不过 ， 牛顿学说面临的两个挑战似乎比其他的都加重要 。
第一个挑战是令人困惑的水星轨道观测结果 。 其他所有行星都遵循牛顿定律 ， 达到了测量精度的极限 ， 而水星却没有 。 尽管考虑到近日点进动与其他行星的影响 ， 水星的轨道仍与预测的结果存在很大偏差 。 水星每世纪的近日点进动差值为43角秒 ， 这使得许多人猜测水星内侧还存在一颗行星 ， 即“祝融星”（Vulcan ， 又称火神星） ， 但后来的研究者并未发现这颗行星 。
第二个挑战可能更令人费解：当物体接近光速时 ， 它们就不再服从牛顿的运动方程 。 如果你在一列时速100公里的火车上以每小时100公里的速度向前扔出一个棒球 ， 球的速度就将达到每小时200公里 。 在直觉上 ， 这一结果很符合你的预期 ， 而且也得到了实验的验证 。
但如果你在一辆向前行驶的火车上 ， 向前、向后 ， 或任何方向打出一束光 ， 它都会以光速移动 ， 不管火车运动的速度如何 。 事实上 ， 无论观察者眼中光线移动的速度有多快 ， 光速都是不变的 。
此外 ， 如果你在一辆行驶中的火车上扔一个球 ， 但火车和球的速度都接近光速 ， 那我们一贯认为的“加法”就不大适用了 。 如果火车的速度是光速的60% ， 而你以60%的光速将球扔出去 ， 那它的速度不会是光速的120% ， 而是光速的大约88% 。 尽管我们能够描述这一过程 ， 但无法做出解释 。 这个时候 ， 爱因斯坦出现了 。
祝融星的假设位置 。 这颗假想的行星被认为是19世纪观测到的水星异常进动的原因 。 事实证明 ， 祝融星并不存在 ， 这一结果也为爱因斯坦的广义相对论铺平了道路 。
爱因斯坦的研究突破
我们很难将爱因斯坦的全部成就浓缩在一篇文章中 ， 但他最重要的发现和理论有如下几个 。
（1）质能方程E = mc2 。 当原子衰变时 ， 它们会失去质量 。 如果不守恒的话 ， 这些质量会去哪里？爱因斯坦给出的答案是：质量被转化为了能量 。 此外 ， 爱因斯坦还给出了最终的答案：质量与能量的转化比例就如这个著名方程E = mc2所描述的那样 ， 反之亦然 。 从那时起 ， 我们就基于这个方程 ， 以物质-反物质对的形式 ， 从纯粹的能量中创造了质量 。 在任何情况下 ， E = mc2都是正确的 。
（2）狭义相对论 。 当物体接近光速时 ， 它们会出现什么样的行为？尽管它们以各种违背直觉的方式运动 ， 但都可以用狭义相对论来描述 。 宇宙具有一个速度极限：真空中的光速；在真空中 ， 所有无质量的实体都以光速进行精确的运动 。 如果是具有质量的实体 ， 就永远无法达到光速 ， 只能接近光速 。 狭义相对论规定了接近光速的物体将如何加速 ， 如何提高或降低速度 ， 以及时间尺度会如何膨胀和收缩 。
（3）光电效应 。 当你把光线直射到一块导电金属上时 ， 它会将金属上最松散的电子“踢”出去 。 如果增加光线的强度 ， 会有更多的电子被踢出 ， 而如果降低光线强度 ， 则踢出的电子会更少 。 但奇怪的是 ， 爱因斯坦发现该效应并不是基于光的总强度 ， 而是基于超过某个能量阈值的光强度 。 紫外线只会引起电离 ， 可见光和红外线则不会这样 ， 无论其强度如何 。 爱因斯坦证明了光的能量可以被量子化为单个光子 ， “电离光子”的数量决定了多少电子被踢开；没有别的方式能够做到这一点 。
（4）广义相对论 。 这是爱因斯坦所有革命性突破中最伟大和最艰苦的一项：一种全新的引力理论 ， 适用于整个宇宙 。 空间和时间不是绝对的 ， 而是构成了一种结构；其中的所有物体 ， 包括所有形式的物质和能量 ， 都在这种结构中穿行 。 物质和能量的存在和分布 ， 导致了时空的扭曲和演变 ， 反过来 ， 扭曲的时空也决定了物质和能量将如何运动 。 在牛顿学说失败的地方 ， 爱因斯坦的相对论经受住了考研 ， 它解释了水星的轨道 ， 并预测了星光在日食期间将如何偏转 。 从广义相对论第一次被提出以来 ， 还没有任何实验或观测能将其推翻 。
除了以上这些 ， 爱因斯坦还在其他许多领域发挥了重要作用 。 他发现了布朗运动；他与其他研究者共同发现了玻色子运行的统计规律；他通过爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论（简称EPR悖论）为量子力学的建立做出了重大贡献；此外 ， 他还提出了通过虫洞（称为“爱因斯坦-罗森桥”）进行时空旅行的概念 。 可以说 ， 爱因斯坦在科学领域的贡献是绝对的传奇 。
在这张1934年的照片中 ， 爱因斯坦站在黑板前 ， 为一群学生和旁观者推导狭义相对论 。 尽管狭义相对论现在被认为是理所当然的 ， 但该理论第一次被提出时无疑具有革命性的意义 。
