種變換使麥克斯韋方程保持不變，光速也成為絕對常量。
對火車射手實驗，伽利略的速度和公式v—v＋v’被換成一個稍微複雜一些的、保證光速不變的公式。如果C二C’ZC，由新的公式將得出O仍等於C。這個結果似乎與讀者的常識相違背，難道鐵軌上的觀測者不正是如伽利略變換得出的那樣，測量到830米／秒和770米／秒嗎？然而，實際上這裡並無矛盾，因為只有對極高速度（遠高於地球上常見的物體運動速度）的情況，羅倫茲變換才與伽利略變換有顯著的差別。即使是對地球繞口公轉運動（速度高達對公里／秒），羅倫茲變換公式帶來的修正也只有萬分之一。
理論的誕生
在本世紀的開端，相當多的物理學家都意識到了邁克爾遜一莫雷實驗給物理學帶來的危機，強調這一點無損於愛因斯坦的功績。有些學者，例如亨德里克·羅倫茲（Hendrik LorentZ）和亨利·彭加勒（Henri Poincar6），對這場危機的洞察尤為深刻。羅倫茲首先提出（1904年）時間和長度都隨參考系速度的變化而變化。1905年，彭加勒在他的論文“論電子的動力學”中引入了一個數學式，後來由赫曼·明可夫斯基（HermannMinkowski）於1908年發展完善，其中把時間作為第四個維度。新的相對論的確已如躁動在母腹中的嬰兒。
彭加勒的論文發表後一個月，愛因斯坦的“論運動物體的電動力學”在德國的《物理學雜誌》（Annalen der Physik）上發表。當時在伯爾尼專刮局供職的愛因斯坦看來並不知道他的前輩們的工作。狹義相對論之終於誕生，是因為愛因斯坦並不滿足於只推導公式，他構造出了一個由光編織成的新時空。
光使時空聯姻
我向你們闡述的時間和空間的觀念是建立在實驗物理基礎上的，是實質性的，是牢固可靠的。從現在起，絕對的空間和絕對的時間都不復存在，只有二者的某種結合才有意義。
——曼·明可夫斯基（ 1908）
在伽利略和牛頓的宇宙裡，時間和空間是相互完拳種方的。空間有三個維度，就是說，需要有三個座標來確定空間中的一個點c空間是由歐幾里德幾何來量度的（幾何一詞的原義是“大地測量”）。兩點之間的最短路線是連線它們的直線，兩條平行線只在無窮遠處相交，三角形的內角和是180等等。這些定律在學校裡被講授著，因為它們在日常生活中高度精確地成立，兩點之間的空間距離總是與測量者無關。
時間只由一個數來量度。與空間維度不同的是，它總是隻朝一個方向流駛，從“過去”流向“未來”。由觀察上和情理上都可確認，一個事件的原因總是在其結果之前，這種不可逆轉的次序稱為因果律。
時間與空間一樣，對所有觀測者都是相同的。既然速度沒有上限，所有的鐘，無論它們之間的空間距離有多遠，都能被即時地調為同步，並繼續保持指示出一致的時間。因此，伽利略一牛頓時空的因果結構就歸結為，一個在空間同時地延展的現在時間，把過去和將來分離開來。
把時間和空間作為獨立實體的觀念遭到與牛頓同時代的數學家和哲學家威爾赫姆’萊布尼茲（WilhelmLeibniz）的強烈反對。他以哲學論據堅持時間和空間只能是聯絡於物質而存在。兩個世紀後，愛因斯坦的相對論證實了萊布尼茲的觀點，時間間限和空間距離都不再是固定的量，它們依賴於觀測者與被觀測物體之間的相對速度。伽利略一牛頓的絕對時空結構讓位於一種新的四維結構，即明可夫斯基時空。
時空中的一個點是一個事件，由三個空間座標和一個時間座標來確定。兩個事件間的間隔是不變數（即不依賴於參考系），但現在是時間間隔和空間間隔的結合，每一個都不再單獨守恆。
本書將頻繁使用的一種能清晰地表述時空結構的方式是光錐。想象空間中的一個點和一條由該點發射的光線，在一個沒有任何物質的空間，光波的波前是一個以發射點為中心的圓球，這個球以光速隨時間膨脹（圖阿。仍略去空間的一維，光波就能由該圖表示。隨時間膨脹的光球在圖中成為一個圓錐，其頂點是光所發出的位置和時刻（即一個事件），光錐描述光線發出後的經歷。
圖5是另一幅時空圖，顯示幾個事件的光錐。對某一給定事件E光推由兩片組成，一片屬於過去，一片屬於將來。所有由E發出的光線和過去發射並經過E點的光線都進入E的將來錐。
狹義相對