1、现代物理学概况：现代物理学的两大支柱：一个是相对论，研究大尺度下的宇宙：如恒星、星系、星系团以及比它们更大的宇宙自身的膨胀；另一个量子力学，研究小尺度下的宇宙：分子、原子以及比原子更小的粒子，如电子和夸克；然而相对论和量子力学相互矛盾，原因是相对论的方程和量子力学方程互相代入的话得不到有意义的解，任一种理论不能同时解释大小两个尺度。但现实中有这样的东西存在，例如黑洞，质量很大而体积很小，所以相对论和量子力学都不能完美解释黑洞。于是弦论出现了，其目的是打造一种终极理论，可以同时解释大小两种宇宙；其方法是寻求相对论和量子力学的统一，因为它们在莫单一情况下的正确性是经过了严格实验验证的。一句话总结：相对论对大家伙管用（已验证）-量子力学对小家伙管用（已验证）弦论对大小家伙都管用（待验证）
2、相对论的概况：相对论分为狭义相对论和广义相对论，狭义相对论研究匀速运动或静止（匀速运动和静止是一回事，后面会说）的物体；广义相对论研究加速运动或受引力影响（加速度和引力是一回事，后面再说）的物体。
3、狭义相对论推导狭义相对论的两个基本原理：一个相对性原理，一个是光速不变原理。相对性原理比较好理解，第一步：设想两个宇航员在漆黑的太空朝对方做匀速运动（周围什么也看不到，只能看到对方），两个人都在运动，此时宇航员不能判断自己是运动的还是静止的，他只能确认对方在向他自己运动，每个人都可以这样认为，每个人从自己的角度看都是对的。这样可以推出运动必须是有参照物才有意义，如果没有参照物的话，就无法判断自己是在运动还是静止。第二步：如果两个宇航员在相对运动的同时，都在做一个简单的物理实验，根据第一步的推论，对每个宇航员来讲，都会相同的认为自己处于静止状态，那么在同样静止状态下做的同样的物理实验结果也应该是相同的。这样可以推出针对不同的参照物，所有的物理定律都是相同的。
广义相对论的推导广义相对论要解决的核心问题：万有引力广义相对论的一个核心原理：等效原理万有引力：就是牛顿被苹果砸头而发现的那个万有引力，简称引力，这个不用再做说明。凡是有质量的物体都会产生引力，质量越大，引力越强；质量越小，引力越弱；同时引力还与距离有关系，两者距离越近，引力越强，距离越远，引力越弱。宇宙中所有的星球和物质都遵守牛顿引力定律，但牛顿没有说明引力为什么会有这种性质。爱因斯坦研究引力，是因为引力与狭义相对论矛盾。矛盾在于：牛顿的引力方程中没有时间变量，就是说如果太阳突然消失了，那么它对地球的引力也就瞬间消失了。地球上的人们可以马上感到引力的变化，却需要8分钟后才能看到太阳的消失。这种超距作用不符合狭义相对论，因为引力竟然能超过光速。
一句话总结：牛顿的引力方程是狭义相对论的原理所不能容忍滴。等效原理：等效原理很好理解，还是让小明来体验（小明是一个人）。假设小明在一个密闭的飞机里，无法判断外界的情况，只能通过自己的感觉判断飞机是否在运动。如果飞机在做匀速运动或者静止，小明感觉不到任何东西；如果飞机在做加速运动，小明能够感觉到一股推力将他推向椅背；如果飞机是在克服引力飞离地球，小明同样能感觉到一股推力将他推向椅背；对于小明来讲，飞机加速运动的感觉和飞机克服地球引力的感觉是一样的，没有区别。于是，加速运动和引力是等效的。等效原理被爱因斯坦成为“最快乐的思想”，原因是引力太神秘了，令人难以捉摸，但加速运动确实具体和实际的，很好理解和计算。于是爱因斯坦把所有需要考虑引力的地方统统替换为考虑加速度，然后再把通过考虑加速度而得出的结论推广为引力的结论，这是一种简化问题的思考方法。
光速不变原理不用理解，这只是一个事实而已。历史上很多的天才科学家做过了很多的天才实验都验证了光速不变，经过精确测量，其速度大约是每秒30万公里。无论你在跑步、在睡觉、甚至在随着地球自转，绕着太阳公转还是围绕银河系中心旋转，你看到的光，都是这个速度，和你本身具有的速度不能叠加和相减。例如你和一束光同时向一个方向运动，尽管你具有一定的运动速度，不管你有多快，哪怕是接近光速，你看到的仍然是那束光以每秒30万公里的速度离你而去。
这与你的直观不一致，但是不要试图去理解光速为什么不变，因为实验和观测证明了它不变，这只是一个原理，接受它以后再以这个原理为基础上解释你脑中的矛盾。我的意思是说牛顿经典力学可以很好的解释现实生活并与你的直觉一致，而光速不变原理为基本原理的相对论也可以很好的解释现实生活，不过与你的直觉不一致而已。光速不变的意义在于：距离是关于空间的概念——它度量了两点间有“多少”空间。间隔是关于时间的概念——它度量了两个事物之间经历了多长时间。速度是单位时间间隔内通过的距离。
速度=距离/时间，既然速度不变，那么发生变化的只能是距离和时间。
