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斯托克斯认为菲涅耳的理论是建立在一切物体对以太都是透明的基础上，因而是不能容许的。
他于1845年提出，在地球表面，以太与地球有相同的速度，即地球完全曳引以太。
由于菲涅耳的静止以太说能圆满地解释光行差现象，物理学家大都赞同它。
如果静止以太说是正确的，那么由于地球公转速度是每秒30公里，在地球表面理应存在“以太流”。
多年来，人们做了一系列光学和电学实验（以太漂移实验），企图量度地球通过以太的相对运动（“以太风”）。
所有这些一阶精度（地球公转速度和光速之比V/c≈10－4的一阶量）的实验一律给出否定的结果。
尤其是斐索1851年作的运动媒质中的光速实验，表明光现象不受地球相对以太运动的影响。
1881年，正在德国进修的迈克耳孙采纳了麦克斯韦1879年提出的建议，他用自己发明的干涉仪，在波茨坦进行了二阶［（V/c）≈10－8］以太漂移实验。
这次实验精度还不够高，尤其是计算有错误，并未引起人们足够的重视。
1887年，迈克耳孙和莫雷合作，改进了仪器设备，在美国的克利夫兰以更高的精度重做了1881年的实验，依然得到否定的结果（以太漂移速度大概小于地球公转速度的1/60，肯定小于1/40）。
迈克耳孙和莫雷在同年12月发表的实验报告中声称：
“似乎有理由确信，即使在地球和以太之间存在着相对运动，它必定也是很小的；
小到足以完全驳倒菲涅耳的光行差解释。
”
迈克耳孙一莫雷实验似乎否定了菲涅耳的静止以太说，而静止以太说不仅为电磁理论所要求，而且也受到光行差现象和斐索实验的支持。
为了摆脱这个恼人的困境，斐索杰惹和洛伦兹分别于1889年和1892年各自独立地提出了“收缩假设”。
他们认为，由于干涉仪的臂在运动方向上以1∶
的比率收缩，从而补偿了地球通过以太时所引起的干涉条纹的位移，于是便检测不到以太漂移。
1895年，洛伦兹发表了长篇论文“关于动体电现象和光现象的理论研究”，这篇论文标志着一阶理论的完成。
在这篇论文中，洛伦兹处理问题的方法是把动体电动力学或动体光学中的问题变换为静止系中的静体问题，为此洛伦兹引入了“地方时”坐标tL=t－υxr/c2进行变换，以区别“真实时间”t。
这样，对于υ/c阶而言，利用tL而不是t，电动力学和光学定律在动系中和静系中完全相同。
洛伦兹把这个结果称为“对应态定理”，其表述如下：
“设在静止以太系S中存在着x，y，z，t的函数表示的电磁状态，那么在具有相同物理结构，以一定速度υ运动的惯性系统Sr中，以相对坐标和地方时Xr，Yr，Zs，tL作独立变数，用与S中相同的函数所表示的电磁状态也能够存在。
洛伦兹1895年的理论还有不少缺陷，尤其是再次提出了收缩假设，这是为把电磁理论从个别实验结果中拯救出来而特意虚构的。
它毁坏了洛伦兹电子论的宏伟大厦，这引起了国际科学巨人彭加勒的严重关切。
1895年；
彭加勒在“谈谈拉摩先生的理论”一文中首次对洛伦兹进行了批评。
尤其是在1899年的索邦讲演中，他把批评的矛头主要针对洛伦兹1895年的论文。
他虽然认为洛伦兹理论似乎是现有理论中缺点最少的理论，但对收缩假设这一特设假设却大为不满。
他问道：
收缩假设为解释检测不出精确到V八二阶的绝对运动“助了一臂之力”，那么对于每一个高于（υ/c）2的阶，我们难道要期待新的假设再助新的一臂之力吗？
对于每一个新的实验结果创立一种特设假设的作法是不自然的。
如果能够利用某些基本假定，并且不忽略这种数量级或那种数量级的量，来证明许多电磁作用都完全与系统的运动无关，那就更好了，因为真正的电动力学必须严格地与唯有重物体的相对运动才是可观察的原则相一致。
不过，彭加勒并未看到洛伦兹的地方时坐标假设也是特设的。
在畅销书《科学与假设》（1902年）中，彭加勒再次尖锐地批判了收缩假设：
“解释是必不可少的，而且是唾手可得的；
它们总是这样；
我们一点也不缺少假设。
彭加勒的批评给洛伦兹指出了努力的方向，但是促使他最后下决心改善以前理论的，是新的以太漂移实验。
按照收缩假设，如果使电容器的极板与地球运动方向成一角度，那么当给电容器充电时，应该存在使电容器极板转向地球运动方向的力倡作用。
可是，在1903年，特劳顿和诺布耳用灵敏的扭秤并没有检测到这种效应。
同样，假如物体在运动方向缩短，那么它的密度就会因方向而异，这样一来，透明体理应显示出双折射现象。
瑞利·
布雷斯分别在1902年和1904年做了实验，并未观察到预期的双折射，尽管他们两人的实验精度已分别达到10－10和10－13。
面对现实，洛伦兹抱着彻底解决问题的态度，终于在1904年完成了他的电子论集大成论文——“速度小于光速运动系统中的电磁现象”。
在这篇论文中，他把对应态定理推广到二阶，收缩假设也不再是特设的，他成功地把它作为电子论的构成部分。
尤其值得称道的是，他提出了后来称之为“洛伦兹变换”的关系式n尽管洛伦兹声称他的电子论是以普遍假设而不是特设假设为基础的，但还是引入了十一个特设假设。
除洛伦兹而外，彭加勒也是狭义相对论的先驱。
惠特克在他的名著《以太和电学的历史》中谈到效一情况时说得好：
“通常认为，彭加勒主要是一个数学家，而洛伦兹主要是一个物理学家。
但是，当涉及到他们对相对论的贡献时，情况正好相反：
正是彭加勒提出了一般的物理学原理，而洛伦兹却提供了许多数学表达式。
”（当然，惠特克有意贬低爱因斯坦的贡献则是十分错误的）的确，早在1900年之前，彭加勒就已经掌握了建造相对论的必需的材料，他已提出了类似于狭义相对论的两个基本原理，认识到牛顿的绝对时空观必须变革。
就在上述1895年的那篇文章中，彭加勒认为，用任何实验手段——力学的、光学的、电学的——都不可能检测到地球的绝对运动。
他断言，所有以此为目标的实验注定要失败，不管他们的精度有多高。
在这里，他已经意识到，采取这种立场相当于在理论上确证一个普遍的物理定律：
“不可能测出有重物质的绝对运动，或者更明确地说，不可能测出有重物质相对以太的相对运动，人们所能提供的一切证据就是有重物质相对于有重物质的运动。
1899年，彭加勒在巴黎大学讲演时又提到这一普遍定律：
“我认为，光现象很可能只依赖于物体的相对速度……，在光行差常数中，如果不忽略二阶或三阶量，这也许是正确的，但却不是严格正确的。
当实验变得越来越严密，这一原理也变得越来越精确。
”第二年，在巴黎举行的物理学会议上，他再次表示了同一观点：
“我不相信，……除了物质的相对位移以外，更严密的观察将会使其他东西明显起来。
对于所有各阶都必须找到同一解释，……［一切〕都有助于说明，这种解释同样圆满地适应于较高阶的项，这些项的相互对消将是严格的、绝对的。
”彭加勒把这个普遍定律称为“相对运动原理”，并认为它是后验的，而不是先验的。
“相对性原理”一词是彭加勒在《科学与假设》中首次使用的。
1904年9月在美国圣路易斯国际技术和科学的讲演中，他把该原理作为物理学六个普遍原理之一列举了出来：
“相对性原理。
根据这个原理，物理现象的定律应该是相同的，不管观察者处于静止还是处于匀速直线运动。
于是，我们没有，也不可能有任何手段来辨别我们是否作这样一种运动。
”他再次引用迈克耳孙实验支持相对性原理。
他陈述了他的信念，不管地上的实验和天文学实验的精度提得多么高，该原理都会被证明是可靠的。
在1898年发表的“时间的测量”一文中，彭加勒提出了光速不变公设：
“〔光具有不变的速度，尤其是它的速度在一切方向上都是相同的。
〕这是一个公设，没有这个公设，就无法测量光速。
这个公设从来也不能用经验来验证；
如果各种测量结果不一致，那么它就会与经验相矛盾。
我们应该认为我们是幸运的，因为这样的矛盾没有发生……”在美国圣路易斯的讲演中，他甚至惊人地预见了新力学的大致图景：
“也许我们将要建造一种全新的力学，我们已经成功地瞥见到它了。
在这个全新的力学内，惯性随速度而增加，光速会变为不可逾越的极限。
原来的比较简单的力学依然保持为一级近似，因为它对不太大的速度还是正确的，以致在新力学中还能够发现旧力学。
在“时间的测量”一文中，彭加勒明确地把定义同时性的问题与定义时间的问题区别开来，这样他便比马赫更严格地分析时间概念。
他集中揭露了“同时或居先”这一公认概念的循环论证，并讨论了科学家隐含地假定了的同时性的定义。
他指出，在没有测量时间的情况下，是无法测量光速的，因而同时性的定性问题注定要依赖于时间的定量问题。
他在《科学与假设》中再次强调：
“绝对空间是没有的，我们所理解的不过是相对运动而已”；
“绝对时间是没有的，所谓两个期间相等，本身只是一种毫无意义的断语”；
“不仅我们没有两个相等的时间的直觉，而且也没有发生在不同地点的两个事件同时性的直觉。
”有趣的是，彭加勒还在1905年详尽地讨论了利用光信号使时钟同步的问题。
这种讨论虽然不完全等价于爱因斯坦提出的关于同时性的描述，因为彭加勒安排了两个观察者而不是一个观察者，但却得到了相同的结果。
最近，美国科学史家米勒教授在他的关于狭义相对论历史的专著中，首次披露了彭加勒1904年后期到1905年中期给洛伦兹写的三封信。
使人感兴趣的是第三封信，它包含着洛伦兹变换形成一个群的证明。
这三封信中所描述的思想都写在他的经典论文“论电子动力学”中。
这篇论文的缩写本于1905年6月5日发表，全文于1906年发表，它不仅是电磁世界图像最后的努力成果之一，而且他的数学方法对于进一步改制洛伦兹一爱因斯坦的理论也是重要的，因为彭加勒为了利用在具有确定的正度规x2+y2+z2+τ2（其中τ=ict）的“四维空间”中的不变量理论，使用了虚时间坐标。
在1905年中期，除了洛伦兹的扁缩电子论外，还有亚伯拉罕的刚性球电子论以及朗之万、布赫尔的可变形而体积不变的电子论，此外还有科恩的电动力学。
但是在这些理论中，只有洛伦兹理论能够解释精确到V八二阶的实验材料，它也能圆满地解释菲涅耳系数、质量依赖于速度、由电子构成的大块物质和以太之间相互作用而引起的全部结果等等。
加之无与伦比的数学家彭加勒极力把它纳入优美的哈密顿一拉格朗日形式系统，并在1905年前后应用了诸如群论、四维矢量空间和准稳逼近等高深的数学和物理学来处理，因而洛伦兹理论被当时的许多物理学家看作是最有前途的。
洛伦兹、彭加勒的电子论和电子动力学，虽然包罗万象、富丽堂皇，但它们毕竟只是经典物理学的宏伟建筑物，它们只是在观察上和预言上与相对论等价，而在概念上并不等价。
正当那些学识渊博、声名显赫的经典物理学家们为以太问题、为电子论而绞尽脑汁，紧张地进行智力竞赛时，在瑞士的伯尔尼专利局工作的爱因斯坦，也利用业余时间，在截然不同的思想路线上全力以赴地同他的问题搏斗。
爱因斯坦思路的发展
60年代以来，美国著名科学史家霍耳顿教授接连发表了几篇有份量的论文，无可辩驳地证明，爱因斯坦的狭义相对论既不是迈克耳孙莫雷实验的必然结果，也不是洛伦兹、彭加勒思想的直接继续。
爱因斯坦的思想是沿着与众不同的路线发展的。
纵观爱因斯坦创立狭义相对论的全过程，他之所以后来居上，全在于他一反当时科学界的潮流，另辟溪径，出奇制胜。
讲得具体一点，是因为他看清了方向，选准了方法，找到了突破口。
众所周知，自从牛顿成功地建造起经典力学的体系以来，两百多年间，机械自然观一直是理论物理学每个研究工作者的指导思想和行动纲领。
19世纪关于以太问题的理论探讨和实验研究，实际上也是物理学家在机械自然观的支配下，把经典电磁学和光学归结到经典力学基础上的持续不断的努力，为此他们挖空心思，干方百计地构造以太的机械模型。
尽管这种努力并非令人满意，但是直到19世纪末，大多数物理学家并没有放弃力学基本定律一般地应当是整个理论物理学的基础，每一种物理理论都应当归结为力学的信念。
情况正如爱因斯坦所说：
“当时物理学在各个细节上虽然已经取得了丰硕的成果，但在原则问题上居统治地位的是教条式的顽固”。
随着电磁理论的深入发展，这种状况逐渐难以维持下去了。
在麦克斯韦和洛伦兹所开辟的思想路线的指引下，在以太观念中发生了最独特，最意外的转变。
麦克斯韦虽然把以太看作是一种具有复杂性质的纯粹机械性的实体，但是他和他的后继者并没有构想出一种恰当的力学模型，为麦克斯韦电磁场定律提供一种满意的力学解释。
这种状况从理论物理学家的力学纲领的观点（机械自然观）来看是令人沮丧的。
后来，他们逐渐习惯于承认电磁场是同力学基本概念并列的概念，而不要求对它们作力学解释了。
这样一来，一些物理学家便先后放弃了机械自然观，可是却造成了一种无法长期容忍的二无论。
为了摆脱面临的困境，人们采取了相反的路线，试图把力学基本概念归结为电磁学的基本概念。
电磁自然观于是应运而生。
特别是到1897年，电子通过阴极射线荷质比的测定和塞曼效应的理论分析终于得到确证，洛伦兹电子论的基本粒子找到了。
而且人们了解到，电子在阴极射线、β射线、光电效应、塞曼效应、电解、金属导电等宽广的领域中都扮演着十分重要的角色。
由于这些引人注目的成果，维恩在1900年为洛伦兹《纪念文集》撰写的文章中正式提出了“力学的电磁基础的可能性”，并为电磁自然观正式设置了活动的舞台。
维恩的目标是从洛伦兹的电磁理论推导力学，进而推出整个物理学理论。
除维恩外，当时一些从事电子荷质比测定、电子质量对速度依赖关系测定的实验家，一些致力于电子论、电子动力学和电动力学研究的理论家，例如拉摩、考夫曼、亚伯拉罕、索末菲等人都拥护电磁自然观，洛伦兹和彭加勒也试图把物理学统一在电磁自然观之下。
但是，电磁自然观也面临着难以克服的困难，它并不是能起死回生的灵丹妙药。
在19世纪末和20世纪初渡过青少年时代的爱因斯坦，也明显地打上了时代的印记。
当他十六岁时（1895年），他曾思索过以太和原子可触知性这个众说纷坛的间题，并写了一篇“关于磁场的以太状态的研究”的文章，他还提出把光线发送到载流导线附近，用来检测以太的弹性形变。
在联邦工业大学上学期间，他大部分时间在物理实验室工作，迷恋于同经验直接接触、想用观察和实验来研究物理学的主要问题，曾计划完成一个检测地球运动引起光速变化的实验。
他在1901年发表的第一篇论文（“由毛细管现象所得的推论”）也是就事论事，并没有从物理学基础这一广阔的视野上看问题。
但不多久，他便勇敢地与当时流行的科学潮流和认识论潮流分道扬键，以新的、更深刻的方式看待问题，以别具一格的方法处理问题。
这一切究竟是怎样发生的呢？
爱因斯坦之所以独具慧眼，首先在于他从马赫、彭加勒、毕尔生那里汲取了批判性思想；
其次在于他从德国老一辈物理学家的著作中学习了电磁理论，并获得了思想启迪。
1897年，爱因斯坦在好友贝索的建议下，读了马赫的《力学及其发展的批判历史概论》，后来在1902年，他又一次读了这本“科学历史著作的典范”。
马赫“坚不可摧的怀疑态度和独立性”，对机械自然观和经典力学基本概念的尖锐批判，给了爱因斯坦以深刻的影响。
爱因斯坦在1902年还读了彭加勒的（科学与假设》和毕尔生的《科学规范》，这两本书也批判了经典力学的有关基本概念，指出了经典力学的局限性。
这一切使爱因斯坦看到了机械自然观的“教条式的顽固”，看到以力学作为整个物理学的基础是根本行不通的。
作为电现象和光现象的力学解释的以太，根本无法用经验支配，而且难于自圆其说，完全是一种多余的人为概念，是陈腐的观点。
联邦工业大学不讲授麦克斯韦电磁理论，这增强了爱因斯坦自学物理学名著的欲望。
在那些年代，他每天晚上在家里如饥似渴地自学亥姆霍兹、基尔霍夫、玻耳兹曼、赫兹、弗普尔等人的著作。
他从中学到了麦克斯韦的电磁理论，也受到了有益的认识论和方法论启示。
同时，他看到了经典电磁理论的局限性：
从中不可能推导出物质结构粒子的电的平衡，而且它会导致出错误的辐射压涨落，还会导致黑体辐射空腔中的镜的不正确的布朗运动。
在1903年，爱因斯坦钻研了洛伦兹的电子论（是1895年的理论，爱因斯坦没有看到洛伦兹1904年的论文）。
他看到，利用洛伦兹的电子论永远也不能达到电磁世界图像的目标。
因为他遇到另一个基本危机，由于普朗克对热辐射的研究使他突然意识到危机的严重性。
爱因斯坦在“自述”中回忆说：
“在普朗克的基本工作发表后不久，所有这些我都已十分清楚，以致尽管没有一种古典力学的代用品，我还是能看出，这条温度—辐射定律对于光电效应和其他同辐射能量的转换有关的现象，以及（特别是）对于固体的比热，将会得出什么结果。
可是，我要使物理学的理论基础同这种认识相适应的一切尝试都失败了。
这就好像地基从下面给挖掉了，无论在什么地方也看不到能够进行建筑的坚实基础了。
”爱因斯坦已敏锐地洞察到，由于力学容许振子有任意的振动方式，而电磁理论要求辐射是连续发出的，因此普朗克的量子假设与经典力学和经典电动力学水火不容。
显然，爱因斯坦这时已清醒的认识到，无论是力学还是电动力学都不能充当物理学的坚实基础；
无论是机械自然观还是电磁自然观，都无法解决现实的问题。
他已深知那些表面上截然不同的现象的内在联系，他开始在统一的立足点上为力学和电动力学谋求新的基础，而不是
把一个化归为另一个，从而消除二者之间的张力或不相容性。
方向看清了，选用什么方法才能达到预定的目标呢？
在当时，像洛伦兹等杰出的理论家都热衷于精心构造电子模型，探讨电子和以太复杂的相互作用，以此为材料来构筑电子论或电子动力学。
爱因斯坦一开始也想用综合方法建立一种构造性理论，他在1903年1月写信告诉贝索，他将全面研究电子论。
可是不久，他就放弃了这种方法，断然决定用探索性的演绎法解决问题，建立原理理论。
爱因斯坦在“自述”中谈到了他当时的转变：
“在普朗克的首创工作以后不久，这类思考已使我清醒地看到：
不论是力学还是热力学（除非在极限情况下）都不能要求严格有效。
渐渐地我对那种根据已知事实，用构造性的努力去发现真实定律的可能性感到绝望了。
我努力得愈久，就愈加绝望，也就愈加确信，只有发现一个普遍的形式原理，才能使我们得到可靠的结果。
促使爱因斯坦下决心采用探索性演绎法创立原理理论的动因，固然主要在于他对创立构造性理论的努力感到绝望了，但是他显然也受到了赫兹、玻耳兹曼和彭加勒的影响。
赫兹在《力学原理》（1894年）中试图重构力学，他把力学体系建立在通过科学家个人的“内在直觉法则”从经验引出的公理之上，它能够导出经验预言，他认为这些规律像“康德意义上的先验判断”一样。
赫兹声称他的力学重构是演绎系统，与牛顿的《原理》有许多共同之处。
赫兹强调公理描述的威力肯定会给爱因斯坦留下深刻的印象。
玻耳兹曼在《力学讲义》中重构力学的下述特点，一定会强烈震撼爱因斯坦敏感的心弦：
“恰恰是力学原理的不明晰。
性，在我看来不是同时以假设的智力图像为起点而得到的，而是从一开始就以与外部经验相联系的尝试而得到的。
”在这里，玻耳兹曼的“智力图像”概念比赫兹的“外部对象的图像或符号”更自由，爱因斯坦可能由此注意到，力学的发展已使原理凌驾于经验材料之上。
要建造原理理论，第一步——也是关键性的一步——就是要找到作为演绎出发点的基本原理。
爱因斯坦认为这是思维的自由创造，他的这种思想明显地受到彭加勒的影响。
彭加勒在《科学与假设》中就认为，物理学虽然比较直接地以实验为基础，但它的一些基本原理也具有几何学公理那样的特征。
他指出，约定是我们精神的自由活动的产品，但自由并非任意之谓，它要受实验事实的引导，又要避免一切矛盾。
狭义相对论的两个基本原理（相对性原理和光速不变原理）是怎样得到的呢？
原来，爱因斯坦是经过十年的沉思，从他十六岁时无意中想到的一个悖论中得到这样的原理的。
当时爱因斯坦还是瑞士阿劳中学的学生，他在冥思苦想这样一个问题：
如果我以C（真空中光的速度）追随一条光线运动，那么我就应当看到，这样一条光线就好像一个在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。
可是，无论依据经验，还是按照麦克斯韦方程，看来都不会有这样的事情。
从一开始，爱因斯坦直觉地看来就很清楚，从这样一个观察者的观点来判断，一切都应当像一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样的一些规律进行，因为观察者无法用任何实验来判明他是处在均匀的快速运动状态。
虽然，这个悖论已经包含了狭义相对论的萌芽。
法拉第电磁感应实验对爱因斯坦形成相对性原理起了主导作用。
在法拉第看来，当磁体相对于导体回路运动时，在回路中就产生电流，不管磁体运动或导体运动，情况完全相同，可是对两种现象的解释却截然不同。
爱因斯坦无法容忍这种状况，他认为这两种情况之间的差别不可能是真实的差别，只不过是选择参考点的差别而已。
就这样，电磁感应现象迫使他作出了相对性原理的公设。
其实，关于磁体和导体相对运动的例子在弗普尔的教科书《麦克斯韦电理论导论》（1894）中讨论过，在亚伯拉罕1904年改写的弗普尔的教科书中，亚伯拉罕把弗普尔只承认相对运动的所谓“运动学公理”称为“相对运动原理”。
洛伦兹的对应态定理也有某种启示作用。
尤其是彭加勒在《科学与假设》中写下了“相对性原理”这一术语，并把它推广到电磁理论，尽管他把它视为经验定律。
这能够给爱因斯坦以深刻印象，足以促使爱因斯坦在1905年采用彭加勒的术语，把相对性原理作为狭义相对论的一个公设。
爱因斯坦有幸读了洛伦兹1895年的论文。
洛伦兹在一阶近似的情况下全面地讨论并解决了电动力学的问题。
爱因斯坦试图在下述假设条件下讨论斐索实验：
洛伦兹方程不仅适用于真空参照系，而且也适用于运动参照系。
爱因斯坦坚信麦克斯韦和洛伦兹的电动力学方程是正确的。
而这些方程适用于运动物体参照系的假设进一步导致了光速不变原理。
光速不变原理在表面上是和相对性原理不相容的，爱因斯坦清楚地意识到了这一点，因此他一开始想到光速不变原理时不得不抛弃它。
只是在经过多年思索后，他才注意到，困难在于运动学基本概念（例如时间和同时性）的任意性。
爱因斯坦是在放弃了许多无效的尝试后，终于醒悟到“时间是可疑的！
爱因斯坦是怎样开始醒悟的呢？
他晚年在“自述”中的一段话为我们提供了最好的答案“只要时间的绝对性或同时性的绝对性这条公理不知不觉地留在潜意识里，那么任何想要澄清这个。
博论（即“追光”悻论）的尝试，都是注定要失败的。
清楚地认识这条公理以及它的任意性，实际上就意味着问题的解决。
对于发现这个中心点所需要的思想，就我的情况来说，特别是由于阅读了戴维·
休漠和恩斯特·
马赫的哲学著作而得到决定性进展。
爱因斯坦在“奥林比亚科学院”时期读过休漠的《人性论》。
休漠的空间和时间观念对
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