题，竟与此后物理学上两个伟大的理论革命有着密切的联系。
1905年作为物理学史上光辉灿烂的一年，永久载入了科学史册。在这一年，爱因斯坦完成了6篇使科学领域发生巨变的划时代论文，其中3篇发表在德国莱比锡出版的《物理学杂志》的同一卷上。1905年的第一篇论文，他是在26岁生日（3月14日）之后的第3天完成的。它证明光是由不连续的微小颗粒或者叫做光量子的微粒所组成的。今天，量子原理几乎影响了所有的物理学分支，它阐明了自然界中连续体所具有的基本的微粒状态。在3篇论文中，爱因斯坦提出了一种测量分子大小的新方法，并证实布朗运动显示原子是存在的，大大推动了原子理论和统计力学的发展。而其余两篇论文，爱因斯坦创立了狭义相对论，引起了物理学思想和观念的革命，开创了物理学的新纪元。他几乎同时在相对论、光量子理论和分子运动论这三个不同领域里齐头并进，并取得具有重大意义的成果。自从23岁的伊萨克·牛顿在1665年到1666年由于鼠疫流行而避居乡间期间，发明微积分并发展了引力理论以后，科学界一直没有取得过如此丰硕的创造性成果。
1905年快过去100年了，我们即将跨越一个新的世纪之交。我们回首这要过去的一个世纪，物理学取得了惊人的进展，这些进展是与一个伟大的名字爱因斯坦分不开的。1949年获得诺贝尔奖的法国物理学家戴布劳格利说过一段话："20世纪上半叶取得了物理学上最惊人的突破，这成为科学史上辉煌的一章。就在这短短的几十年中，物理学中耸立起两座丰碑，它们在今后几个世纪中将一直巍然屹立着，这就是相对论和量子理论。相对论是阿尔伯特·爱因斯坦富有创造力的思想的成果。量子理论的首块基石由普朗克奠定，但量子理论中的最重要的进展也应归功于爱因斯坦。"而爱因斯坦在这两个伟大理论中的贡献，正是发端于他在1905年所写的论文。
在1905年短短的几个月中，爱因斯坦创造了如此丰富的科学研究成果，确实是科学史上的奇迹。更令人钦佩的是，所有这些贡献竟是一个在学术机构大门以外默默无闻工作于伯尔尼专利局的年轻小职员做的。他在完成本职工作的前提下，完全靠利用业余时间自己摸索，没有任何的学术联系，甚至和这一行的前辈也基本上没有接触，更没有名师指导。若干年以后，他在与自己的学生利奥波特·英费尔德谈起自己的科学经历时说，一直到30岁左右，他还从来没有见到过一位真正的理论物理学家。英费尔德曾风趣地补充说："除非是在镜子里。"然而爱因斯坦成功了。这需要多么大的毅力！他付出了多么大的代价！正如爱因斯坦自己在1933年所写的那样："一旦这种想法的正确性得到了承认，最后成果就水到渠成了。任何聪明的大学生理解这些成果都不会有什么困难。但是，在一个人茅塞顿开、恍然大悟之前，在黑暗中探索他能感受到但又表达不出的真理的那些年代里，那种强烈的求知欲望，那种时而有信心时而又产生疑虑的心理变化，只有亲身经历的人才能知道是什么滋味。"
二、狭义相对论
爱因斯坦是相对论的创始人，相对论无疑是他最重要的成就。与其他研究工作相比，相对论对自然科学思想体系产生了更深远的影响，它的作用远远超出哲学思想的范畴。它引起了一场最激烈的争论，也正是通过这场争论及以后的实践，让全世界的人都了解到了爱因斯坦的伟大。
1905年，爱因斯坦在《物理学年鉴》上发表了长达30页的论文《论动体的电动力学》。这篇文章宣告了相对论的创立。1905年，还是在这一杂志上，他以题为《物体的惯性同它所包含的能量有关吗》一文又作了重要补充。这两篇论文都收集在1913年相对论重要的历史文献《相对论原理》一书中，与读者再次见面。对于爱因斯坦在相对论中研究的问题，当时物理界的看法是不同的。
19世纪，先是光学的机械理论居于统治地位。这种理论认为，光是一种称之为"光以太"或简称"以太"的弹性介质的波动。以太能穿透一切物体，而又不影响物体的运动。但是，事实上，光学研究的新成果愈来愈难以符合机械以太假说。于是，物理学家断言，可以把光看做是以太的一种特殊"状态"。这种状态被看成是电磁力场，法拉第把它抽象地引进自然科学领域，而后又被麦克斯韦用抽象得出奇的数学公式进行概括。
光以太学说与牛顿力学所引出的"绝对空间"理论紧密相连。牛顿认为："绝对空间由于它的本性以及它同外界事物的无关。它永远是同一的和不动的。"
于是，牛顿认为可以把以太看做是绝对参考体系，它决定了世界上一切运动的永恒的绝对状态。
牛顿进而认为也存在着"绝对时间"。他说："绝对的、真正的数学时间自身在流逝着，它的本性是均匀的，它的流逝同任何外界事物无关。"
这种观点认为，时间在均匀地流逝，并且想象在宇宙中有一种"标准钟"，人们可以从放在任意地方的这种钟上读出"绝对时间"。后来，牛顿又谈到了"绝对运动"，这是由"绝对空间"和"绝对时间"联想到的。他给"绝对运动"下定义，亦即"物体从一绝对地点转移到另一绝对地点"。
绝对时间和绝对空间是牛顿力学的根基。然而牛顿的绝对时间和绝对空间两者之间有明显的缺陷：既然绝对时间和绝对空间同任何外界事物都没有关系，那么怎样才能知道它们存在呢？这个问题，牛顿没办法回答。他只能说，绝对时间和绝对空间是上帝的创造。后来，康德又把绝对时间和绝对空间说成是先验的。先验的意思就是先于经验，人一生下来就有的。这样，牛顿和康德把绝对时间和绝对空间捧上了先验的王国，不许有人对它们加以怀疑。
到了19世纪，马赫又对牛顿的时空概念做了有力的批判，但还是没有推翻。这是因为要改变时间和空间的概念，客观条件还没有成熟。此外，实验物理学也使人们对牛顿关于时空和运动的教条产生极大的怀疑。地球以每秒30公里的速度在其轨道上绕着太阳转动。我们的太阳系以每秒20公里的速度在宇宙中飞驰，最后是我们的银河系，它与其他遥远的星系相比，以相当高的速度不停地在运动。那么，要是光以太是静止存在于"绝对空间"之中，并且天体穿过它运行，这种运行的结果对于光以太来说必然是显著的，而且使用精密的光学仪器也一定能够验证"以太风"。
美国物理学家迈克尔逊做了第一个实验。他出生于波兰，1881年曾在柏林和波斯坦做过亥姆霍兹奖学金的研究生。
他的实验由于实验装置不够齐全，结果说服力不够强。6年以后，迈克尔逊在美国使用亲自设计的高精度镜式干涉仪，同莫勒合作重复了他以前的实验。这台新式测试仪是如此的精确，以致于仪器本身受"以太风"的影响都能清晰地显示出来。但是这次实验以后的多次反复实验，再也没有看到那种现象。这个实验证明光速完全是恒定的，与光源和观察者的运动都无关。"迈克尔逊实验"是物理学史上最著名的实验之一，也是相对论的基本实验。爱因斯坦十分钦佩迈克尔逊的实验技巧。
迈克尔逊实验得到的结果彻底否定了光以太的存在。此后还有人想使虚构的以太假说与光速恒定的事实一致起来，从而来"拯救"以太假说。1895年，荷兰物理学家洛伦兹假定，快速运动物体在运动方向上会产生机构收缩（"洛伦兹收缩"）。为的是用这种方法在机械世界观范畴内把迈克尔逊实验结果跟光以太和绝对空间捏合起来。这种设想尽管十分巧妙，但这种人为的假想，不仅明显带有目的性假说的性质，而且从长远看来不会使理论物理学家满意。
迈克尔逊的实验结果使理论物理学家陷入难以自拔的思维困境，它像是一个系在人们心头达10年之久的、无法解开的死结，但这个死结被年轻的爱因斯坦解开了。
1905年，爱因斯坦提出了相对论，他把作为光波载体的以太，从物理学世界中清除出去了。他认为，光以太原本只是物理学界的一个"幽灵"，他把独立的物理实体--电磁场请出来，坐在以太的位置上，这也是崭新的、勇敢的行动。尽管法国物理学家彭加勒在他之前就曾提过应该抛弃以太假说，但是他没能把这种想法变成新的自然观的基础。
"无以太物理学"是爱因斯坦思想的重要成果之一。